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B690 牛头 刨床 液压 控制系统 设计 10 CAD

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B690型牛头刨床的液压及控制系统设计含10张CAD图,B690,牛头,刨床,液压,控制系统,设计,10,CAD

内容简介：

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8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.201113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.1998.1:47-5214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极探讨解决的液压油温度过高，液压油的泄露问题较为严重等，但我相信随着技术的不断进步，这些问题都会逐渐被解决。一台机床的机械结构是主体，但是它能否运行在最佳状态，以及最大限度的延长机床使用寿命，就取决于它的控制系统。对于这部分，我认为这要注意首执行机构能否按照要求实现动作（例如工作台的进给、后退，刀架的自动抬起等），其次机电系统必须保证驱动效率高、耗电量少，系统简洁，保证机床各个运动协调性好。为了满足各方面性能要求，此次设计决定选用 S7-200 系列 PLC 作为系统控制的核心元件。11因为它有以下优点：S7-200 系列 PLC 的用户程序和部分或全部数据存放在 EPROM 中， 不同型号的 CPU 的用户程序和数据容量略有区别，但都无需用锂电池进行掉电保护。平时掉电时靠超级电容保持，如果需要也可以通过程序把数据写入 EPROM，使数据永不丢失。同时各种机型上都具有一个存储卡插孔，可以插入程序器卡。该程序器卡是一个 EPROM 存储器，是存放用户程序的附件，体积小，重量轻，保管与传递都很方便， 在 STEP7 micro (S7-200 系列 PLC 编程软件)中使用个人计算机或 S7-200 专用的手持式编程器可将 PLC 中的程序与数据写入程序卡，以备以后使用，故该程序卡也可作为程序与数据的备份。需要装载程序时，只需将己存入程序的存储卡插入 PLC 后再上电， 几秒钟后断电并把存储卡拔下，存储卡上的程序即自动装入 PLC。选定了 PLC 的型号以后，主要需要完成下列的工作：首先分析控制要求，画出机床的控制原理图；然后需要按要求列出 PLC 的输入/输出分配表，画出 PLC 控制接线图；其次进行编程（梯形图）；完成上述各项步骤以后在宇龙仿真软件上选出所需元器件，连出实物接线图， 连接完成后进行仿真分析。以上是自己对此次设计机床整体及各部分的理解以及如何进行各部分的设计工作，此刻在回顾自己从开始着手查资料是的一无所知到现在的略有所得，无论从知识上还是心态上都有了一个提高，这也是我这次的最大收获。相信接下来正式设计的工作中依然会遇到许多的问题，但我相信在自己的努力下和王艳颖老师的帮助下，我一定会突破这些困难，收获到知识，收获到快乐。B690 型牛头刨床的液压及控制系统设计摘要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。本次设计的主要内容包括三部分内容。第一部分主要是对机械部分的结构及功能的简单介绍以。第二部分是液压系统，B690 牛头刨床的传动系统不同于以往的机械传动， 采用的是液压传动，用于加工大型零件。它可以实现无极变速，优势明显，在第二部分对液压系统的原理以及主要工作回路进行了分析，并用软件绘制了系统原理图以及调速结构原理图。在第三部分，主要完成的是机电部分的控制，对于机床来说，机械部分以及液压部分相对来说是比较稳定的，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。通过此次的毕业设计，不仅对大学四年所学知识进行了总结回顾，而且将自己所学理论和实践相结合，不管是对自己个人能力的提升或者是职业的发展，帮助都是十分巨大的。关键词：牛头刨床、液压传动、PLC 控制IABSTRACTshaper is widely used, the general industry, including the mold industry, the automotive industry, high-tech industries, including aerospace, military equipment and so on. As a result of the rapid development of Chinas economy, but also to make a small planer and other machine tools continue to have a greater demand, while my government put forward the 2025 plan, which also shows that under the macro policy, the planer and the machine tool industry is promising, To the digital intelligent forward, but at this stage and for a long period of time, ordinary machine tools such as the black planer will still play a huge role. So it is necessary to thoroughly study and master the relevant knowledge of the planer.The main contents of this design include three major aspects. The first part is a brief introduction to the structure and function of the mechanical part and the selection of the cutter head of the bulldozer. At the same time, a brief analysis is made on the typical parts of the Noah planer. The second part is the hydraulic system, because the B690 Tau planer transmission system is different from the previous mechanical transmission, the use of hydraulic transmission, so you can achieve stepless speed, obvious advantages, in the second part of the hydraulic system principle and the main working circuit Analysis, and software used to draw the system schematics and speed structure schematic. In the third part, the main part is the control of the electromechanical part. For the machine, the mechanical part and the hydraulic part are relatively stable. Therefore, whether the machine can run in the best condition depends on the control mode of the electrical control system The The PLC control, to achieve the switch logic control and inverter motor speed control, to a large extent can improve the efficiency of planer and machining accuracy, and strengthen the stability and stability of planer. At the same time PLC has high reliability, low power consumption, easy maintenance and low cost and many other advantages, which can reduce investment, reduce power consumption and other purposes. This is the graduation design of the three main aspects.I believe that this graduation design, not only the four years of university knowledge of the summary of the review, it is a meaningful exploration, it let me learn their own theory and practice combined, whether it is their own personal ability Promotion or career development, help is very greatKey words : shaperhydraulic systemProgrammable Logic ControllerII目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 论文（设计）工作的背景及研究意义11.2 国内外发展现状11.3 论文的主要工作及章节安排32 牛头刨床的机械结构42.1 牛头刨床结构组成42.2 牛头刨床的传动系统52.3 牛头刨床的部分典型零件63 牛头刨床液压系统设计103.1 液压系统工作原理103.2 液压系统中的主要液压元器件113.3 主运动回路工作过程123.4 此液压系统优缺点分析134 机电控制系统设计154.1 设计原理154.2 电器元件的选择及安装接线图154.3 PLC 控制系统设计174.4 基于宇龙平台的仿真分析205.总结与展望235.1总结235.2展望23参 考 文 献24附录 1：外文翻译25附录 2：外文原文30致谢35I1 绪论1.1 论文（设计）工作的背景及研究意义：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。1.2 国内外发展现状：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- 29 -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。1.3 论文的主要工作及章节安排：本次设计工作的主要工作有以下几点：首先对机床本身有一个把握，弄清它的加工范围加工方法等基本问题，绘制出机床传动系统以及机床本身的一些典型零件的图纸。其次对其液压传动系统有一个掌握，画出液压原理图以及无极调速系统的变级图，弄清楚它有哪些工作回路等等，然后须用 PLC 完成其控制部分的设计，并绘制出一些必要图纸，并在宇龙平台上完成对控制系统的仿真分析。最后在整个的一个基础上，有一个感悟与总结。这次的设计，主躯干章节在 3、4、5，分别是机械，液压及控制部分，当然还有文首的绪论及最后的感想与展望。故而拟定用 5 章完成本次的设计工作。2 牛头刨床的机械结构2.1 牛头刨床结构组成：对于薄板较大型工件，刨床的加工难度又两个方面，一个在与装夹，是如何定位的， 又是如何夹紧的；第二个在于加工时容易产生热变形，使加工不容易达到精度要求。这两点就决定了刨工怕刨薄板。刨工工种是一个粗加工工种，凹凸不平的大平面、侧面、深的沟槽等，都需要刨工去粗加工、整形，然后交给精加工工序，最终结果由精加工享受。技术上刨工磨刀难度不亚于车工，他们的主要区别在于：车工有时要能磨出既锋利， 又耐冲击的刨刀。两工种对刀具要求各有特点。刨工加工时的最大特点是：工件对刀具的冲击很大，每次刨削，都是对刨刀的一次冲击，刀具容易断裂。由于刨工加工时，刀具有冲击现象，工人在使用刨床时，绝不能站在有刀具冲击的方向去操作机床，而是要站在刨床的侧面，防备刀具突然断裂飞出， 击伤自己。冲击断裂飞出的刨刀，比打子弹还要厉害。几乎每个刨床操作着都碰到过闷车，所谓闷车，就是加工时刨刀切到工件后，刨刀停止进给刨削，而此时机床仍在运转，电动机传送带出现打滑。这是操作着未调整好刨床误开车或刨削余量太大而导致。出现闷车现象，也是正常的，只要马上停车，重新调整机床即可。图 2-1 牛头刨床外形图1.底座2.床身3.滑枕4.刀架5.滑板6.工作台牛头刨床基本组成如下：1) 底座：底座位于床身最下边，机床的全部重量都落在它的上面。润滑油就储存在其中间的空心部分。2) 床身：床身作用主要是用于连接、支撑别的部件，别的部件间的相对位置同样是由床身保证。所以其应具有足够大的强度与刚度，导轨同样应该有好的耐摩擦性能和抗震性能。3) 滑枕：滑枕的位置一般是在床身的顶部，可以沿着床身顶部的导轨进行前后往复的直线运动，以此来带动刀架做直线刨削。4) 刀架：刀架的作用是安装刀具，它后面与滑枕连接在一起，在一定范围的角度内可以任意回转。它能够使刀具在垂直方向或倾斜的方向上进行移动，用于垂直面或者斜面的刨削。5) 滑板：滑板装在床身之前的竖直导轨上，它主要是沿着导轨面直向移动，从而调整了工作台面和刨刀的距离。6) 工作台：工作台就装在梁的前部，用于工件以及夹具的安装，既可以沿横梁导轨进行水平移动，亦能够在垂直面上旋转相对范围的角度，从而适应刨削斜面的需要。7) 曲柄摇杆机构与变速机构：此机构一般是在床身里面进行安装，电机的旋转运由过变速机构与曲柄摇杆机构的参与之后，变成为了滑枕的运动，即往复直线行驶。8) 走刀机构：走刀机构是用来改变工作台横行移动速度的。一般为棘轮机构刨削加工的特点及范围：1. 单刀断续切削，返回行程不切削，为空行程。生产率比较低，一般用于单件的、少量的加工生产需要。2. 加工精度低，一般只作为整形，去除大余量的粗加工工序。3. 在刨削使有冲击现象。4. 正规的刨刀均设计为防冲击、防扎刀的结构。5. 刨工加工的范围主要在平面、侧面、沟槽、T 形槽、燕尾槽。2.2 牛头刨床的传动系统：图 2-2 是牛头刨床的传动系统图，因为 B690 型号刨床在液压系统下实现了运动和力的传输过程，所以在此处只对其传动做一个简要介绍，具体传动情况见第 3 章。图 2-2 传动系统图如图 2-2 所示，油箱中的液压油经双联叶片泵 YB63 吸出，通过油管将带有压力能的油液输入液压缸，在活塞（1078）的推动下，使滑枕向左运动（刀架在滑枕上），这个过程为机床的主运动。进给运动则是由一单出杆活塞缸（2062）经过齿轮齿条机构（2063），再经由超越离合器机构（2061），到齿轮机构（2032），再传递至丝杆（2106）螺母（2092）工作台的一系列机械传动机构完成的。2.3 牛头刨床的部分典型零件：牛头刨床的组成来源于数个零部件相配合，每一个零部件在加工过程中都有着自己的作用，所以选择部分零件绘制出图纸，以供更好的分析和使用机床。在此，选择了床身、底座、法兰盘、活塞、活塞杆等部件进行绘制，图纸如 2-3、2-4、2-5、2-6、2-7 所示。图 2-3 牛头刨床床身图 2-4 牛头刨床底座图 2-5 牛头刨床法兰盘图 2-6 牛头刨床活塞图 2-7 牛头刨床活塞杆3.牛头刨床液压系统设计3.1 液压系统工作原理图 3-1 液压系统原理图1.双联叶片泵（1.1 小流量液压泵 1.2 大流量液压泵）2.变级阀3.换向阀7.调速阀4.节流阀8.背压阀5.操纵阀9.小操纵阀6.制动阀10.小换向阀11.开停阀12.13 溢流阀14.进给阀15.进给液压缸16.滑枕液压缸17.滤油器18.分油器19.压力开关表20.压力表如图 3-1 所示，B690 型号刨床在液压系统下实现了运动和力的传输过程。整个床子主运动过程是一个单杆活塞缸体牵引着滑枕实现了直线往复运动过程。对于其进给运动的过程，则是由另一单杆活塞缸体在多步机械传动机构的协调下最终实现，这个传动链可以简要视为液压缸体传递到齿轮、齿条机构上，再进而通过超越离合器，到达另一齿轮传动机构，最后传递至丝杆、螺母工作台。查阅机床全套基本零件简图册可知，床子的主运动切削速度大小是在 3-37m/min 范围之内，能够实现无极变速，其工作压力最高可达 28000N。当然，对于一个完备的液压系统而言，当然不只有主运动回路和进给运动回路，还包含一些其他的运动回路，就眼前设计的 B690 型牛头刨床来说，诸如机床还有开停回路、滑枕导轨的润滑回路等。比如开停回路过程：滑枕的动作和静止在开停阀 11 与制动阀 6 配合之下实现，当开停阀 11 的左位接入到回路中以后，溢流阀 12 进行卸荷，整个回路压力会降下来，制动阀 6 由于弹簧作用换成右位接入到回路中，滑枕此时停止，系统处在卸荷的状态中。而当开停阀 11 右位接在回路中的时候，系统的工作压力会重新恢复，制动阀的左位接在回路中，滑枕 16 即开始运动。所以，滑枕液压缸在任意位置的开或停是由开停阀实现的，且滑枕静止时，能量消耗明显下降。对于此机床来说极为重要的主运动回路，在下节做了更为细致的介绍3.2 液压系统中的主要液压元器件：B690 型号的牛头床液压系统中使用了许多常见的液压元件。例如为系统提供动力的装置双联叶片泵，执行回路工作的装置单出杆活塞缸，还有回路里的调控装置如溢流阀、节流阀、换向阀等。双联叶片泵：这个泵是由两个单级叶片泵分配在一同个泵体里面在回路里并联而成。叶片泵的两个转子是在相同传动轴的带动下旋转的，二者都有分立的油出口，这两个配合使用的泵既可以是相同流量大小的，也可以不是同一流量大小的。在 B690 牛头刨床中，选用的是不等流量的。单出杆活塞缸：如原理图 15、16 所示，在它的一个方向伸出去活塞杆，两边的容积也是不相等的，所以由供油量的多少与其活塞的有效面积一起影响了它里边油液的速度大小。换向阀：如原理图中的的阀 3，这种阀在液压系统中的使用极为广泛，它利用了阀芯在阀体里的移动，从而控制阀口的通和断，就可以改变油液运动方向，从而控制执行机构。溢流阀：如原理图中的 12、13，这种阀一般有两种作用，既可以用于保证系统中压力稳定，与节流阀配合使用；也可以用于过载时的溢流，这时起的是安全阀的作用，所以有时也叫安全阀。3.3 主运动回路工作过程：图 3-2 无极调速结构原理图此处，以主运动回路为例，对液压系统的运动进行分析。变级阀在第一级位置时的油路情况如图 9-5a 所示，进油路：流量为 50L/min 液压泵油路 3变级阀的环槽 32、31油路 37换向阀的环槽 11、12制动阀的环槽 29、30油路液压缸的左腔。此时活塞向右移动，即滑枕向右运动，为工作行程。同时油路 37 还与溢流阀相连，而环槽 12 还与调速阀相连，可以完成安全溢流与旁路调速。回油路：液压缸右腔油路 2制动阀的环槽 27、28换向阀的环槽 10、9先导阀的环槽 16、17油路 4变级阀的环槽 33、34油路 5背压阀油箱。当工作台行至右端通过挡铁和换向杠杆将先导阀拨到左端位置，此时，先导阀的环槽 24 和 23 相互连通。工作时，液压系统的压力保持较高的工作压力（安全阀调值为 5MPa）。当先导阀移动到左端位置时，换向阀要开始移动的瞬间，溢流阀的控制油路 40 通过油路 8、环槽 26、25、24、23 油路 38 来连通了 A 阀（背压阀的调整压力在 0.6-0.8MPa），此时溢流阀控制腔的压力由 A 阀决定，而油路 39 的工作压力也由此决定，也就是说，在换向的瞬间， 整个液压系统压力下降为 0.6-0.8MPa 左右，以减少换向冲击。当先导阀移动到左端之后，环槽 15 和 14 接通，换向阀右端和和压力油连通，同时切断了环槽 20 和 21，使环槽 21 和 22 连通，换向阀左端的油液通过环槽 21、22 及油路 7 流回油箱。此时换向阀向左移动换向。换向阀换向时向左切断了环槽 25 和 26，也就是切断了油路 40 与 A 阀的连接，而油路 40 与 B 阀仍然连接，因而此时最大工作压力由 B 阀决定，使液压系统恢复了正常的工作压力。此时油路是：压力油由环槽 11环槽 10、28、27油路 2液压缸右腔。液压缸左腔回油油路 1环槽 30、29、12、13、19、18油路 7油箱，此时滑枕快速退回。以上是从工作行程到回程的一次工作行程。同理，可再重复由回程变到再一次工作行程。当变级阀在第二位置时的油路状况如图 9-5b 所示，流量为 50L/min 的液压泵不供油，经油路 3 到达 32、31 再到 34、35，然后经回路 5 流回到油箱。而流量为 100L/min 的液压泵的油沿油路 6 流入环槽 35、36，其它运动与变级阀的第一位置相同。滑枕的速度由流量为 100L/min 的液压泵的供油而决定。当变级阀在第三级位置时的油路情况如图 9-5c 所示，从流量为 50L/min 的液压泵来的油液，经由路 3、环槽 32、31 流入油路 37。从流量为 100L/min 的液压来的油液， 沿油路 6 经环槽 35、36 页流入油路 37。两个泵交汇的油共同流入环槽 11、12。其他运动与变级阀的第一位置相同。变级阀第三位置时，工作时液压缸是由两个液压泵供油的。当变级阀在第四位置时的油路状况如图 9-5d 所示，除了流量为 50L/min 与流量为100L/min 的两个液压泵的油同时供油之外，而且回油腔的油液也会补充到操纵箱中，即回油沿着油路 2 及环槽 27、28，环槽 10、9、16、17，再经油路 4 流入变级阀的环槽 33， 然后经环槽 32 和 31 流入油路 37，实现液压缸的差动连接。其它运动循环都与变级阀第一位置时相同。3.4 此液压系统优缺点分析：B690 牛头床的整个液压系统回路，综合来说既有优点，也有部分瑕疵，此处进行简要说明。系统回路优势体现在三个方面：第一是液压系统回路未采用一个定量泵节流调速或者是价格比较昂贵的变压型油泵容积调速回路，而使用的是两个定量泵体组合变级调速加以调速阀而成的旁路节流调速，而且是无极调速，所以实现了很大的范围内的变速能力。此调速形式可以视为节流调速与容积调速的相融合，故而系统包含有多个优势，在满足结构简单的同时，还使价保持在较低的水平，并且其输出功率会随着回路里负载改变而随之发生改变，功率的消耗也很少。第二点是此液压系统的换向时间是可以调整的，在换向阀方向改变的时刻，同步进行了回路的释压，确保了系统压力维持在了比较低水平上，故而换向的过程也显得更加的平稳。第三点则为开停阀被放在了溢流阀远程的控制口位置，同时加上了制动阀 6，能够使系统的运行和停止和回路的卸荷相配合在一快，从而保证在运动过程中，刨床的滑枕可以在任何一个位置上开或者停，而且在机床停下来的时候回路很自然的就进入了卸荷的情况中。系统的缺点则主要体现在两点：第一点是系统的发热情况较为严重，查资料可以了解到牛头刨床在连续工作 3 个小时左右时油液的温度会上升到 36 度左右。试想一下， 假如是在炎热的夏季机床进行工作时，那油温上升必定更为明显，产生这个问题的主要原因在于机床的液压系统与牛头刨床本身的结构设计有关，因为油箱容量太小。散热条件就会很差。其次整个系统的动力装置液压泵是沉浸在油液当中的，所以它在工作上产生的热量也直接传递给了液压油。第二个缺点在于溢流阀 12 的作用本身应该是其一个限定压力的作用从而防止系统过载，然而在实际的工作过程中，却并没有完全达到要求，因为其压力 5MPa 是按照变级阀在第一级速度工作时而设定的，然而当机床在其他几个级别运行的时候，因为电动机功率是一定的，所以工作的压力是不可以达到 5MPa，查阅资料可知，其他几级时的压力会逐次减少，也就是说，在其他几级工作时，溢流阀并不能起到安全限压的作用，即在其他几级工作时，如果切削负荷增量超过预定值的时候，系统会有过载的现象产生， 最后导致的是电动机的超载，其转速会下降，从而滑枕速度也会下降，如果像这样长时间的进行工作的话，对液压回路是极为不利的。以上就是液压系统主要的优缺点。4 机电控制系统设计4.1 设计原理图 4-1 机电控制原理图如图 4-1 所示，B690 牛头刨的控制由两个电机带动，主轴控制电机 M1 以及工作台进行迅速移动的电机 M2。在按下了按钮 SB2 的时候，接触器 KM1 的线圈会得电，KM1 触点将吸合并立刻完成自锁，主轴电动机 M1 此时在运转；当按下了按钮 SB3 时，接触器KM2 的线圈也将得电，KM2 触点吸合在一起，电动机 M2 就启动运行起来；如果松开了 SB3 按钮的话，接触器 KM2 将释放，电动机 M2 也会停止运转，故而工作台的快速移动电动机 M2 是点动控制的方式。在右侧是机床的照明电路。4.2 电器元件的选择及安装接线图：表 4-1 元器件选型元器件名称功能实现元器件型号按钮和熔断器的组合进行电源开关及短路保护BS 系列按钮开关交流接触器触点负责打开闭合控制线圈得失电CJ20-10熔断器单纯进行短路保护RT18 型组合熔断器热继电器进行电路的过载保护NR2-200选型计算：熔断器的选择：对于已经选定的电动机，其额定电流为 8.32A，两台电动机其启动电流都为额定电流 7 倍，所以选择一个即可。故而：I = IM 1 7 + IM 2 = 8.32 7 + 8.32 = 26.6AR2.52.5（4.1）所以可选用 RT18 型组合熔断器，配用 32A 熔断体。交流接触器的选择：主要由主触点额定电流决定，根据电动机功率进行计算：P 103(0.7 +1)103I d= 4.47 A（4.2）dCKU1 380故而可选用 CJ20-10 型号的交流接触器，额定电流 10A。热继电器的选择：用于保护电路，根据电机额定电流选择，应接近或略大于均可， 在 0.95-1.05 属于正常范畴：IRT = (0.95 -1.05)Ied = 7.91- 8.74A故而可选用 NR2-200 型号的热继电器，其电流范围符合要求。（4.3）对于其他元件的选用只要满足电路需求即可，由于标准较低，故而不单做计算，例如按钮，直接选用 BS 系列即可，颜色醒目，不同颜色代表其通断情况，电源与熔断器相连，有三个接口，故直接选用三相四线制即可。4.3 PLC 控制系统设计图 4-2 安装接线图1. PLC 基 本 概 念 及 特 点 介 绍 ： PlC 的英文全称是 ProgrammableLogic Controller ，在 1985 年的时候国际电工委员会曾明确规定：这是一种进行数字运算的电子操作系统装置，专们在工业的情况下使用而研发的。PLC 最初的起始甚至可以到上世纪 60 年代美国的通用公司，他们为满足汽车型号总是更新的要求，对生他们产线上的那些起控制作用的机器提出了（与、或、非）新的使用要求，从而研制出来了第一台可编程序控制设备，使用在他们的生产线上面。可以通过调整存在内部指令的方式来改变生产线的调控流程。因此供给了继电接触器这种控制系统所不能相比的灵活性。但在那个时候它主要的作用是替代继电接触器控制系统顺序控制，即使也有着计算机的设计思维，然而实际上却只可以进行逻辑运算而已，主要是应用开关量的逻辑控制，所以也变成可编程序逻辑控制器，到了 80 年代之后，由于微电子技术与计算机技术的迅速进步，可编程序控制器的作用已然大大的超过了逻辑控制、顺序控制的范畴，能够进行模拟量控制、位置控制。尤其是远程通讯能力的实现，容易实现柔性加工以及制造系统。故而将其称为可编程序控制器， 简称 PLC。PLC 有以下几大典型特点：首先结构比较灵活，受周围环境的影响较小，于此同时它在传输的质量上那也是极其的高，速度比较快同时很稳定，在这么巨大的优势前提下他它的费用相对来说还是较为优良的，所以说它的适用面是很广泛的。PLC 一共分为 6 大模块：控制器与输入输出模块、传感器与执行器、人机交互、网络通信、编程设备、项目管理软件。PLC 是在微型计算机技术、自动控制技术、通信技术基础上而发扬的一种现代化的工业控制装置，在随着电子技术的迅速发展下，PLC 自身功能亦不断的加强，在很多领域的生产过程当中，也有了越开越广阔的应用。PlC 工业应用主要包括：开关逻辑控制、过程控制和运动控制。PLC 在世界各地也已经广泛的应用在很多方面诸如钢铁、石油、电力、机械制造、汽车、环保甚至是文化领域等行业。工业 4.0 浪潮的到来，必然会促使信息化与工业化的高度相融，PLC 使用的范围必然也会更为广泛。2.PLC 输入输出分配表：表 4-2 输入输出分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输入点编号主轴电动机 M1 热继电器KRI0.0主轴电动机M1 接触器KM1Q0.0总停止按钮SB1I0.1快速移动电机 M2 接触器KM2Q0.1主轴电动机 M1 启动按钮SB2I0.2快速移动电机 M2 点动按钮SB3I0.3由于前边已经对接触器继电器等元器件进行了选型计算，所以此处不再做赘述，对于 PLC 的选型，由于此控制电路较为简单，有 4 个输入接口，两个输出接口，所以 S7-200 最简易型 PLC 即可满足其使用，所以在此处选用 S7200-221 型号的 PLC，即可满足电路的使用。3. PLC 控制接线图如下图所示：图 4-3 控制接线图4. PLC 梯形图及指令语句如下：图 4-4 PLC 梯形图表 4-3 指令语句表LDNI0.1LPSLDI0.2OQ0.0ALDAI0.0=Q0.0LPPAI0.3=Q0.15. PLC 安装接线图：4.4 基于宇龙平台的仿真分析图 4-5 PLC 安装接线图在完成了原理图分析，各类电器元件的选型以及 PLC 的选择工作以后，还需要对这次的机电控制系统进行仿真，以检验此次的设计成果，此次仿真选用的是宇龙机电仿真软件。宇龙机电控制仿真软件，主要是有 3 个大门类功能部件的组成：电路功能的部件、液压回路实现部件、气压系统实现部件。它能够在一个全为软件的情况下，依靠系统自身携带的各种功能部件实现所需要的自动控制训练平台。此功能部件库为一个完全开放式的内容库，能够根据要求不停的将各样的功能部件加入到现已有的部件库，同时这些功能部件还能够自己添加及修改。对于 PLC 来说，它不过是一种电路功能实现部件，现在，宇龙机电控制仿真软件包括了欧姆龙、西门子、三菱等诸多品种的 PLC 部件，而且还拥有这三种 PLC 部件的仿真程序编辑器，在这些的编辑器当中，使用者能够进行 PLC 程序的编写。在此次的仿真练习中，我发现系统电路图同系统实物图以及系统当前运行状态是密切相关的，当在电路图中选中这些零件，可以查看到相应的实物模型。我还弄懂了实际电路系统布局、接线情况，当系统的运行状态发生了改变，电路图上相应的电路状态也发生相应变化。此次的实物连线仿真图如下图所示。图 4-6 机电接触器实物仿真图图 4-7 PLC 实物仿真图5.总结与展望5.1 总结此次毕业设计的题目是 B690 型牛头刨床的液压及控制系统设计，机床的正确使用对于机械加工有重要意义，故而了解机床结构并掌握其工作过程是十分重要的。在此次的设计过程中，主要进行的工作有图纸的绘制、机电控制系统选型、液压系统分析等，B690 型牛头床采用了不同于以往的机械传动，提高了效率，促进了生产， 缺点则是系统发热较为严重，所以还是有改进空间的。对于个人而言，以前的学习中不擅长制图，此次设计中，进行了大量图纸绘制，绘图水平有了很大的提高。液压及机电部分的工作也使自己对知识的掌握更加的扎实，设计结束已经基本弄清了牛头刨床的结构及工作过程，收获巨大。此次设计，不仅是对自己大学四年所学知识的一次梳理，更像是自己对大学四年各方面的一次审视，我看到了自己的些许长处，但更多的是了自己的不足。5.2 展望此次的毕业设计，绝对不是一次终结，反而是新旅程的一个起点，在即将完成大学生涯的最后，它带给我的不仅是一次知识的储备积累，更像是我职业生涯道路的第一把火，带来了光明，带来了希望，我也一定会将此次设计工作中不怕困难，踏实努力的精神带到日后的工作中去，我相信我一定得到一份让自己满意的收获！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.2011 12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.201113 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.1998.1:47-5214 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.AnAnalogInputShaperforSta bilityEnhancementofHapticInterfacesandItsApplicationtoEnergy-BoundingAlgori thmJ.IFACProceedingsVolumes,2008,412:.21M.Baszczyk,P.Dorosz,S.Glab,W.Kucewicz,L.Mik,M.Sapor.Methodofsignald etectionfromsiliconphotomultipliersusingfullydifferentialChargetoTimeConver terandfastshaperJ.NuclearInst.andMethodsinPhysicsResearch,A,2016,824:.22OukSubLee,DongHyeokKim,YongHwanHan,YeonChangPark.Dynamicdeformation ofhottemperaturedegradedPOMandPPusingamodifiedSHPBwithpulseshapertechnique J.JournalofMechanicalScienceandTechnology,2008,229:23Shen-WangLin,Cheng-ShunHan,Jiu-BinTan,ShenDong.Mathematicalmodelsfo rmanufacturinganovelgearshapercutterJ.JournalofMechanicalScienceandTechno logy,2010,241:.附录 1：外文翻译牛头刨床和龙门刨床刀具头的改进用于提高生产力以及节约能源摘要：在制造车间，许多机床被使用。其中两个是牛头刨床和龙门刨床，这两个机器被用来加工平面。他们使用单点道具的往复运动来完成工作。在刀具前进的过程中会进行加工，而在回程的时候刀具则会处于空转状态。机器的快速返回机制，减少了无效时间和能源损耗。为了进一步减少空转时间，改良后的刀具头是由两个摆动刀架设计而成，并且制造和测试的。这种安排确保了在刀具返程过程中，也可以完成材料的祛除。在这篇文章里，实验的结果，如何节约能源减少加工时间以及提高生产力，都会被一一叙述。关键词：生产率改进、牛头刨床、节约能源简介热能和电能是工业中使用的两个能源形势，以热的形势来命名的一些加工过程的能量被用于锅炉生产蒸汽，炉内融化金属，内燃机发展轴功率以及医院的消毒等。同时，电能的形式用在灯泡中产生光，在电动机中产生不同容量的轴功率以满足不同的应用如电机与泵，洗衣机，风扇以及其它一些电器耦合机。在制造车间不同类型的机床被用于不同过程，有少部分是旋转式机床， 其它大多数是往复式机床。典型的例子有车床，外圆磨床，凸轮加工机床， 这些机床中，工件被旋转，而刀具被安装在固定刀架上。牛头刨床和龙门刨床是用于加工平面的机床，这类机床有往复运动的刀具或工件，通常一个单点的工具会用这些机床，在刀具前进的过程中，工件将被加工而在刀具返回过程中，刀具将会处于闲置状态。为了改变着一点，刀具被安装在一个被称为摆动刀架的装置上。换句话说，改变返回过程中刀具处于不加工的无效移动状态。为了减少空置时间，用第二摆动刀架提供一个新的刀具形态用于牛头刨床和龙门刨床机械。在这篇文章里， 实验的结果，如何节约能源减少加工时间以及提高生产力，都会被提及。牛头刨床: 整形是一种往复式机床，主要用于平面机。他们可以分为如下：l 标准型的或普通的牛头刨床，l 曲柄式，l 齿轮传动的类型，l 液压式，l 卧式，l 推式，l 拉式l 垂直型和l 齿轮加工齿轮刨床工具头连接到滑枕可往复运动。滑枕和刀具的运动是由一个电动机或液压回路驱动。一个快速返回机制是用来使返回中速度比向前切削行程快。返回到切割时间的比工率是在 0.3 到 0.5 的范围内。加工过程发生在 ram 的前进冲程中。回程中，随着摆动刀架装置的帮助下，刀具空置时倾斜一点，倾斜的刀架帮助我们避免损害被加工表面。工件得到加工，并且是夹在桌子上。它可以纵向或侧向移动提供所需要的切削深度和进给。加工可以分为四个步骤：l 首先将工件安装在工作台上，在刀架上设置粗切削刀具。l 其次，RAM 的行程长度设置在这样一种方式，该工具将有过多拍切割从工作的两侧。l 第三，切削深度和交叉进给设置和粗切削完成。l 最后，使用精加工工具完成加工。对于精加工的切削，切削深度与粗切削相比可能很小.龙门刨床：龙门刨床用于加工大型平面。在这些机床中，刀具安装在刀架上，刀架将固定在固定机架上，工件应安装在往复工作台上.。龙门刨床的工作台携带着固定在上边的工件进行回转。通常一个单点刀具安装在刀架上并且有一个固定的位置，而工作台是由机械，液压或电动装置驱动的回转装置。工作台的进给过程中，工作被刨削同时刀具也经历了空置过程。典型龙门刨床如下：l 双柱型，l 单柱式或开式，l 边缘盘式l 双工作台式。龙门刨床机械特殊的设计可以像平面磨床、龙门铣床。很少有设计能提供一个以上的刀架和可以容纳一个单点刀具。这使机器更具生产力。特殊工具可满足行程长度的表范围从 1 到 12 米。牛头刨床和龙门刨床的