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基于PLC的全自动轴加工组合机床.pdf基于PLC的全自动轴加工组合机床.pdf -- 1 元

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文章编号10012265200606008602收稿日期20030731修回日期20060331作者简介樊学良1964,男,四川双流人,中国兵器装备集团公司国营第204厂研究员级高级工程师,工学硕士,研究方向为机电一体化非标设备的设计与制造等,Emailfan1921163.com。基于PLC的全自动轴加工组合机床樊学良国营第204厂,成都610106摘要文章在分析轴类零件传统加工工艺的基础上,推出了一种基于PLC控制的轴加工组合机床,阐述了其机械结构与控制系统,该机床将铣削动力头、钻削动力头和刷油器对称直线布置,采用气缸实现工件的装卸与各工位的往复循环,该组合机床各功能部件对称直线布置的这一结构特点,为其结构的简化与功能的柔性化奠定了良好的基础,是一款加工轴类及箱体类工件的经济实用型专用设备。关键词切削加工组合机床PLC专用设备中图分类号TP23文献标识码AModularMachineToolforShaftManufacturingBaseonPLCFANXue2liangStatePlant204th,Chengdu610106,ChinaAbstractThepaperanalysestheshaftmanufacturingtraditionprocess,expoundsthemachineframeandcon2trolsystemofmodularmachinetoolforshaftmanufacturingbaseonPLC,themillingpowerunits,drillpowerunitsandoilbrusherswerelaybysymmetryalongaline,usingthepneumaticcylindertoclampandunloadpartsandtocyclefrombeginningtoend,thesymmetrystructurepeculiaritymakeitspossiblethatflexibleau2tomationandframeconcision,so,itsaeconomicandappliedspecialmachinethatwasusedshaftmanufactur2ingandboxmanufacturing.KeywordscuttingmodularmachinetoolPLCspecialmachine1问题的提出在机械加工中,轴类零件极为普遍,而对于功能集中的轴类零件,其结构也都比较复杂。为了保证各尺寸间的位置精度,绝大多数情况下,需在轴两端各加工一个中心孔,为后继工序提供统一的加工基准如图1所示。图1轴类零件半成品在大批量生产的情况下,通常采用的工艺是下料→车总长→打两端中心孔→加工柱面上的结构要素→热处理→磨如此工艺,若在普通车床上加工,则必须按如下顺序夹紧工件→车一端面→打中心孔→调头再夹紧工件→定总长车另一端面→打另一中心孔,如此复杂且周而复始的工作,不旦劳动效率低,劳动强度大,而且常出现总长或中心孔加工方面的质量问题,为了保证轴类零件在大规模生产下的高效率及高品质,我厂成功设计了基于PLC的多工位全自动轴加工组合机床。2基于PLC的解决方案组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成的工序集中的高效率专用机床,它能对一种或几种零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。具有生产效率高,加工精度稳定,设备的设计、制造周期短等优点。为适应图1所示轴类零件的大批量加工,特设计了多工位组合机床,其总体布局如图2所示,其控制流程如图3所示。各功能部件通过机床床身集成一体,由于该组合机床各动力部件均采用对称布局,使得机床导轨受力状况较普通机床有明显的改善,所以不必采用组合导轨,而采用工艺性较好的单一式矩形导轨如图4,四只动力头的安装基准面与导轨各面的相互位置精度,是影响该机床精度的关键,因此,在加工条件允许的情68工艺与装备组合机床与自动化加工技术图2组合机床总体布局况下,应留足各部余量,组装导轨后,一次装夹完成各关键尺寸的加工,否则在单件加工工艺条件下,必须提高各零件的相关尺寸精度,以保证整机的装配精度。工件夹紧缸与其V型夹紧块组合成为本机的随行夹具,进给缸驱动随行夹具沿导轨周期性地穿梭于各工位之间。图3机床控制流程图图4单一式矩形导轨刷油器结构如图5,机油渗透且积聚在毛毡块内,工件经过时完成刷涂,使工件的加工条件得以改善,提高加工表面质量及刀具寿命。回程时刷油可对工件已加工表面实现周转期内的防锈处理,而油位标尺与接近开关的组合,用于实现缺油报警功能。图5刷油器在进给缸行程的两个极限位置,均设置了可调式机械限位装置,确保中心孔加工的位置精度及送/缺料的顺利实现,在送料极限位置也设有可调式机械限位装置,以保证毛坯轴在随行夹具上的装夹精度。所以在本系统中,各缸活塞所给出的位置信号,可仅作为PLC完成顺序控制的逻辑信号,并不影响机床的加工精度,而机床的加工精度完全取决于各动力头自身的精度及床身的各相关尺寸精度。考虑目前工件的加工精度及今后机床功能的适度拓展,本机床的铣削动力头选用湖北光华公司的ITX20,钻削动力头选用日本速技能SUGINO风电式进给动力头ES26014,据流程图可知,该控制系统输入点共20点,输出点共15点,故PLC选用DVP32ES00R,I/O扩展机选用DVP08XM11N,在本系统中,动力头及各传感器都有方便的电气接口及机械接口,所以这里略去PLC接线图。3柔性及实用性概述作为单机使用时,该机完全实现了单机自动化,可实现无人职守运行。若辅以简单的传送及检测装置,则可组建成多机自动化生产线。各功能部件沿导轨相向布置,是该组合机床在结构上的一大特点,这一结构形式,使它具备了较大的柔性空间,成为生产中较实用的一款组合机床。由于各动力头及刷油器与床身采用条形孔联接,所以调节各动力头间距则可对不同长度的轴进行加工。更换随行夹紧或调整其夹持工件的中心高度,可对不同直径的毛坯轴进行加工在钻削动力头工位更换加工刀具,可演变出一系列功能,如将中心钻更换为钻头、铰刀或其他专用刀具,则可在该工位实现两端钻孔、扩孔、倒角、锪孔、铰孔,或在两端分别完成不同的尺寸加工在该工位装夹镗刀,则可镗削内孔或车削外圆等设计专用的随行夹具可对箱体类零件进行两端面的同时铣削,在钻削动力头上安装专门设计的多轴钻削头,则可对箱体两端面同时进行多下转第90页782006年第6期工艺与装备多用户共享主机系统的数据资源和外设资源,降低了系统成本。采用C/S模式能综合应用客户机和服务器方面的智能资源和计算能力来协同执行一项特定的任务,并能提供图形用户界面GUI,因此在网络化系统中越来越得到广泛的应用。在网络化制造模式下,需要加工设备具有和网络进行交互的功能,以实现远程的监视和控制。在这种背景下,本文提出了以客户/服务器模式为基础,以数控车床仿真加工为对象的远程仿真监控系统模式,来模拟实际数控机床加工的远程监控过程。建立了远程仿真监控系统的体系结构模型,设计了客户端和服务器的功能模块和界面,并取得了很好的远程仿真监控效果。工作时,客户端直接向服务器发出仿真命令,服务器根据应用层协议对命令解释后执行相应的动作,从而实现点到点的直接控制,很好地满足了监控仿真的实时性要求。在服务器端有四个主要的模块通讯管理模块、NC代码解释模块、插补模块、仿真加工模块。通讯管理模块是主要模块,其功能是负责系统的网络通讯,接收从客户端传来的加工代码和控制信息,显示客户的相关信息把加工代码传送到NC代码解释模块,从中提取仿真加工的零件信息后,把这些信息送到插补模块,进行插补运算根据插补运算结果,调用仿真加工模块进行车削的加工仿真,同时把采集到的状态监控信息向客户端发送。3实例加工中物理仿真的实现在实验中,我们利用VC工具进行系统开发,结合串口通讯和网络技术,实现数控车NC代码的加工仿真。以下以数控车床切削外圆为例,如图2所示。图中虚线是刀具在理想情况下的加工轨迹,不考虑各种物理因素。实线轨迹是考虑到工件变形的情况下的物理仿真,它反映了工件在变形下,工件加工的真实轨迹。因此在加入了变形的条件后,可以看出,存在明显的鼓形误差。图3是利用误差补偿技术后,加工的实际轨迹,可以看出,加工工件的误差得到了有效的消除。4结论外圆车削中,工件以及刀具的变形比较具有规律性,可以通过误差补偿等方法来达到消除误差,提高加工精度的目的。同时,从本文也看到,提高工件以及刀具的刚度,会大大减少误差。物理仿真技术是虚拟制造技术的关键和基础。目前物理仿真的发展滞后于几何仿真,并只考虑到部分物理因素对加工过程的影响,因此,建立合理反映实际图2数控车床切削外圆图3利用误差补偿技术加工的实际轨迹加工过程的物理模型并开发完善的,对实际加工有积极促进作用的物理仿真系统,是今后研究的重点。参考文献1周宁,胡鹏浩,黄其圣.外圆车削中力变形误差的软件补偿原理J.合肥工业大学学报,1998,2153843.2周凡,潘振显,毛勋才,等.虚拟制造中数控车削过程仿真系统研究J.新技术新工艺,2004169.3黄雪梅,赵明扬,王启义.虚拟数控车削物理仿真系统的研究与开发J.中国机械工程,2002,131513361339.4李桂华,马修水.误差补偿技术在轴加工中的应用J.机械制造,2004,6425354.编辑赵蓉上接第87页孔加工,一次装夹加工完成,大大地提高了加工质量及生产效率。总之,基于这一总体布局的组合机床,无论在设备功能的柔性化方面,还是在其自身的制造工艺方面,均有一系列优点,在实际应用中稍加推敲,便可很容易地做到推陈出新,解决复杂零件加工过程中常遇到的一系列实际问题。参考文献1吉林工业大学,吉林工学院,东北工学院.金属切削机床设计M1上海上海科学技术出版社,1980.2吴圣庄,金属切削机床概论M1北京机械工业出版社,1985.3张展1非标准设备设计手册M1北京兵器工业出版社,1993.编辑江复09工艺与装备组合机床与自动化加工技术
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