马桶盖边缘打磨机设计说明书.doc

毕业设计（论文）

题　　目:　马桶盖边缘打磨机设计　

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摘 要
随着高速磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提高了磨削的效率。因此，磨床的使用范围日益扩大，在金属切削机床中占的比重不断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%~27%。
本文介绍了如何用可编程序控制器与磨床结合起来，对3MB2024型半自动轴承套圈内圆磨床的电气系统进行设计，它包括了硬件及软件的设计。对目前在工业生产中大量使用此类设备都具有很好的参考价值。

关键词：磨削 机床 轴承 可编程序控制器 内圆磨床

Abstract

Along with our country machine equipments, car industry etc. profession of fast development, also along with our country automation technique of exaltation, automation factory also top a new of step, the PLC be one newly arisen of industry controller, with its physical volume small, the function be well-found, the price be cheap, credibility Gao Deng3, have a special advantage, at the everyone noodles realm acquire extensive of application.
This text introduction how put together with programmable controller and grinding machine knot, to 3 MB2024 type half auto bearings set inside of circle circle the electricity system of the grinding machine carry on design, it included hardware and software of design.Rightness a great deal of currently in the industry the production usage this kind the equipments all have good reference value.
Key words：PLC bearings grinding machine

第1章 概述
1.1 磨床的简介
1.1.1磨床的基本概念
磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工的精密机床。它不但能加工一般金属材料，而且还能加工一般金属刀具难以加工的硬材料。利用磨削加工可以获得较高加工精度和光洁度，而且其加工裕量较其他加工方法小得多，所以磨床广泛地应用于零件的精加工。它也是以磨具（如砂轮、轮带、油石、研磨剂等）作为工具进行切削加工的机床，可加工各种表面（如内外圆柱面和圆锥面、平面、螺旋面），还可以进行切断等。
1.1.2磨床的分类
磨床的种类很多，按其工作性质可分为：外围磨床、内圆磨床、平面磨床，工具磨床以及一些专用磨床。如螺纹磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。
1.1.3.磨床的特点
（1）、机床采用可编程序控制器控制自动循环，稳定可靠，并具有故障自诊断能力，操作方便、效率高。
    （2）、采用切入式磨削工艺，双磁极电磁无心夹具及宽支点圆弧支承，工件定位稳定可靠，可调性好。
    （3）、机床的工作台导轨采用平-V型贴塑导轨，吸振性好，承载能力高，摩擦系数小。进给导轨采用双V型高精度滚动导轨，直镶条螺钉预紧具有摩擦阻力小，承载能力强，运动精度高，刚性好的特点。
    （4）、机床进给采用步进电机通过谐波减速器带动滚珠丝杠螺母实现进给运动，进给和补偿为同一运动链，结构紧凑，整体化。
    （5）、机床采用大功率电机拖动砂轮轴，砂轮线速度为50m/s,刚性好。
    （6）、机床配用前叉式仪表双点测量，仪表架由油缸驱动，两根导向杆导向，结构紧凑，调整方便。
    （7）、机床动作采用多个电磁阀分别控制，在手动调整工作状态时，机床各动作均可单动，因此机床的调整的检查排除故障相当方便。
    （8）、机床液压系统采用CB-B40齿轮泵，油箱与床身分离，液压电磁阀都安装在油箱上，便于调整维修。
    （9）、机床冷却系统配有大流量高压冷却泵，冷却水量大，冷却充分。
    （10）、机床采用可卸式全封闭罩壳，装拆方便，便于维修机床。

第2章机床的基本概述
2.1 机床的简介
2.1.1机床的概述
半自动套圈内圆磨床又称为3MB2024型。它是由3N~50NZ，380V/220V电源供电。机床控制电压为交流220V，交流110V，直流24V。其主控系统采用可编程序控制（PLC），机械振荡机构驱动采用直流电动机，由可控硅调速器无级调节振荡频率。系统共有电动机六只，总容量约20KW。
2.1.2 机床的主要用途和使用范围
1.机床的主要用途
本机床用于磨床加工滚动轴承的内径，圆锥，滚子轴承外圈滚道及带挡边的滚子轴承外圈滚道，也主要用于磨削各类大型系列轴承套圈的内孔，特别适用于加工对象的大批量生产。本产品既可手动上下料，半自动工作，又可通过增加特殊订货部件，实现自动上下料，全自动工作，被加工套圈的内径范围是150~240mm。
2.机床的使用范围
它使用于大批量生产的轴承行业，本机床系半自动单机。其磨削轴承套圈内径时选用仪表测量磨削，磨削滚子轴承外圈滚道时，其尺寸精度要求较低，选用定程磨削。
2.2 机床的性能及结构简介
2.2.1PLC控制机床的主要特点
机床采用以外圆定位磨削孔径的磨削工艺，采用单极式电磁无心夹具，用多点接触的浮动支承使工件定位进行磨削，这样磨孔精度高，定位稳定可靠，可调性好。
机床工作台往复系统和床头箱进给系统均采用精密的可预紧，具有足够刚性的十字交叉滚子导轨，摩察阻力小，运行平稳，频率高，寿命长，结构紧凑。
机床液压油箱与机身分离，减小了机床的热变形，提高了机床的工作精度。
机床具有定程和电感仪表测量两种控制尺寸精度的测量方式，可以根据需要进行预选使用。
机床动作采用多电磁阀分别控制，在手动调整工作状态时，机床各动作均可单动，且机床又有手摇机构，因此，使机床调整和检查排除液压故障相当方便。
机床采用带传动砂轮轮轴，并具有单独的砂轮轮轴循环冷却系统。
本机床有完善的安全联锁保护，如工件跳离砂轮与工作台退出工件的顺序，工件定位上磁与工件台进入的顺序，以及在机床自动工作进行中突然停电各有关部件的运动等，均具有安全联锁保护，使机床工作安全可靠。
机床采用斜楔杠杆进给机构，进给与补偿传动链分离，在更换砂轮后，不需要进行再调整即可磨削。与丝杠螺母进给机构相比较，它没有丝杠螺母齿形误差和螺距累积误差对进给定程精度的影响，因此，进给定程精度高，在斜楔杠杆进给机构中又采用了死挡块最终进给位置的装置，以减少精磨结束行程开关讯号误差对定程磨削尺寸精度的影响，提高了定程磨削的尺寸精度。
机床采用了机械振荡的磨削方式，提高了振荡的往复次数，从而提高了磨削效率。机床采用了（PLC）可编程控制器，行程开关无触点化，使产品性能更趋稳定可靠。
在机床自动工作循环中，采用了两次无磨工步（即粗磨结束后光磨结束和精磨结束后光磨），光磨延时时间可任意预先调整，砂轮修整采用了以修整速度的单程修整。
2．2．2结构简介
1.床头箱
床头箱体内装有工件主轴，箱体端面装有电磁无心夹具，采用双速电动机带动工件旋转，有六级转速。
床头箱下面底板，可沿进给滑板前后移动，以适应大小工件的位置调整，床头箱在底板还可以作30。回转。
2.电磁无心夹具
电磁无心夹具的浮动支承部分与床头箱体连接，端面支承与床头箱主轴连接。
3.工作台
砂轮轴由电动机经多楔橡胶带来带动，更换砂轮轴皮带可获得三种砂轮轴转速。
工作台在正常工作时由工作台油缸带动作快进退运动，由机械振荡机构带动作往复振荡运动。工作台与床身由可预紧的十字交叉滚柱导轨连接，调整时将工作液压开关搬向“关”位置，摇工作台手摇机构，，通过齿轮齿条付带动工作台移动。
4.仪表架
仪表架固定在床头箱上，根据工件宽度需要，仪表架可作纵向调整，内磨测量装置固定仪表架上，根据工件的位置可作横向调整，根据工件直径需要可将测量脚调整螺钉。
压力油箱推动塞右行时，仪表架进入工件，由螺钉定位，活塞左行时仪表架退出工件，由活塞与油缸体定位。
磨削带挡边的滚子轴承和外圈滚道和圆锥滚子轴承外滚道时，需拆除仪表架及内磨测量装置，采用定程磨削，故本部件作为特殊部件，根据用户需要配给。
5.机械振荡机构
直流电机通过带轮带动偏心轴旋转，偏心轴上装有偏心套，通过调节偏心套与偏心轴的相对位置得到偏心量0~5mm，在电机运转时通过接架将振荡运动传递给工作台油缸活塞，使工作台产生0~10mm的振幅，振荡的频率通过可控硅调速器改变电机转速，可得到最大频率为500次/min。
2.3机床的传动系统概述
2.3.1传动系统的分类
本机床的传动系统由机械、液压和电气三部分组成,以实现机床的工作。
1.机械传动系统
(1)砂轮的运动
砂轮的旋转由带传动砂轮轴带动,砂轮轴由电动机经皮带轮,多楔橡胶带带,砂轮座装在工作台上,作往复运动。
(2)工作台的运动
工作台的振荡,由直流电动机经三角皮带传至振荡机构,再由振荡机构传动给工作台,实现工作台的振荡,工作台大行程运动由工作台油缸来实现。
(3)工件的运动
工件的旋转,由双速电动机经三角皮带传动,三级轮可得到六级转速。工件的进给,由斜楔杠杆传动来得到。工件的补偿,由补偿箱经丝杠达到。
(4)修整的运动
砂轮修整器装在进给滑板上,可作倒抬运动,并有尺寸调整机构,以调整尺寸。
2.液压传动
(a)液压传动---利用液体压力能实现运动和动力的传动方式。
(b)液压传动系统的概述:
液压传动系统简称液压系统，是由液压能源，执行元件，控制元件和辅助元件等组成，以完成一定动作的系统。
(1) 液压用油:
本机床液压系统采用普通液压油，油的运动粘度在13.5~50.6mm2 /S之间。由于环境温度对油的黏度影响较大，因此建议在通常情况下采用YA-N32普通液压油，当环境温度在10。C以下时采用YA-N15普通液压油。环境温度在30。C以上采用YA-46普通液压油。
液压油应保持清洁，无污物、水分等，要定期进行检查和更换新机床的液压油在使用1500h后就需更换，同时清洗油箱和管道。以后每使用3000h左右更换新油。加新油时需用滤油车进行过滤后才能使用。如环境条件较好（温差小，清洁等），可适当延长 液压油的使用期，一般可在5000h左右。反之则应缩短其使用期。
为净化油箱的液压用油，在油箱上设置了加油和泄油的过滤装置。加油时将油箱盖板上的TY65B加油滤气器标有注油的盖取下，将经过滤的油从加油器内注入油箱，将油加至油标上限位置，然后将注油盖旋好，注油盖内装有微孔塑料，由此将经过滤的空气吸入油缸内，维持油箱内的压力与大气压力平衡，以避免油泵可能出现的空穴现象。
床身贮油面内的油，通过管道进入FCu-40*180Z分水磁性过滤器，床身内的泄油首先经FCu-40*180Z将杂质和水分过滤后通过接头将清洁的油液流入液压油箱。如发现过滤器内水分过多应卸下将水分清除，然后再行装上。
油泵吸油口装有过滤黏度为 250um的网式滤油器。为保持油泵及系统中液压元件的经久耐用，该过滤器也应经常清洗，一般在工作了1500h后需清洗一次。如堵塞严重则应调换滤油器。
(2)传动调压:
本机床采用齿轮油泵，通过两只溢流阀串联获得P1和P2两种压力。P1压力为控制磨床进出和进给系统，压力总值可在调压装置将压力表开关放至P1位置，即可表示系统压力P1的值。观察完毕将手把旋至“0”位，使压力表复零，P2压力控制砂轮修整等动作。调压在标有P2的溢流阀进行调整，通过压力表开关旋向F2即可得出P2的值。为促使压力表的使用寿命及其完好无损，在压力调整结束后，应将压力表开关旋向“0”位，使压力表复零。
(c)机床的动作
（1）磨架运动
——磨架手动
当液压开关阀至开的位置，工作台往复油缸两腔同时接通压力油，使油缸两腔压力相等。转动凸轮手把，将工作台的齿轮与齿条吻合，摇动手轮，就可使磨架作纵向运动。
——磨架液动
当液压开关阀扳至“开”的位置，工作台往复油缸的两腔油路的改变，是通过电磁阀YV2a及YV2b来控制。磨架的速度通过电磁阀YV1来控制工作台油缸的回油，以获得磨架所需的快速及修整速度，两种速度可由装在机床正面的左边节流阀进行无极调速。
本机床采用振荡磨削，震荡机构连接在工作台往复油缸的活塞杆上，由振荡机构带动磨架来完成磨削工作。而工作台往复油缸主要是完成磨架进退及修整砂轮的工作。当电磁阀YV2a通电，磨架带动砂轮进入工件，由振荡机构带动磨架进行磨削，此时工件台往复油缸和活塞之间没有相对运动，其振荡频率由振荡电机的转速来决定，振幅的大小由振荡机构的偏心套来调整，所以振荡动作可不受液压系统中油液阻尼等影响，待磨削结束后，电磁阀YV2a,YV2b通电，砂轮退出工件，调整行程开关的位置，使电磁阀YV2a,YV2b断电，使磨架实现中停，减少空行程，缩短辅助时间，提高单件效率。
本机床工作台往复油缸具有两个方向的缓冲，设有自动排气装置，在工作中系统内有时会将空气带入工件往复油缸，可能会使磨架在低速时产生自爬行，此时应及时排除工作台往复油缸内的空气，排气时可将磨架退至油缸的极限位置，使油缸两腔接通，就能将油缸内的空气自动排除。
工作台往复油缸退至极限位置时设有缓冲装置，可使磨架退到底时的速度由快减慢，直到停止。
振荡机构与工作台往复油缸的活塞杆连接当需要磨削时工件台往复油缸带动工作台向左（工件方向）运动，左行接近极限位置时，工作台往复油缸的主回槽由活塞遮盖，此时工作台往复油缸的回油经分流缓冲器中的节流回油池，调节该节流阀就能调节磨架到达振荡磨削位置的速度，使振荡机构与磨架缓慢接触，避免撞击。
在缓冲分流器上设有单向装置，使工作台往复油缸在反向时迅速启动，以减少不必要的辅助时间。
（2）工件进给运动
本机床的进给运动由进给油缸通过斜楔—杠杆传动滑板，带动工件来完成的，当需要进给时，由电磁阀YV9通电，使装在杠杆上的快跳油缸上腔通压力油，使杠杆跳向斜楔，其跳进速度可由装于管道中的L1-6进行调节，快跳结束，进给油缸开始动作。进给油缸由电磁阀YV10，YV11,YV12组合控制使其获得磨削时所需的快进、快退、粗精和无进磨削的要求。
电磁阀YV10和YV11通电，进给油缸两端通压力油，由于差动使活塞快速运动，其运动的速度可由装于进给电磁阀的板上节流螺钉进行调节，此时连在进给油缸活塞杆上的斜楔随之快速运动，使杠杆顶端与斜楔压住。并使杠杆环绕支点旋转，进给丝杆向前，使工件快速向砂轮靠近。
在进给油缸的座子上还装有可预先按磨削要求调整的挡杆和行程开关，当快进结束，粗磨讯号哦发出，电磁阀YV10断电，YV11,YV12通电，进给油缸的进油量通过粗进节流阀进入油缸使工件按粗磨速度进行磨削，粗磨结束后，无进给讯号发出，此时电磁阀YV10,YV11,YV12都处于断电状态，进给油缸两端都接通回油，使其处于停止实现无火花磨削，无进给延时结束，精磨开始，除电磁阀YV12通电外，其余均为断电状态，这是因为当精磨结束后只有一个电磁阀有切换动作，可使油路变化不大，减少系统的冲击，油路切换平稳，从而起到使最后精加工质量的保证作用。
粗进、精进均可通过装在正面的节流阀手把进给无极调速。
精磨无进给结束，电磁阀YV9断电，回跳油缸压力油消失，藉弹簧之力使杠杆脱开斜楔，由于回跳油缸上腔接通单向阀，其油液很快流回油池，使其复位，作好下次跳进的准备。
工件跳离砂轮之后，电磁阀YV10通电，YV11,YV12断电，进给油缸大腔直通回油，快速退回。
进给补偿由电磁阀YV8控制补偿及返回两油缸实现，电磁阀YV8通电，压力油通往补偿油缸，补偿油缸的行程可由螺母来进行调整电磁阀YV8通 电一次，作定量补偿一次，当电磁阀YV8断电后，补偿油缸接通回油，补偿返回油缸将补偿机构返回，作好下一次补偿的准备。
（3）砂轮修整
本机床砂轮修整有计数修整和自动循环中每次修整两种方式。砂轮修整器的倒抬动作由YV4控制，电磁阀YV4通电，砂轮修整器倒下，此时磨架应辅以修整速度作纵向运动。电磁阀YV4断电，砂轮修整器抬起，为使砂轮修整平稳可靠，动作迅速，在电磁阀的两出口装有L1-6单向节流阀进行速度调节。
（4）仪表测量
仪表架进出由电磁阀YV5控制，进出的速度可分别由L1-6进行回油节流。
(d)液压传动系统的特点:
(A)具有一定压力的液体来传动。
(B)传动过程中必须经过两经能量转换。
(C)传动必须在密封容器中进行,而且容积要进行变化,是机械能量转换为液压与气压能必要的条件。
(e)液压传动系统的辅件:
液压传动系统辅件主要包括:密封元件,油箱,油管和管接头,滤油器和蓄能器等,从液压传动的原理看，这些元件是辅助作用。但它们对保证液压传动系统有效地工作和一定的工作性能却至关重要。
油箱:油箱的基本功能是储存液压传动系统的工作液体，同时兼有散热、沉淀杂质、分离混入的水、气等作用。
3.电气传动
电气传动包括了系统的硬件设计，软件设计，将在后续内容讲述。
4.3机床的操作顺序
4.3.1机床的操作顺序
1．操作顺序
闭合电源开关，信号灯HL0亮，电源得电。
揿按钮SB2，油泵M1、水泵M5及磁性分离器M6启动，调速器A3得电，同时机床呈复位状态。
揿按钮SB4，启动砂轮电动机(按SB3则砂轮电机停止)。
用方式选择开关SA1选择“半自动”循环，由SA3选择“定程”磨削或“仪表”控制磨削；由SA5选择是否计数修整（无计数修整，则每次循环到粗磨无进给后进行一次修整砂轮）；由SA4选择是否返修循环，由SA11选择中间修整砂轮是单向还是双向。
手动上好工件后，在各行程开关在原始位时，循环启动按动中的指示灯HL10亮后，揿按钮SB5启动循环。
若要中断循环，可按SB6复位。
2.砂轮的长期修整
机床处于原位，将SA1置于“修整”位。
按SB5启动循环，磨架左行，行程开关SQ3压，修整器倒下，对砂轮进行往复修整。往复左右极限由SQ2和SQ3的位置决定。
修整结束，按SB6退出。
3.手动调整
机床处于原位，将SA1置“调整”位。
根据功能需要，拨动各调整开关，调整机床各部位的动作。
4.保护及信号指示
电磁吸盘欠磁保护，在半自动循环中，电磁吸盘失磁或欠磁时，指示灯HL7亮，同时机床复位。
电机故障，任一电机过载，其保护动作，机床总停止，过载灯HL2。
砂轮磨损到预定尺寸时，行程开关SQ12动作，但本次磨削过程继续至结束。下次循环不能重新启动循环。
毛坯超差，在仪表方式循环时，毛坯尺寸超差，则在测量脚进入工件张开后，循环动作停止。

二．    元件的选择
1．滚珠丝杠副的选择
本设计采用深圳市赛瑞德精工机械技术有限公司提供的G系列滚珠丝杠副 （滚珠内循环 固定反向器 单螺母）。其具体性能指标如下表：

丝杠代号
公称直径
基本导程
丝杠外径
丝杠底径
循环圈数
d0
Ph
d1
d3
n
G2004-3
20
4
19.3
17.3
3

额定载荷N
刚度N/um
螺母安装尺寸
油杯口
动载荷C0
静载荷C0a
Kc
D
L
B
D1
D4
Φ1
Φ2
h
M
5836
16127
327
60
40
11
36
48
5.8
10
6
M6
X，Y,Z轴的丝杠精度等级为4，螺纹长度分别为为300mm，350mm，150mm。丝杠总长分别为：375mm,425mm,225mm。
滚珠丝杠副轴头尺寸如下：

丝杠公称直径d0
固定端轴径尺寸
支持端轴径尺寸
d1
M
d2
l1
l2
l3
d3
d4
l4
l5
l6
20
15
M15X1
12
20
41
12
15
14.3
14
12.1
1.15

固定端轴承型号
支持端轴承型号
7202
6201

2．步进电机的选择
（1）铣削力的计算
当进行一般切削时产生的铣削力最大，因此只需计算此时的铣削力进行校核即可。取一般切削时：铣削深度ap=1mm,进给速度Vf =1200mm/min,n=15000r/min。根据经验公式计算铣削力：
F=42.76apVf0.75 n-0.62=22.45N
（2）启动转矩的计算
对于4级精度的丝杠，η=0.85。已知Ph=4mm,设丝杠上最大负载G为500N,静摩擦µ为0.2,根据经验公式计算启动力矩：
T=(F+µG) Ph/(2Лη)×10－3＝0.0918N·M
（3）步进电机的选择
根据所需转矩,结合所查资料决定采用杭州日升电气设备有限公司的57BYG250C步进电机作为本次设计所需的驱动电机。
该电机的外观：

技术参数如下：
型号
相数
相电流
步距角
保持转矩
空载起动频率
空载运行频率
转动惯量
重量
57BYG250C
2
1.5A
1.8°
1.0N.M
2KPPS
2020KPPS
0.23KG·CM²
1KG
外形尺寸如下：

其中L=76mm。
3．圆柱直线导轨的选择
选用浙江新亿特轴承有限公司的圆柱直线导轨（光轴）系列，其外观及结构如下图:

X,Y,Z三轴所需导轨长度分别为375mm,425mm,225mm。
4．联轴器的选择
选用广州菱科自动化设备有限公司的LK6系列联轴器YL1。外观如下图：
其结构如下图

基本参数如下表（mm）：
规格
Ød1,Ød2
 轴径
ØD
L
L1
F
E
性能参数
扭矩
偏心角度
最高转速
螺丝（M）
材料
LK6－25
6.35
12
25
34
12.3
4.5
15
1.7
N·M
2º
6000
r/min
M4
进口
专用
材料

5．主轴电机的选择
主轴电机选用安阳莱必泰机械有限公司的雕刻机电主轴。
其外观及结构图如下：

其参数如下表：
主轴型号Spindle type
转速Speed
(r/min)
电机　Motor
外形尺寸　Dimensions(mm)
变频器Conv
Kw
润滑Lub
冷却Cool
Bearings type
KW
V
A
Hz
D
D1
D2
Joint of nose
L
L1
L2
ADX60-24Z/0.25
24000
0.25
220
1.2
400
60
55
-
ER11
162
6
23
0.5　
grease
water
1×7002C/P4
1×7000C/P4

6．机械性能参数的计算
分辨率：4/200=0.02(mm/step)
最高进给速度：5000*4/200=100(mm/s)
机械精度：16/300=0.053（mm）

第五章 结束语
本次毕业设计是采用三凌PLC来控制半自动轴承套圈内圆磨床的运作。该机床是采用振荡磨削来加工工件。
其主电路主要用到了油泵电机，冷却泵，磁性分离器，砂轮电机，工件电机，振荡电机及调速器，还有电路模块和各自的保护开关来进行主电路的控制。控制电路还用到了控制变压器，稳压电源模块，风扇及电磁吸盘等器件来进行控制电路的设计。

致 谢

参考文献
（1）《可编程序控制器应用技术》 第五版
（2）《工厂电器控制设备》

附录
1.3MB2024型机床的硬件接线图为：

2.机床的主电路及控制电路总图为：

3.机床的梯形图总程序为：