实验室构建.doc

河南工业大学磨床研究实验室构建方案一、 实验室介绍磨床研究实验室以“精密与超精密加工技术、先进制造工艺及装备”作为研究领域。该实验室拥有雄厚的理论基础及实践经验，研究实验室主要由机电工程学院沙杰、李焕峰教授负责，以郑州第二机床厂为依托，开展磨削理论及磨削装备、加工自动化的研究，一方面服务于机床厂，提升产品档次，促进产品更新换代，使其占据市场竞争主导地位。另一方面建立稳定的科研团队，培养出高素质的研究型人才。磨床研究实验室的主要研究方向包括：1、精密磨削理论及工艺研究：以提高磨削加工质量和加工效率为主要目标，研究中小孔的精密与超精密磨削理论与工艺，优化磨削工艺。 2、数控精密磨削装备的研究：以实现高精度数控自动磨削为目标，以磨削过程监测反馈、自动上下料和磨床整体优化为主要研究内容，研发新型的高精度内圆磨削装备及磨削功能部件。3、加工自动化研究：建立加工过程监测反馈平台，完成对加工过程信息的检测、识别、反馈输出，确保加工过程的平稳及连续性，保证加工质量。探究机加工自动化的实施方案，研究加工过程信号的识别方法及控制手段。二、 实验室需求分析鉴于磨床研究实验室的定位、研究方向，基于“满足现有需求，且具有一定前瞻性，保证实验室功能的持久性、先进性”的设计需要。本着“实用、适用、够用”的原则，在满足实验室必备职能的情况下，根据实际情况，酌情购买实验装备。根据实验室研究方向，构建磨削加工自动化试验台。分析确定该试验台需要完成的指标包括：1、准确测量磨削工件的尺寸大小。2、准确测量出磨削工件的形位公差。3、准确测量出磨削工件的表面粗糙度值。4、准确测量出磨削过程当中磨削力大小。5、准确测量出磨削、修整过程中的砂轮信息。6、可以完成磨削加工过程的仿真模拟。辅助实验装备，首先，完成一般的小孔钻削加工，辅助磨削加工自动化实验台的使用；其次，完成试验台的调整及安装、保证实验的正常进行。三、实验设备一、磨削加工自动化试验台主要由以下几部分组成，主要包括Z2-015数控精密内圆磨床、尺寸测量模块、公差测量模块、磨削力检测模块、砂轮信息检测模块、伺服运动仿真模块组成。详细如图1所示。图1 磨削自动化试验台1、Z2-015数控精密内圆磨床，以郑州第二机床厂为依托，利用该机床作为研究对象，以来实现对内圆磨削加工理论及磨削功能装备、加工自动化的研究。2、尺寸检测模块。该部分主要完成对磨削加工工件的尺寸检测，可以实现粗、精测量。主要由游标卡尺、内径千分表组成。游标卡尺主要用于一般机械加工中的测量，可测量内、外尺寸、深度及台阶等。内径千分尺主要是孔加工必备工具之一 , 适于测量不同直径和不同深度的孔。同时也可检测孔的圆度和椭圆度。尤其适用于小孔的测量，以及实验室中高精度要求的孔径测量。3、公差检测模块。对于磨削加工工件的测量，主要的测评指标为孔的圆度、圆柱度、表面粗糙度。工件圆度主要依靠郑州第二机床厂的圆度仪来检测；圆柱度的测量主要依靠气动量仪、内径千分表、两瓣式测量系统来实现。4、磨削力检测模块。磨削力是反映磨削过程信息的有效参数，对于内圆磨削过程，由于加工复杂，检测装置空间受限。采用磨削功率检测法，通过检测磨头、车头电机的功率变化，间接反映磨削力的变化。这样，实现磨削力的数据的获得。该部分的硬件组成如下图2所示.电流传感器信号调理模块数据采集卡PC图2 磨削力检测模块5、砂轮信息监测模块。对于磨削加工过程中，砂轮信息的获得主要依靠AE声激发传感器加以检测。通过AE传感器来识别磨削过程中砂轮磨损情况，判别加工过程的稳定性，判别修整过程的稳定等等。该部分的组成如图3所示。AE传感器前置信号放大器数据采集卡PC图3 砂轮信息监测模块6、伺服运动仿真模块。Z2-015机床的运行费用较高，为降低实验损耗，对于理论研究主要应用伺服仿真模块，模拟机床伺服系统的真实运动。伺服运动仿真模块可以实现检验控制程序。本控制系统能分别实现计算机采样、数字滤波、直流电机调速、位移/转速的闭环控制及其性能研究。该部分组成如图4所示.图4 伺服运动仿真模块二、辅助设备辅助设备主要包括台式钻床、安装工具箱、实验耗材、辅助工作台、资料柜等，主要配合磨削加工试验台的正常研究。四、设备参数及选型4.1 磨削自动化实验台1、Z2-015数控精密内圆磨床，以郑州第二机床厂为依托，协调解决。2、尺寸检测模块。游标卡尺、内径千分表。游标卡尺。 规格：游标卡尺601-01。哈量集团。内径千分表。 规格：内径千分表811-01型。哈量集团。3、公差检测模块。对于磨削加工工件的测量，主要的测评指标为孔的圆度、圆柱度、表面粗糙度。工件圆度主要依靠郑州第二机床厂的圆度仪来检测；圆柱度的测量主要依靠郑州第二机床厂的气动量仪来实现。4、磨削力检测模块。采用磨削功率检测法，通过电流传感器，搭建磨削功率监测系统，该系统的组成为：电流传感器信号调理模块数据采集卡PC电流传感器 型号：A-CS500EK1T系列 霍尔可拆交流电流传感器 三相三线制多功能交流电量采集模块。 型号：DAM-3506/T5、砂轮信息监测模块。对于磨削加工过程中，砂轮信息的获得主要依靠AE声激发传感器加以检测。通过AE传感器来识别磨削过程中砂轮磨损情况，判别加工过程的稳定性，判别修整过程的稳定等等。该部分的组成如图3所示。AE传感器前置信号放大装置数据采集卡PC图3 砂轮信息监测模块传感器选择型号：PXR15。 150kHz谐振式传感器， 频率带宽为100-400KHZ。前置放大 型号：PXPAIV。AE声激发前置放大器。数据采集卡 型号：PCI8757 同步采集卡16位AD精度，每通道800KS/s同步采样频率。4路差分模拟量输入。AD缓存：8K字 FIFO存储器。AD量程：10V。4路同步采集。6、伺服运动仿真模块。该部分主要由以下7部分组成，详细如下：直流伺服电机主要性能参数 。额定功率：40W。额定转速：3000r/min。额定电流：电枢：2.6A，励磁：0.44A。额定电压：电枢：27VDC，励磁：27VDC。减速器：额定输入转速：3000rpm，额定输出转速：750rpm。减速比：14，最大输出转矩：0.36Nm。 位移传感器，测量范围：400mm。线性度：0.05%。重复精度：0.01mm。 最大工作电电：42VDC。输出：05VDC。 A/D、D/A卡（模/数、数/模转换卡）。转换位数：12位。 转速传感器，磁电转速传感器。输出波形：近似正弦波（50r/min时）输出信号幅值：300V。50r/min时，传感器铁芯和被测齿轮齿顶间隙0.5mm，齿数 Z = 60 ，被测齿轮模数m =2 ，材料为电工钢，信号幅值大小，与转速成正比，与铁芯和齿顶间隙的大小成反比。测量范围：505000Hz。输出形式：X12K4P四芯插头。航空插头的1、4芯分别接信号线，屏蔽线接传感器外壳。 转速数显表 直流电机双向驱动器，供电电源：单相220VAC。调速方式：励磁固定，电枢PWM调压。输出电流：连续运行3A(短时最大6A)。控制方式：差分电压控制(-10VDC+10VDC)，计算机通讯数字给定、开关量给定。 滚珠丝杆。导程：4mm/r。有效行程：约260mm。台达PLC。于郑州市第二机床厂协调解决。具体：按照湖南众航科技有限公司规格确定。4.2 辅助实验设备辅助设备主要包括台式钻床、安装工具箱、实验耗材、辅助工作台、资料柜等，主要配合磨削加工试验台的正常研究、 台式钻床 型号：ZS4125台式钻床 安装工具箱 型号：ZS4125台式钻床 工作台 型号：ZYT3680型 钢制边台 资料柜 型号：等体器械柜 洛阳美科办公家具郑州销售中心地址：郑州市石化路38号。电话 办公桌RS232磨削自动化实验台检测控制组成图：PLC直流伺服D/A卡信号调理模块信号调理模块数据采集卡(PCI)转速传感器位移传感器前置放大器AE传感器前置放大器AE传感器PC（以labview编写监控程序）电量采集模块信号调理模块电流传感器五、设备统计磨床研究实验室设备统计名称型号数量价格（元）生产厂家霍尔电流传感器A-CS500EK1T系列3270南京奇霍科技有限公司三相三线制多功能交流电量采集模块DAM-3506/T1480北京阿尔泰科技发展有限公司信号调理模块A11S111320北京阿尔泰科技发展有限公司游标卡尺601-011125哈量集团内径千分表811-01型1600哈量集团AE传感器PXR1521800长沙鹏翔科技有限公司前置放大器PXPAIV24000长沙鹏翔科技