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第四章 专用钻床主轴传动系统的设计
4.1 主轴传动系统的分析
由图2-3可知，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。液压传动系统设计已在第三章中介绍并作出了设计，所以本章介绍带轮传动和主轴花键传动的设计。
主轴花键传动主要是满足主轴在高速旋转的同时还能够作轴向的进给运动。在主轴花键设计中，主要是根据主轴的轴径大小来选择花键的尺寸。
主轴系统带轮传动可实现过载保护，设计包括V带的选择和带轮尺寸的设计。
4.2 主轴花键的设计
花键联接，由带有多个键齿的轴和毂孔组成，齿侧面为工作面，可用于静联接和动联接。与键联接相比，花键联接有更高的承载能力，较好的定心性和导向性；可实现滑动联接；对轴的削弱也较小。
设计中轴上花键主要传递转矩，并起到轴端的导向定心作用。根据表3-1主轴零件的选用，选用花键规格为：（N?d?D?B ）8×32×36×6 GB/T 1144-1987（N?d?D?B为齿数×内径×外径×齿宽）。主轴的行程为100mm，查表4-1可确花键的长度为l=160mm。 表4-1 花键长度系列表 （mm） 10 36 71 130 12 38 75 140 15 42 80 160 18 45 85 180 22 8 90 200 25 50 95 28 56 100 30 60 110 32 63 120 由于主轴材料为45钢，加工后要调质处理，主轴端花键与毂孔为滑动联接，所以花键尺寸公差选择分别为：d取f7，D取a11，键宽B取d10。键宽位置度公差取
t1=0.015mm,键宽对称度公差取t2=0.012mm。
4.3 主轴电机选择
根据3.5.2章节的计算可知，主轴切削功率Pm=1.2KW。由于花键毂要与带轮固定在机架上，取轴承传动效率为0.99、花键传动效率为0.98和V带传动效率为0.96，
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所以可计算出电机要传递的最小功率P为：
P?Pm
0.993?0.98?0.96所以可计算出P=1.32KW。查电机样品选取电机型号为：Y90L-4。其额定功率为1.5KW，满载转速为1400 r/min。
4.4 V带传动设计 4.4.1 设计功率Pc的计算
Pc?KAP
式中： KA——工况系数；自动钻床一般为空载启动取KA=1.2
P——传递功率；取电动机额定功率P=1.5KW
计算出Pc=1.8KW。
4.4.2 选择带型
根据Pc=1.8KW，n1=1400 r/min，查《机械设计》选用Z型V带。
4.4.3 选取带轮基准直径dd1和dd2
由3.4.2章节中计算可知，主轴转速n2=850 r/min。考虑到电机主轴直径D=24mm及Z型V带的dmin=50mm，查《机械设计》取dd1=80mm。
dd2?n1dd1(1??) n2式中： dd2——钻床主轴带轮直径；
n1——主轴电机满载转速；n1=1400 r/min n2——钻床主轴转速；n2=850 r/min
dd1——钻床主轴带轮直径；dd1=80mm
?——滑动率；取?=0.02
所以可计算出dd2=129.13mm，圆整取标准值后取dd2=132mm。
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4.4.4 验算带速V
带速V的计算公式为：
由以上确定的数值，代入可计算出带速V=5.86m/s。在5～20m/s范围之间，带速合适。
4.4.5 确定中心距a和带的基准长度Ld
由带轮直径和自动钻床的机构尺寸，初选中心距a0=300mm。经计算可知其符合：
0.7(dd1+dd2)=148.4＜a0＜2(dd1+dd2)=424
由带长计算公式可计算出Ld0：
V??dd1n160?1000
Ld0(dd2?dd1)2=935.1mm ?2a0?(dd1?dd2)?24a0?查《机械设计》对Z型带选用基准长度Ld=1080mm，可由下式计算出实际的中心距a为：
A?Ld?(dd1?dd2)??186.79mm 48(dd2?dd1)2B??338mm
8a?A?A2?B?372.7mm
4.4.6 验算小带轮包角?1
?1?180??dd2?dd1?57.3??172? a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，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，剩下就是对自动钻床进行控制设计，下面章节将对钻床控制系统进行设计。
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第五章 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；
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。
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
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