B690型牛头刨床的液压及控制系统设计【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
B690型牛头刨床的液压及控制系统设计
B690型牛头刨床液压系统
B690 型牛头刨床液压系统
B690型液压牛头刨床
B690型液压牛头刨床液压系统
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本科毕业论文(设计)开题报告论学专文题业 、班目： B690 型牛头刨床的液压及控制系统设计院： 机械工程学院 级： 机械设计制造及其自动化 12 月 21 日 填毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1. 论文（设计）题目及研究领域；2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3. 本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2. 论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺， 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4. 开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5. 开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。9一、选题依据1、研究领域机电控制、机械设计、液压传动2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值牛头刨床是普通用途的刨削机床，利用往复运动的刀具切割已固定在工作台上的工件，机床的主要参数是最大刨削长度，主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件的平面、成型面和沟槽。牛头刨床运动过程中主要涉及两大系统，分别是传动系统和控制系统。传动系统有纯机械式和液压式两种两种传动方式，中小型牛头刨床一般采用机械传动(曲柄摇杆机构)例如 B665 等型号，这种牛头刨的主要特点是滑枕的移动速度不均匀，以及速度变级受限等诸多问题；大型牛头刨床多采用的是液压传动方式， 例如 B690 型液压牛头刨床，与传统的机械式传动相比，液压传动有很大的进步，我们用液压操纵箱机构代替了滑杆摇块机构，保证了滑枕的移动基本是匀速运动，用现代无级变速的液压技术取代了有限速度变级的机械传动，大大的扩宽了调速范围。所以在传动系统方面，有很大的进步。而另一部分为控制系统，无疑也是十分重要的。刨床如果控制和使用得当，不仅能提高效率、节约成本，还能延长产品的使用寿命。而传动部分相对来说较为稳定，所以机床能否运行在最佳状态即取决于电气控制系统的控制方式。而此次采取的 PLC 控制，能够实现开关逻辑控制和变频电动机的转速控制，在很大程度上可以提高刨床的效率和加工精度，加强刨床的可靠性和稳定性。同时 PLC 具有可靠性高、功耗低、维修方便成本低等诸多优势，从而可以达到减少投资、降低功耗等目的。牛头刨床的应用十分广泛，一般行业包括模具行业、汽车行业，高精尖行业包括航空航天、军事装备等方面。由于我国经济的快速发展，也使牛头刨床等机床持续有较大的需求，同时我国政府提出了 2025 计划，这也说明在宏观政策下，牛头刨床以及整个机床行业都是大有可为的，虽然我们在向数字化智能化迈进，但在现阶段以及相当长的一段时间内，普通机床例如牛头刨床等仍然会发挥巨大作用。所以对牛头刨床进行深入研究并掌握相关的知识是十分有必要的，所以这个课题也是十分有意义的。3、目前研究的概况和发展趋势在第一次工业革命时期，牛头刨床被发明于英国，在这个时期，还发明了许多其他形式的机床。机床的发明，解放了劳动力，改善了我们的生活水平，在提高生活质量的同时，又促进了社会的进步。从目前世界上牛头刨床的拥有量上看，德国是使用牛头刨床最多的国家，美国的牛头刨床拥有量也很多，德国的牛头刨床首先从外形上来看，整个机床造型墩实厚重， 每个零部件都不会偷工减料，产品精益求精。比如刨削长度是 1 米的机床重量可以达到 5 吨多，牛头刨床的稳定性很好，精度相应也很高。另一个方面是德系牛头刨床工作效率很高，滑枕速度很快，可以达到国内同等质量水平的一点 5 倍以上，电机功率也很大，效率高、干起活来很快，能源耗费反而很少。史上最大的牛头刨床产自俄罗斯，它的刨削长度达到 1.8 米，比国内生产的最大牛头刨床多出 30 公分（目前我国最大型号是来自沈阳的 1.5 米的。如果超过 1.5 米就很难生产，对机床的各个零件的性能要求也比较高）机床总重量达到 8 吨，属于重型设备。据了解它主要应用于船舶螺旋桨的加工和刨削，以及大型设备的加工。精度也非常高，目前只在北京和上海有现货和的样品。一个机床的最大型号能否进行突破和向上发展，代表了一个国家的综合实力，此次俄罗斯试生产成功表明了他的重工业实力非凡。而我国是在这方面属于新兴国家，牛头刨床拥有量仅次于德国和美国，位于世界第三位，但是中国自改革开放以来，一直保持高速的发展，相信在不久的将来，凭着中国的高速发展和世界对于中国这个世界工厂的需求，中国将成为世界上牛头刨床拥有量最多的国家。但纵观我国牛头刨床，都只是简单的技术改造，技术水平还停留在比较初级的阶段，与国外差距很远，它能进行一些精度不高的加工。我国目前已经拥有了机械牛头刨床，液压牛头刨床，数控牛头刨床，还有正在研究的双向牛头刨床。但是每一种型号都不是全面的全能的，各有优点和缺点，每一种机床都需要进行改进突破和创新。国外机床很多领域都占据主导地位，中国制造都是中低端产品。开发具有自主知识产权的中国制造，已成为全社会的共识。靠收购不可行，因为高科技是人家的核心机密，是国外经济命脉，国外不可能会轻易把技术传给你，所以我们只有一条路可走，那就是自己研发，这种境况已经迫在眉睫，很多低效率的机床所生产出来的产品，质量很差。比如说汽车，国产车经常出问题，磨损大，耗油高，性能不好， 就是因为生产汽车零部件的机床精度不够造成。这个方面的例子比比皆是，从各个方面都能够反映出来，甚至是 1 颗小小的螺丝钉都能够反映出这个国家整体质量水平如何，所以我们要切切实实的提高机床的质量，牛头刨床厂家要切切实实的提高牛头刨床的质量。目前我国正在处于工业化国家中期发展阶段，很多行业需要进一步的巩固，现在正处于关键发展阶段，在这一期间，我们可以向一些支柱性工业，比如数控车床行业，再比如牛头刨床行业，这些中小机床满足了我国机床工程量 72%以上的项目， 从发达国家的发展历史经验来看，这一阶段期间最主要的特点就是制造业设备更新发展速度明显很快，而且其设备改造加速，企业设备更新改造投资占固定资产投资的比将要逐步提高。在一些欧美发达国家，他们国家的机床行业相当发达，许多中小机床， 数控机床的应用相当普遍。但是在我国机床人均占有量很低，特别是高端设备方面人均拥有量更少，这就是我们国家与发达国家的差距之所在，从这一点上来说在很长一段时间内我国的机床行业还有很大的发展空间，无论是在牛头刨床上还是在高端设备数控机床方面都需要一个量的增长和质量的增长。虽说中国现阶段市场上最主要的还是机械式和液压式牛头刨床，但对于日后的发展而言，数控机床，大型加工中心才是日后发展的方向。德国在 2013 年汉诺威工业博览会上提出了工业 4.0 的概念，表示人类将迎来以信息物理融合系统（CPS）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命，这也能体现出未来机床行业的发展大趋势。同时，李克强总理也在 2015 年国务院发布的文件中正式提出中国制造 2025 的发展战略，其中第二条是推进信息化与工业化深度融合， 第六条也将发展高档数控机床列入了十大重点领域。这无不体现出机床行业要向高精、高细、高速、柔性、智能等方向发展。但在现阶段以及相当长的一段时间内，普通机床例如牛头刨床等仍然会发挥巨大作用。二、论文（设计）研究的内容1. 重点解决的问题B690 型液压牛头刨床机械结构设计、计算以及图纸绘制，液压系统设计，控制系统编程、调试及仿真。2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）（1） B690 型牛头刨床的机械结构设计；（2） B690 型牛头刨床的液压系统设计；（3） 控制系统程序的调控与运行；（4） 基于宇龙机电仿真软件，对控制系统进行仿真分析。3.本论文（设计）预期取得的成果（1） 弄清刨床机械结构，顺利完成图纸绘制，完成数据计算并分析（2） 完成液压系统设计与分析，明确其优缺点；（3） 完成机电系统设计（4） 基于宇龙的程序的编制和调试；（5） 相关外文资料的翻译；（6）1.0 万字以上的设计说明书。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）(1）依靠资料及所学知识对机械系统进行合理的设计； B690 型液压牛头刨床技术规格如下：产品型号：B690 液压牛头刨床最大刨削长度：900mm滑枕行程：150mm工作台最大横向行程：750mm 工作台最大垂直行程：320mm滑枕底面到工作台最大距离：400mm 刀具最大回转角度： 正负 60 度刀架最大垂直行程： 200mm刨刀最大尺寸（宽*高）：30*45mm滑枕每次往复行程工作台横向进给范围:0.25-5mm 滑枕最大工作力：28KN滑枕无级变速范围： 3-37m/min 工作台工作面尺寸：900*450mm 工作台最大承载质量：300kg(2)对控制系统进行选型、编程及调试。(3)对液压系统进行分析2. 论文（设计）进度计划（1） 查阅并收集相关资料，了解国内外情况，掌握与该题目相关的理论和知识，翻译一篇外文献，根据老师下达的设计任务书写出开题报告；（第一周第三周）（2） 完成开题报告答辩工作；（第四周）（3） 明确 B690 型液压牛头刨床的结构及工作原理，具体工作过程等；（第五周）（4） 根据整体设计完成 B690 型液压牛头刨床机电控制部分设计和选型，熟练应用宇龙软件；（第六周第八周）（5） 基于宇龙完成以上相关程序的编制和调试；（第九周）（6） 进行 B690 型液压牛头刨床的总体设计、机构选型、图纸绘制及相关设计分析；（第十周第十二周）（7） 拟定论文提纲，撰写论文初稿；（第十三周）（8） 总体设计和功能设计的最终完成，相应工作的完善，修改论文并定稿，同时写出中英文摘要；（第十四周第十五周）（9） 总结论文，准备答辩。（第十六周）四、需要阅读的参考文献01 余雷声. 电气控制与 PLC 应用M.北京:机械工业出版社,2002.02 万太福,唐贤永. 可编程序控制器及其应用M.重庆:重庆大学出版社,2000. 03大连组合机床研究所. 组合机床设计M北京:机械工业出版社,1975.04 王田苗, 丑武胜. 机电控制基础理论及应用M. 北京: 清华大学出版社, 200305 李建勇. 机电一体化技术M. 北京: 科学出版社, 200406 王宪军, 赵存友. 液压传动M. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 20007 徐灏等. 机械设计手册. 第 5 卷M. 北京: 机械工业出版社, 200008 王振臣.齐占庆.机床电气控制技术M.机械工业出版社，2007.09 王艳颖.刘安生.机电综合实验指导书M.大连大学机械工程学院，2012.10 SIMATIC.S7-200 可编程控制器系统手册MSIEMENS.200811 SIMATIC.S7-200 SMART 可编程控制器产品样本M.201112 赵嵬.汤嘉力.郎文林.西门子 S7-200/300 系列 PLC 入门M.电子工业出版社.2011 13陈为国.B690 型液压牛头刨床液压系统分析J南昌航空学院院报.1998.1:47-52 14王凤兰,沙玉章.双向刨削牛头刨床的机构创新设计J.机械设计,2007,11:48-50. 15李琴.牛头刨床的建模与动力学仿真J.煤矿机械,2011,02:51-53.16李书平,朱揆庆,蔡昶.牛头刨床双向刨削机构创新设计及改造J.煤矿机械,2008,12:152-154. 17马金河,王芊.牛头刨床的数控改造J.机械制造与自动化,2005,06:89-90.18 高飞.牛头刨床的多目标优化设计J.辽宁高职学报,2012,10:71-73.19 孟兆明,常德功.按机构压力角大小最优设计牛头刨床J.机械设计与制造,2000,01:45-46. 20Yo-AnLim,Jong-PhilKim,JooHongYoon,JehaRyu.AnAnalogInputShaperforStabilityE nhancementofHapticInterfacesandItsApplicationtoEnergy-BoundingAlgorithmJ.IFACPr oceedingsVolumes,2008,412:. 21M.Baszczyk,P.Dorosz,S.Glab,W.Kucewicz,L.Mik,M.Sapor.Methodofsignaldetectionfr omsiliconphotomultipliersusingfullydifferentialChargetoTimeConverterandfastshaperJ.NuclearInst.andMethodsinPhysicsResearch,A,2016,824:. 22OukSubLee,DongHyeokKim,YongHwanHan,YeonChangPark.Dynamicdeformationof hottemperaturedegradedPOMandPPusingamodifiedSHPBwithpulseshapertechniqueJ.Jou rnalofMechanicalScienceandTechnology,2008,229:23Shen-WangLin,Cheng-ShunHan,Jiu-BinTan,ShenDong.Mathematicalmodelsformanuf acturinganovelgearshapercutterJ.JournalofMechanicalScienceandTechnology,2010,241:.附：文献综述文献综述本次设计题目我选择的是 B690 型液压牛头刨床结构及控制系统设计。通过前一阶段对机械设计，机电一体化及机电控制技术课程的学习，我已经掌握和具备了一定的结构分析、电气控制技术等相关的知识和能力，完成此次设计可以使我掌握针对实际将设计与家电一体化结合起来，培养自己设计机电综合系统硬件部分的能力。牛头刨床是工程中应用最多的机械之一，近年来我国设计制造的许多牛头刨床新品，无论是在外观和刚性或是在操作方便程度和加工性能等方面都已经达到了比较先进的水平，虽然与国际先进水平还是有差距，但是相信随着政府对制造业的重视，机床行业还是会有一个较好的发展。本次的设计题目主要设计到了机械设计、液压传动、PLC 控制等相关领域，在后边的叙述中，会针对本次设计的机床机械部分的设计(包括结构、运行情况等）、机床传动系统的选择及优缺点、机电控制系统 PLC 的选型及设计思路逐一进行说明，并进行总结。相信通过这次的工作过程，能够进一步帮助自己理清思路，为后期正式开始的设计打下一个坚实的基础。刨床是伴随着蒸汽机一起产生的，由于蒸汽机阀座平面加工的需要，技术人员开始了这方面的研究，从 1814 年开始的数十年间，刨床有了快速的发展，1839 年第一次有了带送刀装置的刨床，在刨床发展上具有重大的意义。此后由于刀具的改进以及电动机的出现，刨床一方面朝着高速切割、高精度的方向发展，另一方面也朝着大型化发展。在现在的机床行业，高速、精密、复合、智能和绿色是数控技术现在的总体趋势，并取得了很大的成绩：比如复合上，铣-车复合、成形复合加工、特种复合加工。数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如： 自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到微米级（0.001mm），有些品种已达到 0.05m 左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到 0.05m 左右，形状精度可达 0.01m 左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001m）。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用， 极大的提高数控机床的技术水平。机床工业是装备制造业乃至整个工业发展的“母 机”，数控机床又代表着机床行业里最先进的水平，相信它还会蓬勃发展，为制造业带来更大的变革。根据加工工件长度，牛头刨床可分为大中小三种形式。加工长度在 400 毫米以内的为小型，加工长度在 400 到 600 之间的为中型，大于 600 时就已属于大型牛头刨了。而此次设计研究的 B690 牛头刨床刨刀的尺寸可以达到 900 毫米，是当之无愧的大型牛头刨床。它的机械结构主要由床身、工作台、横梁、主刀架、立柱、侧刀架等部分组成。机床的主运动是又一单出杆活塞缸带动滑枕（滑枕上带有刨刀）进行的往复直线运动；进给运动是直流电动机拖动床身上的工作台做间歇进给。其中床身为箱体零件，上有 V 型导轨，工作台安放在床身上，横梁用于安装滑枕，在刨削加工时横梁处于静止状态，当工作台停止时，可上下调整刀架高度。两个垂直刀架可沿着横梁导轨在水平方向、或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向上做快速进给或工作进给。右侧刀架可沿立柱上下移动，以刨削垂直面。具体如图 1 所示：图 1 刨床结构示意图刨床的一个重要参数是最大刨削长度，以为以此为标志将牛头刨分为了大中小三种， 一般加工长度能达到 600 毫米以上就算是大型的了，而 B690 牛头刨最大刨削长度可以达到 900 毫米，是当之无愧的大型牛头刨了。但同是作为大型牛头刨床，B690 却与B665 型之类的机械传功牛头刨床截然不同，因为它是采用液压系统来完成运动和动力的传输的。对于两者传动方式的优劣问题，学界争论由来已久。一部分认为机械式传动更好，因为不仅结构简单可以由电动机直接拖动来回运动，解除了中间动力传输的环节以及液压泵这一环节，减少了环境污染；同时针对国情来说，机械牛头刨床价格低廉、操作简单，无需过硬的特殊人才，易于上手加工，维修维护方便等。所以优势要大于液压传动。但还有一部分人则认为，液压传输过程中虽然有一些损耗动力，可是通过液压泵，一部分动力传输到刨刀又被加强了，所以功率强劲。同时，液压箱的存在替代了传统的滑块摇杆机构，使用了无级变速大大扩宽了调速范围，所以优势明显。在查阅资料的过程中，我发现了许多的牛头刨床存在的问题，例如刨床在工作时换向频繁，而且冲击特别大，对机床的损伤特别严重，如果采用液压传动我觉得可以适当减少一些问题，因为可以保证滑枕的运行更加平稳，刀具换向时冲击更小一些， 这些对于机床本身都是十分有益的。同时液压系统便于实现过载保护，更加安全可靠， 这在我们生产加工领域意义也是十分重大的，所以我个人本身也比较倾向于液压系 统。当然我的意思不是说液压系统就是完美的，当然也存在一些问题，比如现在工程技术人员正在积
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