A?Ld4??(dd1?dd2)82?186.79mm
B?(dd2?dd1)82?338mm
a?A?A?B?372.7mm
4.4.6 验算小带轮包角?1
?1?180??dd2?dd1a?57.3??172?
所以?1＞120°，在要求的范围之内，包角合适。
4.5 本章小结
主轴传动系统的设计主要包括带轮传动、主轴花键传动和液压传动系统的设计，由于液压传动已在第3章中设计过，因此，本章节主要介绍了带轮传动和花键传动的设计。这两部分是钻床主轴传动的主要部件。完成对传动系统的设计，自动钻床设计已基本成形，剩下的任务就是对自动钻床进行控制设计，所以，下面章节将对钻床控制系统进行设计。
5 自动钻床控制系统设计
5.1 自动钻床的自动化控制要求
根据课题设计任务，可总结自动钻床的控制系统设计要求如下： （1） 自动控制系统应以PLC控制与手动控制相结合的方式实现； （2） 从功能和经济角度对控制元件进行选择； （3） 根据钻床工作要求完成PLC控制编程；
机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 31 页
5.2 可编程控制器PLC的简述
PLC即可编程控制器，其英文全称为 Programmable Controller。PLC举起于20世纪70年代，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物。经过30多年的发展，可编程控制器已经成为重要、可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。PLC不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机的编程语言，独具风格地使用以继电器梯型图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户编制的程序清晰直观、调试和查错容易，且编程方便易学。
可编程控制器基本上由中央处理器、存储器、输入输出器件、电源及编程设备几大部分组成。中央处理器是PLC的“大脑”，它控制所有其它部件的操作，一般由控制电路、运算器寄存器等组成。通过地址总线、数据总线与控制总线、存贮器及I/O接口电路联接。中央处理器可完成从存贮器中读取指令、执行指令、预取下—条指令和处理中断。存贮器是具有记忆功能的半导体电路。PLC的存贮器包括系统程序存贮器和用户程序存贮器。输入/输出接口电路用来连接PLC主机与外部设备，是动作信号与执行结果输入和输出的主要途径。可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源及为掉电保护电路供电的后备电源，后备电源一般为电池。
可编程控制器通过以上组成模块可实现顺序控制、数据处理、逻辑控制、运行状态监控、记数控制、通讯与联网、定时控制等。基于以上功能，目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
随着PLC控制技术的飞速发展和广泛应用，可编程控制器的优点越来越明显。查阅有关资料我们可将PLC的优点归结为以下几点：
（1） 可靠性高，抗干扰能力强
与传统的继电器系统相比，继电器系统容易出现器件老化、脱焊、触点抖动以及触点电弧等现象，而在PLC控制系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体器件来完成，加上PLC充分考虑了工业生产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，采取了一系列措施。这导致了继电器控制系统的可靠性低于PLC控制系统。
（2）易学易用，深受工程技术人员的欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的控制设备，其编程语言易于被工程技术人员所接受。像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，另外只是用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现继电器接触器电路的功能。
（3）配套齐全，功能完善，适用性强
机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 32 页
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能模块大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、计算机数控等各种控制系统变得非常容易。
（4） 系统设计周期短，维护方便，改造容易
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时也维护也变的容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序来改变生产过程成为可能。因此很适合多品种、批量生产的场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低
由于PLC控制技术的飞速发展，现代PLC的产品底部尺寸可以做到仅为100mm2， 重量大约为150g，功机电一体化的理想控制设备。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现
5.3 自动钻床进给系统控制流程
自动钻床进给系统的控制流程包括主轴电机和液压泵电机的启动控制、主轴快进控制、主轴工进控制、主轴停留控制、主轴快退控制、主轴快退停止控制和主轴电机和液压泵电机的停止控制。
主轴电机和液压泵电机的启动控制：主轴电机和液压泵电机的启动控制可分别通过主轴电机和液压泵电机电路上的交流接触器KM1和KM2控制。为了使PLC在写入控制程序后进入稳定状态后执行和便于操作人员进行初态监控，在写入控制程序5S后，主轴电机和液压泵电机电路上的交流接触器KM1和KM2闭合，主轴电机和液压泵电机启动，5S定时由定时器T1完成。
主轴快进控制：当工件检测器检测到工件后，工件检测开关SB1闭合，进行工件的夹紧计时，定时器T2计时2S完成后，三位四通电磁换向阀电磁铁1Y得电，液压控制系统接入快进油路，主轴快速进给。
主轴工进控制：主轴快进行程完成后，快进行程开关SQ0闭合，三位四通电磁换向阀电磁铁1Y、二位二通电磁换向阀电磁铁3Y和二位三通电磁换向阀4Y得电，液压控制系统接入工进油路，主轴工进。
主轴停留：钻头完成对工件的加工后，主轴工进行程到达终点，工进行程开关SQ1闭合，计时器T3开始2S计时，三位四通电磁换向阀电磁铁1Y失电复位，主轴停留对加工孔进行修磨。
主轴快退：计时器T3完成2S计时后，三位四通电磁换向阀电磁铁2Y得电，二位二通电磁换向阀电磁铁3Y和二位三通电磁换向阀4Y失电复位，液压控制系统接入快退油路，主轴快退。
机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 33 页
主轴快退停止：主轴快退至行程开关SQ2处时，行程开关SQ2闭合，三位四通电磁换向阀电磁铁2Y失电复位，主轴停止快退。
主轴电机和液压泵电机停止：当工件检测器检测不到工件时，PLC控制程序中SB1常闭开关处于闭合状态，此时定时器T4开始300S计时，当计时完成后，也就是300S内没有工件待加工时主轴电机和液压泵电机停止工作。
图5-1 自动钻床进给系统PLC控制流程简图
钻床控制系统的手动操作包括PLC电源的启动和总电路刀开关QK的接通。
5.4 自动钻床进给系统电气原理图
KT2FuQkSB0SB2KM1Fu1Fu2SB3SB4KM2KM3SB1KM4SQ1KT3KM5SQ0KM1KM2SQ1SQ1SQ2SQ2KT3M1M2KM1KM2KM3KT21YKM4KT32YKM53Y4Y
图5-2 自动钻床进给系统电气原理图
电气原理图中相关代号见表5-1：
机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 34 页
表5-1
图中文字符号
QK M1 M2 KM1 KM2
FU、FU1、FU2 SB0、SB2、SB3、SB4
SB1 SQ0 SQ1 SQ2
KM3、KM4、KM5 KT2、KT3 1Y、2Y、3Y、4Y 符号名称 刀开关 主轴电机 液压泵驱动电机 主轴电机交流接触器 液压泵驱动电机交流接触器
熔断器 按钮
工件检测开关 主轴快进行程开关 主轴工进行程开关 主轴快退停止行程开关
继电器 廷时继电器 液压换向阀电磁铁
5.5 自动钻床进给系统控制元件的选择
本节根据以上章节中所选的电器元件的参数和控制要求，对控制元件进行选择。
5.5.1 可编程控制器PLC的选择
由于自动钻床的控制比较简单，根据电气控制原理图我们可知输入信号主要由行程开关和光电开关直接输入，控制中要完成定时控制，输出全部为电磁铁的通电与断电的控制，因此，PLC选择型号为：SIMATIC S7-200
5.5.2 刀开关的选择
由于控制要求中要求控制过程要通过PLC控制和手动操作结合实现，所以在主电路上安装刀开关，以控制整个电路的开启和断开。
根据系统中电机的选择和整个电路的工耗，刀开关选择型号为：HK1-3-30/380
5.5.3 熔断器的选择
熔断器用于不同性质的负载时，其熔体额定电流的选用方法也不同。
（1）熔断器类型选择，其类型应根据线路的要求，使用场合和安装条件选择； （2）熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器工作点的电压； （3）熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流； （4）熔断器的额定分断能力必须大于电路可能出现的最大故障电流；
该控制系统中，熔断器FU1和FU2是对主轴电机和液压泵驱动电机的短路保护，其选用原则可按下式计算：
IRN?(1.5～2.5)IN
机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 35 页