JDYY01-014@无心外圆砂带磨床自动上下料控制设计
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机械毕业设计全套
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JDYY01-014@无心外圆砂带磨床自动上下料控制设计,机械毕业设计全套
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重 庆 理 工 大 学 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 109040205 姓 名 沈凯 学号 10904020517 指导教师 系 主 任 时 间 nts 评语栏： 评阅老师签字： nts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，nts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。 nts3 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，nts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 RH、 RB和摩擦力 H RH、B RB (H 和 B 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nts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ntsPLC 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。 nts 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 :11-13 2姚俊 .平面磨床产品评述 J.机密制造与自动化， 2001，第 6 期： 22-25 3李洪刚 .无心外圆磨床的研究 J.国外金属加工， 2002，第 3 期： 60-63 4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）： 25-27 5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 :63-65 6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 ):36-38 7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， 2003 9戴曙 .金属切削机床 M.北京 ;机械工 业出版社， 1995 10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， 1998 11张连华 .电器 -PLC 控制技术及应用 M.北京 ;机械工业出版社， 2007.2 12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， 2004.7 nts13边
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