无心外圆砂带磨床自动上下料控制设计（全套含CAD图纸、SW三维图纸）
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毕业设计（论文）文献综述题 目 二级学院 重庆汽车学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 姓 名 学号 指导教师 系 主 任 时 间 无心外圆砂带磨床的控制系统 沈凯摘要:无心外圆砂带磨床适用于管材、棒材等工件的外圆磨削和抛光，可磨削金属、木材、玻璃、橡胶等材料。随着市场经济的高速发展，对生产的要求也不断提高，对于磨床磨削的要求越来越高，砂带磨床的加工工效甚至超过了普通常规加工工艺,砂带越来越宽,加工精度越来越高，已达到和超过砂轮磨床。如今，由于可编程控制器（plc）在无心外圆砂带磨床控制系统中的应用范围越来越广泛，使得其生产操作趋于自动化、智能化。由于无心外圆磨砂带磨床在制造业中发挥着越来越重要的作用，有着广泛的应用及广阔的发展前景。关键字：无心外圆砂带磨床 砂带 plc 控制系统 1无心外圆砂带磨床的现状概况无心外圆磨床的发展与砂带磨削技术在国外有了很长的一段时间，而且已经相当成熟，美国是在世界上最早研制砂带磨床的国家。第一台砂带磨床用于加工木材, 随后广泛用于加工金属。 据美国对全国金属加工设备调查表明, 70 年代, 美国的砂带磨床已突破 4 万台。到 9 0 年代, 每 10 台磨床至少有一台砂带磨床。德国从50年代就开始研究砂带磨削, 各型砂带磨床都有生产, 瓦德里希科堡厂 ( Wa ldr i ch - c ob n r g ) 和文得令登( v and e r l i n den ) 厂都是生产大型机床的著名工厂。他们利用长期生产大型机床的经验, 利用导轨磨床的部件, 如静压导轨道、龙门结构、大型真空吸附高精度工作台等, 设计和制造了大量的宽砂带平面磨床。日本自行生产砂带磨床的工厂主要有松 下电机厂、东芝机械厂等, 已生产各类型平面砂带磨床、无心外圆砂带磨床。80 年代, 东芝机械厂制成了 5 5L -V K 型超小气动砂带机, 突破以前无法用砂带加工小沟槽的这一难题, 十分有发展潜力与实力。30年前，由于我国涂附磨具行业尚属发展起步阶段，砂带磨床更处研发试验过程，还无从谈起在机床业界的地位问题。当2009年磨料行业的产值统计结果显示涂附磨具年产值占磨料磨具行业总产值的比重已达23.1%，而同期固结磨具的比重为8.9%，超硬材料制品为13.9%。 表明涂附磨具在我国应用已取得相当大的发展，但是发展取得的成就与问题总是同时存在的，具体有以下:1、 生产企业数量有所增加在我国生产金属加工用砂带磨床的企业共66家，企业中以生产砂带磨床和砂带机为主营业务的企业仅25家，占38%；其余为兼产企业。以生产砂带机为主的企业有29家，占44%；砂带磨床生产企业中包括上海机床厂、杭州机床厂和北京第二机床厂等3家我国的著名砂轮磨床生产企业，除这3家外，其余均属中小规模企业，而且小型居多。需要指出上述3家著名企业的经营发展重点仍放在砂轮磨床的开发上，砂带磨床在其产品目录中仅是凤毛麟角。 2、明显品技术水平进步明显我国金属用砂带磨床技术水平的进步明显。目前一批高技术含量的砂带磨床相继问世，如：数控六轴联动大型汽轮机叶片砂带磨床加工一根57英寸的大型核电汽轮机叶片的工效比过去提高了5倍，表面粗糙度0.2m；再如：凸轮轴数控砂带磨床，采用了共轭磨削技术，若加工一根有八个凸轮的凸轮轴，单面加工余量为0.2mm,耗时仅需1分钟。3、 标准化工作开始起步 经国家标准化管理委员会批准，全国金属切削机床标准化委员会磨床分技术委员会砂带磨削机床工作组已于2008年11月 正式成立。砂带磨床标准化工作组的成立固然是为顺应标准化体系与国际接轨的需要，也标志着对砂带磨床作为机床不可或缺的新兴品种地位的肯定，是砂带磨削机 床在磨床领域内发展的新里程碑。4、 产品品种和规格发展迅速根据当企业公布的砂带磨床产品信息，对砂带磨床的品种作了统计，这些企业可提供的砂带磨床品种和规格共233种，其中未包括作为机床附件的砂带磨削头和简易的砂带磨削机具。 5、发展历程有起有落当追溯上世纪80年代就开始生产砂带磨床企业的情况时，发现如今仍坚持生产，并取得较大发展的仅剩重庆三磨海达磨床有限公司一家企业，据介绍该公司已先后开发了十大系列砂带磨床设备。2无心外圆砂带磨床的发展方向2.1 继续提高生产效率 2.1.1 提高磨削速度和增大机床功率。 长期以来, 砂带磨床的砂带工作速度一直停留在 20m / s 3 0m/ s 。据美国制造工程学会研究报告说, 1 00m/ s 的高速砂带磨床已在试验。在过去较长一个时期, 机床功率从每一平方英寸砂带面积 4. 4kW 7. 5k W, 到了 70 年代已提高到 18 . 5k W 2 6kW , 机床功率现如今为 200k W以上的已屡见不鲜, 为提高金属切除率, 机床的功率必将增大。2.1.2 发展宽砂带磨削, 扩大宽砂带磨床的使用范围。目前, 最大宽度的砂带磨床可磨削 4 . 9m 宽的平面。据报导, 宇航器具、大型舰艇、高能物理的研究和应用都要大量使用高精度、 高粗糙度精度的板材。 提高板材加工效率的途径就是要发展宽砂带磨床。2.2 提高加工精度西德瓦德里希科堡厂在砂带磨床上大量采用高精度常规磨床的结构。美国森斯特兰厂的砂带磨床, 按照砂带磨削工作的特性, 设计相应的专用部件以便提高机床的加工精度。但就砂带磨床本身来说, 砂带制造精度的提高, 同样是很重要的。3. 3 延长砂带寿命延长砂带寿命是降低砂带磨床加工成本最为关键的一个因素。 目前, 使用寿命已从 2h 4h 提高到 8h -12h 。 为进一步延长砂带寿命, 除改善磨料、 粘结剂基底之外, 国外还从砂带磨损的机理上解决延长寿命的问题。砂带磨损主要是 “ 粘盖”和 “ 磨钝” , 特别“ 粘盖”现象最为严重, 一旦出现 “ 粘盖” , 砂带就无法继续使用。因此, 美国最近在制造砂带中已加添抗“ 粘盖”的化学添加剂。3. 4 扩大万能性和适应性 一机多能、一机多头机床, 上下表面同时加工的机床, 磨完工件上表面后工件自行翻身再磨下表面的机床, 连续加工而工件自动退回的机床, 机电一体化的各种砂带磨床, 随着工业发展已相继问世和投入使用。 砂带磨床的万能性、 适应性今后还会进一步发展,使砂带磨床在工业生产中无所不能。3 无心外圆磨床磨削磨具和磨削安全稳定性 由于专门研究无心磨削的完善，在图1 所示的这种加工方式时，柱形工件2 靠摩擦传动在托板6 上旋转和移动。摩擦传动是靠导轮1 的轴线偏转一角实现的，砂带3 靠接触轮5 被压紧在柱形工件上，并借助滚轮4 拉紧。利用砂带代替砂轮的磨削，其调整参数是 角、角、角以及导轮和砂带的圆周速度。 图1 利用砂带无心外圆磨削示意图 用砂带的无心磨削具有一系列优点。可提高机床的使用安全性。提高生产率，促使这点的不仅是砂带的速度高(达50 m/ 5) 和稳定，轴向进给速度显著高(达18m/ min) ，而且砂粒还可有效的定向。无需修整工具。因为砂带与砂轮的区别是没有不平衡度，可显著减小振动水平，由于在高速切削时可较好的分散被散出的热量和降低单位负荷，故可减小热变形。所有这些可促使提高加工精度。 无心外圆磨削过程进行的稳定性大多取决于工件旋转的稳定性。旋转稳定性的破坏，伴随着“打滑”江件的圆周速度提高到砂轮的速度)， 从而导致工件从磨削区挤出，进而甚至会导致砂轮的破裂。另外，工件在加工过程开始时不旋转，暂时扭矩未达到所需值，而造成在不转动的工件表面上形成切口，从而在横截面内工件的形状变坏。 图2 有导轮的无心外圆磨削示意图在分析传统无心磨削方式(图2) 和借助计算机计算和实验研究的图表基础上，给出了可确定工件定位和磨削条件的参数远择的实际推荐。工件在无心外圆磨床上旋转的稳定性与一系列参数有关，属于这些参数(见图2) 的有托板的斜面角; 表征半径为r 的工件轴线在加工过程中的配置角; 法向切削分力P、和切向切削分力Pr; 在托板和导轮上的法向反力、和摩擦力、( 和为摩擦系数) ;工件的重量G。通过实验表明，陶瓷和树脂结合剂的导轮的磨损量大于橡胶和聚氨醋结合剂导轮一个数量级。随着橡胶和聚氨醋结合剂的导轮的粒度增大，它们的磨损量增加不大。由于强烈磨损，不推荐采用陶瓷和树脂结合剂的导轮。 六、外圆磨床的控制系统 1、按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统：在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 闭环控制系统：闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 2、按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 恒值控制系统;给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 随动控制系统:给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。程序控制系统:给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 七、PLC的功用和特点 PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。八、世界主流的PLC品牌世界上PLC产品可按地域分成三大流派：分别是美国、欧洲、和日本。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离的情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，日本的主推产品定位在小型PLC上，美国和欧洲以大中型PLC闻名。欧洲PLC产品：德国的西门子（SIEMENS)公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商，德国的西门子的电子产品以性能优良而久负盛名，主要产品是s5、s7系列。美国的PLC产品：美国是PLC制造大国，有著名的A-B公司、通用电气（GE）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。A-B公司产品规格齐全、种类丰富，主推的大、中型PLC产品是PLC-5系列。日本的PLC产品：日本的小型PLC最具特色，在小型机领域颇负盛名，著名的PLC制造商有三菱、欧姆龙、松下、东芝等，在世界小型PLC市场上占有70%的份额。 九、PLC的发展趋势21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 参考文献1李良福.无心外圆磨床的发展趋势J.机密制造与自动化.2002，第3期:11-132姚俊.平面磨床产品评述J.机密制造与自动化，2001，第6期：22-253李洪刚.无心外圆磨床的研究J.国外金属加工，2002，第3期：60-634刘学斌，陈月敏.M1083A无心外圆磨床磨削质量分析J.哈尔冰轴承，2012，第33卷（第1期）：25-275张友刚，程军红.外圆磨床砂轮的自动修整装置J.煤矿机械，2003，第12期:63-656孙佳，李慧敏.SKS-250型无心外圆磨床的自动化改造J.江西冶金，2000，第20卷（第6期):36-387梁沃军，王娜.PLC在气门杆无心外圆磨床自动化改造中的应用J.机电工程技术，2010，第39卷(第3期）：41-43 8李伯民，赵勇.现代磨削技术M.北京;机械工业出版社，20039戴曙.金属切削机床M.北京;机械工业出版社，199510范云章，陈昭年.金属切削机床简明手册M.北京：机械工业出版社，199811张连华.电器-PLC控制技术及应用M.北京;机械工业出版社，2007.212吴锦荣.可编程控制器系统应用与维护技术M.广州：华南理工大学出版社，2004.713边春元，宋崇辉.S7-300/400PLC梯形图与语句表编程M
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