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毕业论文 文献综述叶片砂带磨床PLC程序设计我们可以得知砂带磨床是利用快速运动的砂带作为磨具进行磨削和抛光的磨床。提高了工件的尺寸精度和光洁程度。它的工作原理是利用快速运动的砂带作为磨具进行磨削和抛光。砂带磨床分为万能砂带磨床、外圆砂带磨床、内圆砂带磨床、平面砂带磨床和型面砂带磨床等。自20世纪50年代以来，砂带磨床已发展成为高效率的精加工设备。砂带磨床的加工精度一般可保证在5微米之内,效率比用砂轮的磨床高数倍，而功率消耗仅为其几分之一。砂带磨床主要用于加工：大尺寸板材，特别是耐热难加工材料的板材如不锈钢板、钛合金板等；大量生产的平面零件如印刷电路板、硅钢片和密封垫片等；复杂型面如透平叶片、大尺寸棒材、薄壁长内孔件和压铸件等。砂带磨床的基本结构和作用是：驱动轮带动砂带运动，惰轮用以张紧砂带；接触轮或支承板位于砂带背面，用以产生对工件的接触压力和形成切削角度；位于工件背面的支承轮、工作台或输送带等作进给运动；外圆砂带磨床则由头架和尾座顶尖支承工件。在宽砂带磨床或高精度砂带磨床上都带有砂带轴向振荡装置，使砂带磨损均匀，以提高工件的尺寸精度和光洁程度。由此我们可以得知，砂带磨床是加工叶片的最佳选择。通过相关资料的查阅，可以得知叶片是汽轮机的关键零件之一,汽轮机性能的优劣和效率的高低主要取决于汽轮机叶片型面的设计和加工水平。汽轮机叶片材料多为各种不锈钢,型面为复杂的自由曲面,因此决定了叶片的难加工性。砂带磨削是一种古老而又新兴的加工方法,它具有高效、冷态、弹性磨削等特点。随着数控技术的进步,砂带磨削技术得到了新的发展和运用,砂带磨床可应用于各个行业各种材料的磨削加工,特别是对难加工材料和复杂型面的加工。 目前,我国汽轮机叶片型面的最终加工通常是由人工打磨抛光完成,其劳动负荷大,作业环境恶劣,生产效率低下,精度难以保证。国外已成功开发并运用数控砂带磨床进行汽轮机叶片的磨削加工,但该类机床售价十分昂贵,一般国内叶片生产企业难以承受。因此,采用先进的叶片磨削工艺替代现有的手工抛磨,研发一种制造成本低、磨削效率高、磨削精度好的经济实用型叶片数控砂带磨床,是我国汽轮机制造业的迫切要求。 本论文根据汽轮机叶片的结构形状、材质特点以及砂带磨削特性,首先,对汽轮机叶片砂带磨削工艺性进行分析研究。在对叶片磨削运动分析的基础上,研究制定了机床结构配置方案,建立了叶片砂带磨削的运动学模型,进行了叶片数控砂带磨床的总体结构设计和专用磨头的设计,并借助有限元分析软件,对所设计的机床关键零部件进行静力学分析和模态分析,对所设计的机床结构力学性能进行了验证。 根据机床磨削运动控制功能要求,进行了机床控制系统设计和研究,完成了机床逻辑控制PLC程序的开发,完成了机床控制系统的制备和调试。 本论文最终完成汽轮机叶片数控砂带磨床样机研制,并在所研制的样机上对汽轮机叶片进行实际磨削试验,以实际检验机床样机结构的合理性和控制系统的功能,验证叶片砂带磨削能力和效率。磨削试验结果表明,所完成的数控叶片砂带磨床样机基本满足设计要求,达到了预期的目的。通过砂带磨床来加工汽轮机的叶片部分，是一项精细的工作。我们可以从叶片电解机床的 PLC 控制系统设计中寻找到一些灵感。 传统的电解机床及其它的通用或是专用机床都是通过开关量控制，需要大量的继电器、导来接通控制电路，随着机床小型化的发展，这种控制方式弊端逐渐显现出来。电解加工的工作环境潮湿、有腐蚀性气体、干扰性较强,传统的继电器控制的电解加工设备工作的稳定性较差,故障率较高;而现代微机控制系统配置高,抗干扰能力差,编程复杂,参数调整麻烦,亦不适应此环境。为了提高设备的可靠性、稳定性、适应性,使不同加工模式的自动化加工转换快捷方便,生产工艺编排更加灵活，本设计采用三菱FX2NPLC作为控制器，用触摸屏作为控制的人机界面，与PLC、1PG、驱动器相连，实现数据的显示，运动过程的执行等，用软件代替硬件控制，不仅减少了系统的设计工作量，大大缩短了开发周期和费用，而且提高了控制系统的友好性和可靠性，具有较高的推广和应用价值。且本设计所给出的控制步进电机的方法简单易行，电机运行平稳，可靠性高，适合于工厂规模化加工。系统的整体结构设计及其机床结构设计如下，电解加工常用的有双面相向进给、双面斜向进给和三轴进给三种工作方式。本设计采用双面斜向进给工作方式，如图1所示。双面斜向进给方式是在双面相向进给电解加工基础上改变阴极进给角度变换而来的，两个阴极从叶片两侧分别以速度v1、v2斜向进给，维持叶身型面与阴极端面之间的间隙，分别加工出叶盆和叶背。 机床结构图如图2所示，两个阴极分别固定在A、B 轴上，叶片可以以任意装夹角度安装在C 轴的叶片夹具上。机床的A、B 轴在同一轴线上。三个轴放置在一块零级精度的大理石平台上，大理石平台的厚度为300 mm ，大理石放置在方管型材焊制的底座上，底座有4个调整垫, 可进行大理石水平调整，这种水平布局可使整个加工平台具有较好的刚性。使用有机玻璃制作的防护罩将各运动轴保护起来；大理石平台中间放置电解加工箱, 箱体的底部为不锈钢平台, 不锈钢平台上有T形槽，箱侧壁为环氧树脂板。电极座的中心线与大理石平板的上表面之间相距160mm。阴极进给运动与叶片进给运动合成，形成了阴极相对于叶片缘板的斜向进给。由于各轴的进给速度受程序控制，当进给速度改变时，阴极相对于叶片的进给方向也随之改变。 机床采用双面斜向进给方式加工叶片，由两个运动轴和一个进给角度构成，各运动轴均由步进电机驱动，采用滚动直线导轨和滚珠丝杠作为运动副，电机与丝杠之间使用谐波减速机减速。阳极（叶片）和两个阴极（工具）都是运动的，减速机输出端与丝杠之间采用刚性联轴节连接，导轨安装在底座上，导电杆安装在上端盖，上端盖就直接在直线导轨滑动，两轴都是通过丝杠传动前进（后退），实现两轴联动，在工作箱内通以电解液，可以加工叶片。 关于控制系统，控制系统的硬件部分主要由触摸屏、PLC、FX2N-1PG脉冲输入模块、驱动器和步进电机组成。PLC是控制系统的核心，它具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。并且，PLC具有大功率晶体管的输出端口，能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。PLC接受到触摸屏的控制信号后，通过其内部认可的程序对附属部件1PG收发运行脉冲，并对一些地址数据进行运算，结果或是发给1PG，或回馈到触摸屏。驱动器包括环形分配器、功率放大器、和一些辅助电路组成，这样1PG发来的脉冲经过脉冲分配、功率放大后就可以驱动步进电机按控制要求进行运行。而对于可编程逻辑控制器的选择，按照上述控制要求，选型如下：（1）PLC PLC选用三菱公司生产的FX2n系列PLC。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。FX2n系列PLC内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。除了具有输入输出16256点的特性外，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制，响应速度高、程式执行更快、全面补充了通信功能，因此受到了许多企业的青睐。（2）FX2N-1PG脉冲输出模块 FX2N-1PG脉冲输出模块（简称“PGU”）可以完成一个独立轴（不显示多轴之间的插补控制）的简单定位，这是通过向伺服或步进电机的驱动放大器提供指定数量的脉冲（最大为100K PPS）来实现的。FX2N-1PG是作为FX2N系列可编程控制器的扩展部分配置的，每一个PGU都作为一个特殊的时钟起作用，使用FROM/TO指令，并占用8点输出或输入与PLC进行数据传输。一个PLC可以连接到达8个PGU从而可以实现8个独立的操作。PGU为需要高速响应和采用脉冲输出的定位操作提供连续终端。 （3）步进电机根据要求我们选用型号为57BYG250E-SAFRML-0302的步进电机。其为两相混合式步进电机，步距角为1.8，驱动器细分数为2，实际的步距角是0.9,静态相电流为3A，相电阻为0.6。（4）驱动器驱动器选择与该步进电机配套的SH-20403型步进电机,其为恒相流PWM控制。PLC编程的具体内容如下：1.元件地址表定义触摸屏界面编好后，必须对画面中按钮或数据显示窗口赋予与PLC中对应的变量，才能实现触摸屏和PLC的通信。表1是触摸屏界面中的元件对应在PLC上的地址。 2. 程序编辑从1PG编程手册中可以看出，1PG共有31个缓冲缓存器，有些是一个缓冲缓存器单独使用，有些是两个缓冲缓存器组合使用。由于步进电机要设置正反转，则BFM（缓冲缓存器）的#3号单元应该是H100，将1PG的脉冲输出格式设置为“PLS+DIR”格式。最大速度是1000PPS（每秒脉冲数）写入BFM#4#5中,加速时间200ms写入BFM#15中。由于本设计中电解加工的速度单位为mm/min，加工量单位为mm，而写入1PG中的速度为PPS,位移为脉冲数，因此必须实现两者之间的转换。（1）速度的转换假设加工速度为X mm/min,丝杠导程为s，传动比i，步距角为0.90，可列出下列关系式：X/60 =(f*s)/(400*i) 这里s=5mm，i=150，可得出f=200X,所以每个速度地址乘以k200才转换为所要的单位PPS。（2）位移的转换设加工量为Y mm，所发脉冲数为N,关系式为：Y/5=N/(400*150)，得出N=12000Y 关于轴2的控制，它是其1PG串联在轴1的1PG上通过PLC实现控制，轴1对应1号1PG,轴2对应2号1PG,因此轴2编程只要把轴1的1PG控制单元k0改为k1即可。 综上所述，叶片砂带磨床PLC程序设计的大致内容应遵循本文给出的如何利用PLC改造叶片电解机床以实现自动控制的方法。充分利用可编程控制器所提供的功能，可以显著地提高控制系统的性能。本设计采用触摸屏结合PLC方式进行控制,使得整个系统性能稳定,监控功能较完善。PLC提供丰富的I/O接口模块和存储卡功能,使得系统的维护和改造具较强的灵活性,用户可根据生产需要灵活设计、自行组合,以实现最优化控制。而采用步进电机控制阴极的进给运动也进一步提高了速度稳定性和加工精度。经过实际的运行,工作稳定,完