4332数控导轨磨床【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4332数控导轨磨床【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,数控,导轨,磨床,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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开 题 报 告 一、 课题介绍 近些年来，随着机械工业在我国的迅猛发展，被称为工作“母机”的金属切削机床也有了前所未有的进步。 2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。 磨床是机械加工后道工序的关键设备 。车、铣、刨、镗床等金切机床上难以加工的淬硬材料和难加工材料或达不到精度要求的机械零件都在磨床上加工。随着科学技术的发展和社会进步，机械产品的加工精度越来越高，表面粗糙度越来越低， 使得磨床在国民经济各部门的作用越来越大。因而专用于导轨和平面加工的导轨磨床的需求量越来越大 。 而且 ， 国内外实践证明，用磨削方法加工的导轨表面，在工作中能很好形成油膜，耐磨性亦比刮研的导轨面高， 况且磨削加工机床导轨面比刮研的方法生产率要高 。 尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距，特别是在 精度和自动化方面，从而导致每年必须进口相当数量的数控导轨磨床。由 此可见，加大力度设计和研制具有自主知识产权的数控导轨磨床是必要的也是必须的。下面首先简单介绍一下国内外数控导轨磨床的发展情况。 课题名称： 数控导轨磨床设计 课题背景： 目前，在国际上德国、日本和瑞典的机 床制造水平最高。其中德国、瑞典在制造精度方面处于领先地位，日本则 在 产量和自动化方面占有优势。 在诸多龙门导轨磨床制造厂之中， 以德国瓦德利希柯堡 (司水平最高 。该公司从 70年代开始发展数控导轨磨床。近年来在 相继开发了化 龙门导轨磨床、 自动导轨磨床和 列磨床采用 10M 数控系统， 控制万能磨头垂直(和水平 (运动， 以及万能磨头在垂直平面内的回转运动 ( 轴 )； 控制周边磨头的垂直 ( 轴 )和水平轴 轴 )的运动。 5080M 的数控系统。除少数监督功能外， 自动完成 全 部磨削加工， 开发了导轨磨床的专用软件， 其最多控制轴可达 用 50或 880M 数控系统， 横粱固定， 用一个万能磨头， 其功率可达 l 8 5 22直拖板的行程可达 备有砂轮库， 可自动换砂轮和砂轮罩壳， 具有双工作台驱动， 以提高机床的生产效率。除装卸工件外， 机床自动完成全部磨 削加工。包括砂轮的自动修正和补偿， 按 磨头主轴的自动定位，按 尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距。主要体现在 下 列几个方面： 1装备方面机床精度，切削效率，自动化程度， 吸尘防护以及操作性能与国外有关资料介绍的还有很大差距。另外， 机床的一些基础件， 如各种液压、气动闻，电子元件等可靠性不好， 从而影响了整机的性能。特别是：机床关键零部件，如导轨，箱体件，齿轮副，丝杠，轴等的加工工艺与国外 相比还很落后，不能满足高精密机床的要求。 2加工方面国内生产的导轨磨床的磨削精度， 表面粗糙度， 表面波纹度等与国外先进水平相比尚存在一定差距。特别是：对于导轨磨床这种精密机床来说， 加工工件表面的波纹度越来越引起有关人士的关注。尽管近年来国内许多专家，学者进行了这方面的研究， 但至今还没有一个统一的评价波纹度的标准及相应的测试手段和测试议器、 3测量方面：与国外先进水平相比， 国内在对用导轨磨床加工好的导轨副的测量技术也是落后的。国外普遍在生产车间直接采用精密测量设备来测量机床导轨，如激光测最仪，电子水平 仪， 电子千分尺 三坐标测量机等。而国内对于导轨副 的 测量还没有普遍采用自动 测 量 。目前国内数控导轨磨床的主要生产厂家有：上海重型机床厂、杭州机床集团、长春第一机床厂等。 工作内容和要求： 主要内容 : 设计数控导轨磨床 边磨头部件图、关键零件图、电气控制原理图。 设计工作量 1. 设计图量： 4 张，其中 总布置图 1 张 周边磨头部件图 1 张 关键零件图折合 1 张 电气 控制原理图 2设计说明书 字以上 3英文翻译 5000 汉字 4编程语句 100 句以上 课题的重点和难点： 结构设计 : 导轨 磨床整体采用双柱式龙门框架结构，由床身、工作台、立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。床身浮置于地基之上，磨削受热之后，可以在水平方向内自由伸缩，从而提高了工件在垂直方向的直线度。 其次，工作台与立柱之间采用分离型结构，以减小工作台由于热变形而对立柱、横梁的影响，提高了磨头的运动精度。 另外， 床身、工作台为双 定位 导轨 ，使工作台在运动中受到对称摩擦力，消除了一 提高了工作台运动的直线性， 工作台导轨表面 贴塑 。 其特点是摩擦因数小，耗能低；动静摩擦因数接近，低速运动平稳性好；阻尼特性好，能吸收振动，抗阵性好，有自身润滑作用，没有润滑油也能正常工作，使用寿命长；结构简单，维护修理方便，磨损后容易更换，经济性好。 工作台上的一条 一条 用横向键 1与其保持横向滑动定位，称 为 自位导轨 ， 由于这一条 横向可浮动的，工作台和床身配合的二个 ，补 偿由导轨 副 运动摩擦发热而引起的中心距变化。 工作台的纵向进给由液压系统来控制。 磨头的横向进给由横梁丝杠带动水平滑板运动来完成；磨头的垂直进给则由垂直滑板与水平滑板之间的丝杠螺母副来传递运动 。磨头的水平及垂直运动均采用滚动导轨，以消除爬行， 导轨体为淬硬钢条 ，提高寿命和精度保持性。 周边磨头主轴只在水平位置上工作，特点是功率大，精度高，能获得较高的表面光洁度。 主轴 轴承结构采用液体 静 压轴承 ，具有较高的主轴回转精度。 控制系统设计： 导轨磨床的数控系统设计是一个很复杂的工程，这里仅对其两个磨头的水平和垂直进给控制系统进行简单原理设计。根据加工工艺需要，周边磨头有五种进给方式：快速移动 、慢速移动、周期进给、连续进给以及微量进给；万能磨头有三种进给方式快速移动、慢速移动和微量进给。但周边磨头和万能磨头不能够同时工作，因此可以只用一个步进电机，通过电磁离合器来选择需要控制的磨头，用单片机控制步进电机，同时通过位移和速度传感器将磨头的工作状态反馈给单片机，形成闭环控制系统。 周边和万能磨头的主电机选用可变频调速的三项异步电机，通过变频器来实现速度变化的调节。液体静压导轨、液体静压润滑轴承及工作台纵向移动均采用液压系统来控制。 可能用到的主要知识和技能： 磨削原理 及磨削变形对加工精度的影响 ， 零件 、材料强度、刚度、稳定性的计算，液压原理及相关计算 ， 机床总体结构设计 、 机床进给系统设计 、 机械零部件设计 以及机床 电气 控制系统设计 等。 同时，需要有一定的计算机绘图能力。 需要自学的知识和技能： 单片机原理及接口技术 ；伺服电机、步进电机的技术参数及选择方法；机械精度设计以及导轨磨床常用结构等。 二、 工作计划 学习指定的选修课程，查阅文献资料，翻译外文资料。 毕业实习，理解课题的关键技术，查阅相关资料。 布置图设计，确定各关键参数。 周边磨头部件装配图设计 电气控制原理图设计，零件图设计。 写设计说明书，准备答辩，答辩。 三、 参考文献 1磨床设计 2机床设计手册 3数控机床 4机电一体化设计手册 5机电传动与控制 6单片机原理及应用 7步进电机、伺服电机产品说明书 8液压传动与控制 9. 机械零件设计手册 10导轨磨床机体结 构设计 11. 龙门导轨磨床的结构特点 12. 浅述我国导轨磨床的发展途径 本科生毕业设计（论文） 开题报告 学生姓名： 胡兴中 学 号： 14020107 班 级： 140201 专 业： 机械制造及自动化 指导教师： 王龙山 机械 制造自动化 技术 介 动化技术 字控制技术 控编程 适应控制 料储运 业机器人 感器技术 性夹具 于装配、拆卸、维修的设计 介 在 20 世纪 50 年代之前，大部分制造工艺都是通过车床、铣床、冲床等传统机床来完成的，这些设备缺乏柔性并且需要具备一定技术的工人来操作。 每生产不同的产品，就必须更换设备，并重新安排物料的储运方式。 一个新 的产品或复杂形状的零部件的开发需要经过操作者无数次的试验来确定合适的工艺参数。更进一步，由于人为因素的影响，制造那些极其相似的零件需进行重复的工作且浪费时间。 这些事实表明此类制造工艺效率低下并且在整个生产成本中劳动力成本占了很大比重。特别是面对国内外的竞争压力，在提高制造设备效率的同时，必须降低劳动力成本的比重。 生产率也是人们关注的主要焦点之一。生产率是指每个工人每小时的产量，也就是资源的最优化利用率，它是工作效率的基本度量标准。与此同时，以劳动力成本为代表的部分成本也开始降低了。 如何才能提高生产率呢 ？到 20 世纪 40 年代时，操作设备的机械化水平已基本上达到了 顶峰。机械化是指利用各种机械、液压、气动技术或者电气设备来完成一个工序或操作过程。例如，用一个简单的手动起子开启一个瓶子需要浪费很多时间和体力，并会使人感到单调乏味。而利用一个电动开瓶器，仅需要很少时间和力气，不过这项工作仍然沉闷乏味，过一会儿，它的效率也会下降。 要清楚的是，在上述机械化系统中，操作者依然直接控制各工艺过程，他必须一步一步去检查机器的工作性能。比如说，加工过程中刀具破损了，热处理中工件过热了，磨削中表面粗糙度增高了或者加工中尺寸公差 极度变大，在上述情况发生时，操作者必须及时控制并改变一些相关的工艺参数。 制造系统效率提高的下一个阶段就是自动化。在 20 世纪 40 年代中期，自动化一词被美国汽车工业界所引用，当时是指机械制造中零部件的自动化传送。在过去的 40 多年里，随着计算机和控制系统技术的发展，自动化技术在类型和应用范围上都有了很大的突破。 本章大纲如图 示。首先，回顾了自动化技术的历史和渊源，并阐述了自动化技术如何将各种操作和动作集成起来，应用于制造工厂中，以提高工厂的生产效率。其次，通过数控技术和自适应控制技术介绍了机械系统控制 的基本原理。 图 第 38 章题纲 制造的实质是指 物料处理。也即 原料和零件在工厂内各加工阶段的运动。文中介绍了各种各样的物料处理系统是如何发展而来的，特别是那些用来提高生产率的工业机器人。另外文中还介绍了一些关于传感器技术的知识，传感器是机器、工艺过程、制造系统控制和优化色主要组成元素。 柔性夹具和 自动化 装配是两个新的发展方向。这两项技术能够使我们充分利用先进制造技术，特别是柔性制造系统。同时，也使我们更好地利用计算机集成制造系统以及它对制造技术其他方面地影响。 动化技术 通常对自动化技 术的定义是：自动化是使机器按照预定的工作顺序动作的工作过程，在此过程中，运用特殊的设备、仪器来控制，很少甚至没有人的参与。如第 和第 39 章描述的那样，通过应用各种仪表、传感器、以及其他技术和设备，它们能够检测和控制整个工艺过程的各个方面，并能够对工作过程中的变化作出判断和控制决定，从而实现全自动化。 自动化 并不是一个创造性的概念而是在逐渐演化中形成的。它已经在工业实践的以下基础领域成功地实现： 1. 工艺过程。机械加工、锻造、冲压、铸造、以及磨削是广泛应用自动化的典型例子。 2. 物料传送。通过无人导向的数控装 置来实现原材料在各工步间的传送。 3. 检验。自动检验零件的质量、尺寸精度和表面粗糙度，其中包括在线检测和加工完毕之后的检验。 4. 装配。单个零件被自动化装配后形成部件，然后，部件装配得到产品。 5. 包装。自动化产品包装线。 动化技术的演化 许多金属加工工艺起源于公元前 4000 年（见表 但是直到 18 世纪 50年代工业革命初期，自动化技术才被引入到产品的生产加工过程中，如六角车床、自动螺纹加工车床、以及壳体加工设备等都是在 19 世纪 90 年代以至 20 世纪初才发展起来的。大批大量生产技术和自动化生产线兴起于 上世纪 20 年代。 这些拥有自动化装置的设备主要用来生产某些特定的产品。在汽车工业中应用的高效低成本的轿车生产线就是它们的典型代表。 自动化技术的最大突破来自于 20 世纪 50 年代初期的机床数控技术。这次历史性的发展给制造自动化技术带来了许多巨大的成果。其中，包括计算机在自动化技术中得以应用、计算机数控技术、自适应控制、工业机器人、以及计算机集成制造系统（包括 等。 表 造自动化发展史 日期 发展 1500 1600 水力金属加工机械 、 货币轧机 1600 1700 手摇木 头加工车床 、 机械式计算器 1700 1800 镗床、车床、螺纹加工车床、钻床 1800 1900 仿形车床、六角车床、万能铣床、高级机械式计算器 1808 用于自动控制纺织机编织花纹的打孔薄钢片 1863 自动演奏钢琴 1900 1920 齿轮车床、自动螺纹机床、自动壳体加工机床 1920 机器人一词首次出现 1920 1940 自动传输线、大批量生产 1940 首台电子计算机 1943 首台数字电子计算机 1945 首次提出自动化一词 1948 晶体管的发明 1952 首台数控机床 模型 1954 发明自动控制程序的编程语言、提出自适应控制原理 1957 数控机床广泛应用 1959 集成电路、首次应用成组工艺 1960 工业机器人 1965 大规模集成电路 1968 现 1970 首个集成制造系统、机器人点焊技术应用于汽车车身 20 世纪 70 年代 微处理器、微型机器人、柔性制造系统、成组技术 20 世纪 80 年代 人工智能、智能机器人、智能传感器、微小制造单元 20 世纪 90 年代 集成制造系统、基于传感器的智能化机械 无线通讯技术和全球制造网络、模糊逻辑装置、神经网 络、互联网 动化技术的目标 自动化技术的基本目标如下： A 实现制造各部分的集成化，从而提高产品质量和一致性，使生产周期和劳动量最小化，降低劳动成本。 B 通过优化的生产控制来降低制造成本，提高生产率。 零件的装卸进给、机器人的使用、以及生产组织更加高效。 C 提高产品质量 D 降低人为因素干扰、个人情绪影响以及发生人为错误的可能性。 E 减少人工传递过程中的工件损坏。 F 保证工人的安全性，特别是在危险工作环境下的工人。 G 更加高效地安排厂房内的机器设备、物料 传送设备及辅助设备，从而节约占地面积。 自动化和产品生产数量 生产数量是决定产品生产类型和生产自动化水平的重要因素。下面我们首先介绍一些基本的生产术语。 总生产量是指生产零件的总量，包括各种不同的批量。生产批量对生产的经济效益影响很大，具体 影响将在第 39 章详细讲述。生产率是指单位时间内生产的产品数量比如每天、每月、每年。表 出了一些典型产品的年生产量的大概范围。比如说，众所周知，实验器材和产品模型的生产数量是最少的。 表 产品生产类型及近似年产量 生产类型 近似年产量 典型产品代表 试验设备或模型 1 10 单件小批 10 5000 飞机、特种机械、模具、珠宝钻石、医用矫形装置、导弹等 成批生产 5000 100000 卡车、农业机械、喷气发动机、柴油机、计算机配件、运动器材 大批大量生产 100000 以上 轿车、仪器仪表、紧固件、食品以及饮料瓶等 小批量的产品一般在单件小批生产车间制造 （见图 ，运用一些通用加工机床或加工中心来完成（见第 24 章）。这些加工过程具有很大的柔性，就是说在短时间内完成不同零件的加工，并不需要很大程度地 改变刀具和设备参数。 但另一方面，它需要具有较高技术水平的工人来操作这些设备且加工效率低下，从而导致单件成本较高（参见图 产品的生产需要大量劳动力 的 参与，这就是所谓的劳动密集型生产方式。 图 各种制造系统的柔性和生产率情况 （注意图中重叠的部分，那是由于各组中应用自动化和计算机控制的程度不同所造成的。将在 第 39 章具体介绍。） 图 三种加工类型的一般特性 单件生产类型通常涉及很小的产品数量，适合于单件小批生产车间。大部分单件生产类型的产品年产量小于等于 50件。小批量生产的年产量范围在 10 100件之间，一般用通用机床 或 加工中心 加工。成批生产一般范围是 1000 5000 件，所运用的设备与小批量生产基本相同，但需专门设计夹具来提高生产效率。 大批大量生产的年产量一般都超过 100000 件，因此需要用一些专用机床和用于物料和零件传送的自动化设备。虽然这些机床设备 以及专用刀具价格昂贵，但对工人的技术水平的要求和劳动力成本都相对较低，其原因就是应用了高性能的自动化设备。 但是，这类生产系统是专门为某种特定产品设计的因此缺乏柔性。许多工厂是通过 应用组合机床及不同程度的自动化和计算机控制来完成大批大量生产的。 动化技术的应用 从单件小批到大批大量各种生产类型，从毛坯到精密 零件等各种产品，自动化技术均得到了广泛的应用。但在新建或自动化改造某一工厂之前，必须考虑一下几个问题： 生产产品的类型； 产品生产量和生产效率的要求； 需要实现自动化的工序的特点； 现有工人的技术水平； 自动化系统可能带来的可靠性以及维修保养方面的问题； 经济性要求； 由于一般情况下自动化生产 需要很大的初期成本投入并且要求具有较高的技术和保养方面的知识，因此即使在决定投资一个较低水平的自动化系统之前，也必须仔细研究 其必要性。下面所描述的情况就经常发生，某公司雄心勃勃的去搞自动化系统，结果却发现其经济效益远没有预测的那么大。最后得出一个结论，自动化是不划算的。在许多情况下工厂所需要的只是局部自动化，而并非全自动化。 一般来说，如果拥有足够的劳动力且其成本 比例 合理的话，工人的技术水平越高对自动化的要求越低。也就是说，自动化制造工厂，对工人的技术水平要求较低。在的 分中将会讲到，选择合适程度的 自动化系统，涉及到许多重要且复杂的因素。 性自动化 刚性自动化生产线一般用来生产某种标准化系列化的产品，如发动机、气门、齿轮或传动轴等。虽然产品的大小和工艺参数（包括主轴转速、进给量和切削深度）有所变化， 但这些机床是专用的，缺乏柔性。它们不能够被用来生产形状和大小有明显差异的产品。设计和制造这些设备需要高昂的投入，因此只有在大批大量的生产中应用才有经济价值。 刚性生产线中应用的机器一般都是基于模块化结构的原理来设计制造的。一般被称为组合机床，由动力头单元和进给传送机构两部分组成。 动力头单元 动力头是独立工作的，由框架（ 也叫床身 ） 、电机、变速箱和传动轴四部分组成。这些部件的结构和尺寸大小都是标准化系列化的，也正是由于这种与身俱来的模块化特性，才使它们能够被简单的重组而生产不同的零件，可见他们也具有一定的柔性。 组合机床一般由两个或两个以上的动力头组成，他们按直线型、环型或 U 型等方式布置在车间内。具体布置形式的选择受工件的重量和形状的影响。当一个或多个单元的刀具或机床发生故障时，机器布置形式对加工的连续性有很大影响，此时还需要利用缓冲区来保证加工的连续进行。 传送机构和传送线 传送装置的任 务是将工件从机器的一个位置搬运到另一个位置（或者从一台机器到另一台机器）， 从而完成各种方式的加工。工件的传送途径有以下几种：（ 1）工件装在托盘上，托盘沿着导轨运动。（ 2）分度回转工作台（ 3）天车 零件在各位置之间的传输是靠传感器或其他设备来控制的，这些机床可以简单快速地换刀，并且 都配备有自动化检测系统，从而保证了各工序的尺寸公差均在允许的范围之内（在第 将会讲到，组合机床也能够应用与自动化装配线中）。 图 述了大型发动机气缸盖的流水线布置情况，它就是有一系列组合机床组成的。 这个系统每小时可 以生产 100 个气缸盖。注意其中列出的各种加工方法：铣、钻、铰、镗、攻丝、珩磨、清洗和检测等。 性 自动化 由上面的介绍我们可以看到，应用于大批大量 生产中的自动化生产线缺乏柔性。而这却正好是柔性自动化的（或可编程序控制自动化）的优点 。它通过运用计算机和程序控制实现了很好的柔性。这一点将在 的例子中详细介绍。 柔性自动化的一个重要发展是它能够很容易地，随时地修改程序，从而加工出与前一种产品在形状和尺寸上差别很大的零件。正是由于这种特性，柔性生产线能够制造各种复杂形状的产品 。柔性自动 化再进一步的发展是广泛应用现代计算机，进而出现了具有很高效率和生产率的柔性制造系统。 编程序控制器 在传统的制造过程中，各种机器以及物料传送系统的控制一般都是由定时器、计数器、开关、继电器和其他一些基于机械、电气、气动原理的硬接线设备来 完成的。直到 1968 年，可编程序控制器的出现取代了这些硬接线设备。 美国电气制造协会对可编程序控制器 （ 的定义是：可编程序控制器是一种数字式电子器件，通过数字或模拟量的输入输出，应用可编程的内部程序存储器来完成逻辑运算、顺序控制、 定时、计数、和算术运算等特 殊功能来控制各种加工过程。专用于控制可编程控制器的数字计算机也属于可编程控制器的范围。 由于 应用取代了继电器控制面板，而且它们的程序 只占用很小的空间并 可以修改 ，因此 广泛地应用于制造系统中。它们的基本功能是实现开关动作、顺序动作以及反馈控制。由于具备高速数据处理和数据通信功能，他被应用于各种控制系统中。他们能够在工业现场中可靠地完成各种控制任务并提高了整体效率。 随着数控技术和设备的发展，在新的控制系统中， 逐渐被取代，但它们仍然是控制系统基础的代表。逐渐发展起来的微型计算机取代了 为微机更便宜，更易编程和联网。伴随着 新的可视化操作系统如 控和数据采集软件的）出现，微机取代 成为必然。 面生产维护 各种机床、设备及整体系统的管理和维护是影响制造系统生产率的重要因素。于是 ，全面生产维护和管理的理念也正在迅速发展起来。 这种理念主要包括对以下各个方面的监测分析： 1. 设备损坏和设备故障 2. 生产率的监控和提高 3. 预防性或预测性维护 4. 缩短起动时间、空转时间和工作周期 5. 充分利用机床和设备资源，提高工作效率 6. 降低次品率 团队合作是完成这项任务的主要组 成部分，主要指操作工人、维修工人，工程师以及系统管理层之间的全力配合。 控技术 数控技术是一种应用数字和字母形式的编码指令来控制机器部件 运动的控制方法。系统自动地将这些代码转换为控制信号。这些信号按顺序来控制各部件动作，如主轴起停、刀具切换，工件和刀具延特定路径运动或切削液开关等。 为了能够更好的理解数控技术的重要性，让我们先简单回顾一下传统机械加工的工艺过程。首先工人仔细研究工件的零件图，然后设定工艺参数（如切削速度、进给量、切削深度、切削液等），确定加工工序，最后装夹工件及加工。 由于零件形状 和尺寸精度的不同，这就需要具有一定水平的工人来完成上述操作。加工的工艺过程也会因工人技术水平的不同而不同；又因为人为出错的可能性，导致即使 同一个工人加工的零件 也 不一定完全相同。 同时，产品的生产量也取决于具体的工人和工作时间。由于近几年来人们对提高产量和降低制造成本的问题越来越关注，因此产品的多样性已不能被人们所接受。而这些情况在数控加工中是不存在的。 数控加工的重要性在下面的例子中将具体阐述。假设 需要在某一工件上钻几个孔，具体位置如图 示 若用传统的方法加 工此零件，工人需要参照工件上的某一点来给钻 头定位，然后再 进行加工。假如 有 100 个 相同的工件，若用上述方法加工，必然会使工人感到厌烦，因为工人一直在做同样的动作。另外，工件之间也会有一定的差异。 接着我们再假设在加工过程中，突然改变工作要求，比如其中 10 个工件的孔的位置有所变化。此时，工件必须重新定位，这就会耗费许多时间 并且容易出错。 但对于数控系统来说，完成这样的动作是很容易的，它们能够重复地、准确地完成加工任务而且通过简单的程序修改就能加工不同的零件。 在数控系统中，各种与工艺过程相关的数据如位置、速度、进给量及切削液等都能够储存到磁性介质中，如 磁带、硬盘 。数控系统的作用就是将这些信息传递给执行装置。 根据不同的输入信息，继电器和其他设备获得相应的驱动信号。于是复杂的加工过程（如曲线加工，模具曲面加工）就很容易实现了。 数控技术已经给制造 技术的各方面带来了重要影响。目前，数控技术在各中加工中广泛应用； 许多旧的 机械设备也完成了数控化改造。 本科生毕业设计（论文） 翻译资料 中文题目 ： 机械制造自动化 技术 英文题目 ： 生姓名 ： 胡兴中 学 号 ： 14020107 班 级： 140201 专 业： 机械制造及自动化 指导教师： 王龙山 吉林大学本科毕业设计说明书 1 中文 摘要 数控导轨磨床 床身、工作台、立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。 主运动是周边磨头、万能磨头带动砂轮的旋转运动。 机床的纵向进给 由液压系统 驱动工作台运动来实现， 床身、工作台为双 定位 导轨 ， 提高了工作台运动的直线性 。其中 一条导轨体 是 横向可浮动的 ，补 偿 了 由 于 导轨 副 运动摩擦发热而引起的 导轨 中心距 的 变化。 水平和垂直方向的 进给 均由 伺服电机通过滚珠丝杠螺母 副驱 动 执行元件（横滑板和垂直滑板）运动来完成。 该 机床的 控制系统采用 主从式 模块化控制结构， 微机作为中央控制器，实现对进给系统控制模块、主运动速度控制模块、以及辅助系统的集中控制管理。进给系统的控制由 关键词 数控导轨磨床 整体结构 控制系统 外文摘要 is of 文摘要 2 of is of is by is by a of on of is So of is it of s on is by .C of As a as as is by a of is by 林大学本科毕业设计说明书 3 目 录 1 引言 4 2 机床 总体方案及主要参数确定 5 机床总体方案 5 机床主要参数确定 7 3 周边磨头部件设计 7 运动和动力参数计算 7 周边磨头主轴部件设计计算 8 周边磨头垂直滑板设计计算 18 4 床身工作台设计 20 床身工作台总体尺寸确定 20 床身工作台导轨设计 20 5 控制系统设计 22 控制对象的描述 22 总体控制方案确定 23 电气控制系统硬件的选择 24 控制系统程序设计 26 毕业设计总结 33 致谢 34 参考文献 34 附录 A 36 第一 章 引言 4 1 引言 近些年来，随着机械工业在我国的迅猛发展，被称为工作“母机”的金属切削机床也有了前所未有的进步。 2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。 磨床是机械加工后道工序的关键设备。 车、铣、刨、镗床等金切机床上难以加工的淬硬材料和难加工材料或达不到精度要求的机械零件都在磨床上加工。随着科学技术的发展和社会进步，机械产品的加工精度越来越高，表面粗糙度越来越低， 使得磨床在国民经济各部门的作用越来越大。因而专用于导轨和平面加工的导轨磨床的需求量越来越大 。而且， 国内外实践证明，用磨削方法加工的导轨表面，在工作中能很好形成油膜，耐磨性亦比刮研的导轨面高， 况且磨削加工机床导轨面比刮研的方法生产率要高 。 尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距 ，特别是在精度和自动化方面，从而导致每年必须进口相当数量的数控导轨磨床。由此可见，加大力度设计和研制具有自主知识产权的数控导轨磨床是必要的也是必须的。下面首先简单介绍一下国内外数控导轨磨床的发展情况。 目前，在国际上德国、日本和瑞典的机床制造水平最高。其中德国、瑞典在制造精度方面处于领先地位，日本则产量和自动化方面占有优势。在诸多龙门导轨磨床制造厂之中， 以德国瓦德利希柯堡 (司水平最高。该公司从 70年代开始发展数控导轨磨床。近年来在 相继开发了 自动华化龙门导轨磨床、 列磨床采用10M 数控系统， 控制万能磨头垂直 (和水平 (运动， 以及万能磨头在垂直平面内的回转运动 ( 轴 )； 控制周边磨头的垂直 ( 轴 )和水平轴 轴 )的运动。 5080M 吉林大学本科毕业设计说明书 5 的数控系统。除少数监督功能外， 自动完成全部磨削加工， 开发了导轨磨床的专用软件， 其最多控制轴可达 削中心，采用 50或 880M 数控系统， 横梁 固定， 用一个万能磨头， 其功率可达 l 8 5 22直拖板的行程可达 备有砂轮库， 可自动换砂轮和砂轮罩壳， 具有双工作台驱动， 以提高机床的生产效率。除装卸工件外， 机床自动完成全部磨削加工。包括砂轮的自动修正和补偿， 按 磨头主轴的自动定位，按 尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距。主要体现在下列几个方面： 1装备方面机床精度，切削效率，自动 化程度， 吸尘防护以及操作性能与国外有关资料介绍的还有很大差距。另外， 机床的一些基础件， 如各种液压、气动、 电子元件等可靠性不好， 从而影响了整机的性能。特别是：机床关键零部件，如导轨，箱体件，齿轮副，丝杠，轴等的加工工艺与国外相比还很落后，不能满足高精密机床的要求。 2加工方面国内生产的导轨磨床的磨削精度， 表面粗糙度， 表面波纹度等与国外先进水平相比尚存在一定差距。 3测量方面：与国外先进水平相比， 国内在对用导轨磨床加工好的导轨副的测量技术也是落后的。国外普遍在生产车间直接采用精密测量设备来测量机 床 导轨，如激光测量 仪，电子水平仪， 电子千分尺 三坐标测量机等。而国内对于导轨副的测量还没有普遍采用自动测量。目前国内数控导轨磨床的主要生产厂家有：上海重型机床厂、杭州机床集团、长春第一机床厂等。 2 机床总体方案及 主要 参数的确定 2 1 机床总体方案 数控导轨磨床 架结构，由床身、工作台、第二章 机床总体方案及主要参数的确定 6 立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。其总体布局如图 1所示 。 头 图 2机床总布局图 能磨头带动砂轮的旋转运动。周边磨头砂轮直径大， 磨削 功率大， 效率高 ， 精度高， 适合于磨削水平导轨以及大平面。万能磨头可以绕中心回转 90度，能够磨削不同角度的导轨面。 机床的纵向进给 由 双 活塞杆液压缸驱动工作台运动来实现，横向进给由伺服电机通过 滚珠丝杠螺母 丝杠螺母副带动横滑板沿横梁导轨作水平运动来实现。 由于两个磨头不可以同时工作， 因此用同一台伺服电机来控制两个磨头的横向运动，通过横向进给箱中的电磁离合器来选通 需运动的磨头。 垂直方向的进给由伺服电机、滚珠丝杠螺母 副来实现垂直滑板与横滑板之间的相对运动。 磨头的水平及垂直运动均采用滚动导轨，以消除爬行， 导轨体为淬硬钢条 ， 提高寿命和精度保持性。 机床 床身浮置于地基之上，磨削受热之后，可以在水平方向内自由伸缩，从而提高了工件在垂直方向的直线度。 其次，工作台与立柱之间采用分离型结构，以减小 床身 工作台由于 导轨之间的摩擦及液压进给系统发 热变形而对立柱、横梁 造成 的影响，提高了磨头的 横向 运动精度。 立 柱与工作台均有垫铁支承，便于调整横梁与工作台的 精度。 另外， 床身、工作台为双 定位 导轨 ，使工作台在运动中受到对称摩擦力，消除了一 提吉林大学本科毕业设计说明书 7 高了工作台运动的直线性， 工作台导轨表面贴塑 ， 减小了滑动摩擦系数，从而减小了所需的驱动力和爬行 现象， 磨损 小，寿命长并 有良好的抗震性 。可以降低对导轨材质的要求，而且由于液体有吸震性，且刚性好，因而导轨有良好的抗震性及较大的承载能力。此外这种导轨有低速不爬行，运动均匀性好，以及驱动力小等优点。 工作台上的一条 另一条 为 自位导轨 ，由于这一条 横向可浮动的，工作台和床身配合的二个 ， 补 偿由导轨 副 运动摩擦发热而引起的中心距变化。 2 2 机床主要 参数确定 根据 导轨磨床的现有标准，参考其它普通导轨磨床的尺寸参数， 数控导轨磨床 基本 参数 确定 如下 最大磨削宽度 1600柱间距 2000大磨削长度 6000大磨削高度 1000件最大重量 9000作台最大行程 6500作台速度 5 30m/平方向快速移动速度 2000mm/直 方向快速移动速度 2000mm/轮尺寸 周边磨头 平面砂轮 600 100 305 万能磨头 平面形 400 63 127 杯形 400 63 127 碗形 400 63 127 加工精度为满足一般机床的要求， 导轨要达到如下精度：在水平面内 的 直线 度小于 0 01 在垂直平面内的 直线 度小于 0 轨平行度小于 0 轨表面粗糙度 R 0 4。 3 周边磨头部件 设计 3 1 运动参数和动力参数设计计算 主轴极限转速和转速范围（周边磨头） 由金属切削加工手册查得平面磨削砂轮的线速度范围为 v 2030m/s, 则主轴的转速范围 n 360 10 637 955r/于其转速变化范围不是很大，可采用三相异步电机变频调速来实现。 第三章 周边磨头部件设计 8 最大磨削功率的确定 由机床的实际加工过程可知，在粗磨大平面时机床消耗的功率 最大 ，因此需根据该工况的工艺参数来计算主轴的最大功率。根据金属切削加工手册，平面粗磨的切削用量如下 : 工作台速度 2h。（ d= 2h。 6） 油腔深度0( 2 0 1 0 0 ) h 0 . 4 4 2 . 2tZ m m为保证足够的承载面积 ，取 2tZ 三章 周边磨头部件设计 10 （ 7）轴承的壁厚 r 保证不形成薄壁零件，考虑油孔空间 r 25 （ 8）轴与轴承的配合间隙 2h。的公差 h。 h。 0075，因此取 h。 （ 9）轴与轴承的几何精度误差（圆度、圆柱度、同轴度） 005 10 D 10）轴承外圆与箱体孔的配合 过盈量 0 11）两个向心轴承中心跨距 l l（ 4 6） d 400 600 取 l 400 12）选择节流比 ，液阻比 考虑油温变化而引起的 值的变化，应使油 温为 20 50 度时 阻比 1。 一般情况下，当 轴承具有最佳刚度，即 （ 13）确定供油压力油压力为 油腔压力rP 14）计算一个油腔的有效承载面积 0 4 52 ( ) s i n ( ) 2 5 5 ( 1 0 8 1 1 ) s i n ( ) 7 . 9 7 1 0 m l a 。 。 （ 15）计算轴承油膜刚度 J 361 301 2 ( 1 ) c o s 1 2 7 . 9 7 1 0 2 . 5 1 0 0 . 7 1 c o s 3 0J=( 2 1 ) 0 . 0 2 2 5 1 0 1 . 7 1 ( 2 1 . 7 1 1 ) 。 91 1 0 / （ 16）轴向推力轴承的结构 尺寸 吉林大学本科毕业设计说明书 11 轴肩半径： 4231 7 61 3 21 5 4轴肩的厚度 当 d 50 200H。（ d 11 22 H。 20 主轴带传动的设计计算 为了有效地将电机产生的振动与主轴隔离， 在电机与主轴之间采用带传动。因为带传动有很好的缓冲、减震和吸阵作用。不需要减速因此传动比选 1： 1。考虑传动的扭矩比较大且转速较高，选用多楔 v 带传动。 多楔带又称 为复合三角带，是一种新型的三角胶 带，由于它综合了普通 机床的传动中正在获得越来越广泛的应用。 它与普通比较，且有下列优点： (1)传动功率大。由于多楔带和带轮的接触好，各工作面间的裁荷分布均匀，故多楔带的承裁能力高。 (2) 消除了多根胶带长短不齐的现象。 多楔带 振动小，发热少，运转平稳。 (3)伸长率小，使用寿命高。 (4)运转速度高。由于多楔带的断面尺寸小，重量轻，强力层的耐曲挠性能好，适于以较小的带轮直径在高速下 (达 40 m/s)运转。 多楔带的 具体计算 如下，参考机床设计手册（零件设计）表 1）确定计算功率 N查表 K . 2 1 8 . 5 2 2 . 2 （ 2）选择多楔 1 6 0 0 9 7 0 / m i 据16，选 （ 3）确定带轮计算直径1180传动比 1得2D1D180 4）初定中心距 A。（中心距过大 易振动，过小则寿命低 ） 第三章 周边磨头部件设计 12 2 0 1 23 ( )D A D D ，即 1800A1080 考虑到结构需求，初选0A 1000 5）求胶带计算长度 L 2210 1 20()2 ( ) 2 5 6 5 . 224 D D m 按表 25836) 计算准确中心距 2221128 ( ) , 2 ( )8a a D DA a L D D 得 2 2 5 8 3 3 6 0 4 0 3 5 . 6a ， A a/4=的中心距是可以调整的，考虑安装调整和补偿初拉力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为 m i n 0 . 0 1 5 9 7 0 . 2A A L m m m a x 0 . 0 3 1 0 8 6 . 4A A L m m (7) 确定多楔带的齿数 Z 0 1 2 C C查表 C C Z Z 12齿。 多楔带 的具体断面尺寸如下： 齿距 t H h h。 40 1 。 （ 8） 多楔带 轮的基本尺寸 外径 1 8 0 2 3 . 5 5 1 7 2 . 9 宽度 ( 1 ) 2 1 1 9 . 5 2 1 0 1 2 4 . 5B Z t g ，取 B 125 带轮材料为 45钢 （ 9）多楔带的张紧装置 吉林大学本科毕业设计说明书 13 带经过一定时间的运转 后，就会由于塑性变形而松弛，使初拉力 F。降低。为了保证传动能力，应定检查初拉力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。 具体张紧装置如周边磨头装配图中所示，将安装有带轮的电机安装在基 座 上，基 座 用螺栓固定在垂直滑板上，基 座 上的螺栓孔为长槽，可使 基 座 相对于垂直滑板上下滑动。要调节带的张紧力时，松开基板上的 各螺栓，旋动调节螺钉，将电机推到 所需的位置，然后拧紧基 座 与垂直滑板的连接螺栓。 轴端部卸荷带轮结构设计 由于带的张紧力对主轴的刚性影响很大，因此在主轴端部设计了卸荷带轮结构，将带的拉力直接传递到主轴箱体上，而扭矩通过 带轮端盖螺钉和键来传递到轴上，从而大大减小了主轴的径向力，提高了主轴的刚性。由于端盖螺栓以及键传递很大的扭矩，因此需 校核 其强度。 （ 1）螺栓组联接设计计算 采用圆周均布，螺栓数 Z=4，均布直径 d 180。 螺栓仅受扭矩 T 295每个螺栓所受的工作剪力 为 /4F T r 螺栓所需的预紧力 1 . 1 7 3 7 . 5 60090 . 1 5 选择螺栓材料为 能等级为 查表得 240s M ， S / 2 4 0 / 1 . 5 1 6 0s S M P a 因此螺纹小径14 1 . 3 4 1 . 3 6 0 0 9 7 . 8 8 1 6 0m m 按粗牙普通螺纹标准，选用螺纹公称直径 d 10（小径1d (2) 联接平键的校核 根据轴径查表选择键的尺寸是 16 10 32 ， 普通平键联接，其主要失效形式是工作表面被压溃，强度条件为 332 1 0 2 2 6 4 . 7 1 0 6 0 1 0 00 . 5 1 0 3 2 5 5 P ak l d 见， 联接 键的强度足够。 轴强 度校核 主轴 第三章 周边磨头部件设计 14 垂直方向 32 . 8 2 1 0 1 7 6 4 9 6 3 2 0 a N m m 水平方向 8 8 2 . 3 1 7 6 1 5 5 2 8 4 a N m m 由前面 的计算可得扭矩 264700T N m m 主轴 弯矩 与 扭矩 如 图 3示， 图 3主轴弯矩与扭矩图 合成弯矩 2 2 2 24 9 6 3 2 0 1 5 5 8 4 5 2 0 0 4 5 M N m m 按弯扭合成应力校核轴 的强度 进行校核时，通常只校核 轴上承受最大弯矩及扭矩的截面（即危险截面 B）的强度。 则当量弯矩 吉林大学本科毕业设计说明书 15 2 2 2 2( ) 5 2 0 0 4 5 ( 0 . 6 2 6 4 7 0 0 ) 5 4 3 7 5 6 T N m m 23543756 4 . 9 4 /0 . 1 1 1 0 N m 前以选定轴的材料为 40质处理，查表得 许用弯曲应力1 7 0 P a 因为 吉林大学本科毕业设计说明书 19 珠丝杠 的支承 方式选择 。 为了提高丝杠刚度，丝杠采用 两端固定式支承，即两端均用一个双向止推轴承和 一个 向心球轴承 支承 。这种结构方式可使丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力。 根据结构的需要，预选向心轴承 代号 6210，双向推力轴承 52208。 由于该丝杠承受的径向力很小，轴向力较大，因此只校核推力轴承的寿命。 由前面的计算可知 该推力轴承的最大轴向力 A 35 10 N， 载荷系数按中等冲击或中等惯性力选取， 当量动载荷 37 . 5 1 0pP f A N 则轴承的寿命 6 6 3 3431 0 1 0 3 4 . 5 1 0( ) ( ) 4 1 06 0 6 0 4 0 0 7 . 5 1 0 一般情况下，金属切削机床轴承的预期寿命选取 20000 30000h，因此该推 力轴承 寿命足够。 珠丝杠副的自锁 由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用， 为了防止垂直滑板在失电情况下 由于自重下滑，在滚珠丝杠的末端增加制动装置，即失电制动器。失电制动器的原理是，当电机得电工作时，电磁铁线圈通电吸住压簧，打开摩擦离合器，电机带动丝杠转动。当电机失电停止转动时，电磁铁线圈亦同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠不能转动，垂直滑板就不会因自重而下沉了。 为了保证制动迅速可靠，需计算所需失电制动器的制动扭矩。 由垂直滑板自重产生的使丝杠回转的扭矩2f 传动效率 2 2 6 0 . 9 3( ) ( 2 2 6 1 0 )t g t gt g t g 。（中径处的螺旋角226 。 ，当量摩擦角 10 ） 因此 41 0 8 0 . 9 3 1 0 9 4 02 m m 第三章 周边磨头部件设计 20 考虑到安全以及制动迅速，取制动扭矩 3 3 2 . 8 2 0 N m 根据以上计算， 选用 50 普通型失电制动器。率 27W。 4 床身工作台设计 4 1 床身工作 台总体尺寸确定 床身工作台总体尺寸的确定，根据工件的最大长度为 6m，确定工作台长度取 作台行程 至少 为 6m，考虑 工作台在换向与停止过程中的缓冲，床身长度取 13m。 4 2 床身工作台导轨设计 轨结构形式选择 导轨的作用是承受载荷和导向。 考虑到导轨磨床 承载能力和导向精度都要求很高，因此 床身工作台采用双 塑导轨， 双触刚度好，导向性和精度保持性好。两导轨截面均为 称布置使得工作台的受热变形均匀、对称，提高了加工平面的平行度和表面精度。 工作 台导轨表面贴塑 减小了滑动摩擦系数，从而减小了所需的驱动力和爬行现。导轨工作台截面如图 4 工作台上的一条 另一条 为 自位导轨 ，如图 4由于这一条 横向可浮动的，工作台和床身配合的二个 补 偿由导轨 副 运动摩擦发热而引起的中心距变化。 图中所示螺钉是为了使装配容易而设计的，浮动导轨装配时，先将横向键固定到工作台上，然后用长螺钉将浮动导轨与键连接，该螺钉的预紧力需用测力扳手控制，以保证工作 台受热变形后可以在水平方向微量浮动。 工作台导轨表面粘贴以聚四氟乙烯为基体的塑料软带，其特点是摩擦因数小，耗能低；动静摩擦因数接近，低速运动平稳性好；阻尼特性好，能吸收振动，抗阵性好，有自身润滑作用，没有润滑油也能正常工作，使用寿命长；结构简单，维护修理方便，磨损后容易更换，经济性好。但是，刚性较差，需校核导轨的比压。 为提高导轨耐磨性和防止塑料软带撕伤，动导轨和支承导轨应具有不同的硬度。因此，工作台导轨用普通铸铁，不淬火，床身导轨需淬火处理。 吉林大学本科毕业设计说明书 21 图 4导轨工作台断面图 图 4浮 动导轨局部视图 轨的比压计算 导轨的损坏形式主要是磨损 ，而导轨的磨损又与导轨的比压 （单位面积上的压力）有密切关系。因此在初步选定导轨的结构尺寸后，应该核算导轨面的比压，使其限制在允许的范围之内。 第四章 床身工作台设计 22 工作台导轨主要受加工工件和工作台的重力。工件的最大重量是9000算工作台的重量为 6000垂直向下的合力 G 0 N 由于采用双 荷对称分布，每条导轨受力为 G/2 0 N 每个导轨 面所受的正压力为 442 0 . 7 7 . 5 1 0 5 . 2 5 1 022 导轨面的比压为 4 535 . 2 5 1 0 1 . 2 5 1 07 0 1 0 6 查表得 ： 铸铁导轨的许用比压为 55 10 ； 聚四氟乙烯贴塑导轨的许用比压为 0 ； 导轨面的比压小于许用比压，即导轨截面尺寸 合理。 动导轨导向键的校核 由导轨面比压校核过程中的计算过程可知，浮动导轨承受的摩擦力 2 1 0 . 52GF f K N 根据导轨截面尺寸确定横向键尺寸为 28 16 120 ，浮动导轨分两段 ，每段由两个键来导向，其中一个用来承受力，另一个主要起限制导轨的转动自由度。 因此， 只有两个键同时受力。其强度条件为 2 1 0 . 5 1 0 . 9 3 02 8 1 2 0p P a P M P an k l （考虑到工作台换向与停止过程中的冲击，取载荷系数 K 2） 可见，横向键的强度是足够的。 5 控制系统设计 5 1 控制对象的描述 数控导轨磨床的运动控制主要包括三部分，主运动系统、进给系统、辅助系统 。 主运动的控制是指周边磨头、万能磨头的转速控制。进给系统则包括工作台的纵向进给、横滑板和垂直滑板的横向及垂直进给。辅助系统时指润滑系统、静压轴承供油系统等辅助运动电机的开停控制。 其中进吉林大学本科毕业设计说明书 23 给系统的控制最复杂。 根据加工工艺需要，周边磨头有五种进给方式：快速移动、慢速移动、周期进给、连续进给以及微量进给；万能磨头有三种进给方式快速移动、慢速移动和微量进给。但周边磨头和万能磨头不能够 同时工作，因此可以只用一个伺服电机，通过电磁离合器来选择需要进给 的磨头。 该导轨磨床的基本工作流程如下 压轴承供油系统启动 ，液压润滑系统启动。 括横滑板、垂直滑板进给）。 头回零点。 由 以上动作流程 可以看出，导轨磨床的进给过程在很大程度上属于 顺序动作流程，因此非常适合于应用 控制。 5 2 总体控制方案的确定 根据 上述对控制对象的描述 和 具体的 控制要求，该控制系统 可 采用 主从式 模块化控制结构，微机作为中央控制器，实现对进给系统控制模块、主运动速度控制模块、以及辅助系统的集中控制管理 。 主控微机将操作员通 过键盘输入的数据，通过内部软件的运算处理，通过串行通信接口送给进给模块的 及主控系统的变频器。 进给系统运用可编程序控制器（ 为核心控制装置，实现对设备各种执行器件 （包括进给伺服电机、各油泵电机以及电磁离合器等）的 控制 。 主控微机还可以直 接读取伺服电机控制器的内部控制数据，从而检测进给系统的工作状态；同时 它还 通过内部软件程序将检测数据转化为视频信息，直观地显示在屏幕上。 主轴旋转速度 由 变频器 来 控制，变频器可与主控微机进行串行通信。 该系统的控制框图 如图 5 第五章 控制系统设计 24 图 5控制系统 框图 控制系统内部信息交换 微机发出：微机向 工作磨头序号、横滑板和垂直滑板运动 位移 以及运动速度 以及磨头工作循环所需的其他数据。 微机向 变频器发出频率控制信号 。 微机接收： 伺服驱动器的内部状态，即进给系统的运动状态。 出：伺服驱动器的控制信号，其它各辅助运动控制的信号。 收： 微机控制信号，各执行元件状态 信号，及伺服运动系统到位信号。 5 3 电气控制系统硬件的选择 服电机 及伺服驱动器 的选择 横梁伺服电机 与 垂直滑板 伺服 电机 均选用 和利时 交流伺服电机 ， 具体型号为 130该电机的 技术参数 在表 5 根据伺服电机的要求，伺服驱动器选择森创 系列伺服驱动器以美国 司最新的数字处理芯片（ 为核心控制芯片，采用了先进的全数字电机控制算法，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制，具备良好的鲁棒性和自适应能力，可配合多种规格的伺服 电机，适应于各种需要快速响应的精密转速控制与定位控制的应用系统。 在本控制系统中主要用到以下几个控制引脚 吉林大学本科毕业设计说明书 25 7脚：输入公共端 23脚：伺服使能端 27脚：脉冲指令信号输入 12脚：脉冲指令信号输入 28脚：方向 /脉冲指令信号输入 13脚：方向 /脉冲指令信号输入 表 5130额定输出功率 W 额定转矩 大转据 定转速 高转速 500 8 2000 2500 电机转子惯量 矩系数 额定相电流 A 瞬间最大相电流 A 适配驱动器 枢绕组相电阻 电枢绕组相电感 械时间常数 气时间常数 量 选择 根据市场情况， 司的 品指令功能强大，处理复杂控制的功能强 ;编程语言梯形图和指令助记符并重，编程简单，易掌握；特殊功能模块和智能模块品种多，使用方便；网络配置简单，实用，价格低。因此决定选用欧姆龙品牌 列 司新近推出的中型 系列 模块式结构，最多可插 11 个模块， I/O 可达 512 点，能够满足该系统的输入输出需求。 列 带 行通信接口，可与计算机进行串行通信。 列 ，可以输出 5 20够满足伺服控制器速度控制端口的高频脉冲信号需求。 16 点 输出模块 2块 ） 8点 高速脉冲 I/第五章 控制系统设计 26 表 5输入点 元件名称及代号 输出点 元件名称及代号 00000 启动按钮 0000 伺服驱动器 1 23口 00001 急停按钮 0001 伺服驱动器 1 28口 00002 工作台行程开关 0002 伺服驱动器 2 23口 00003 工作台行程开关 0003 伺服驱动器 2 28口 00004 工作台限位开关 0004 伺服驱动器 3 23口 00005 工作台限位开关 0005 伺服驱动器 3 28口 00006 左横滑板限位开关 0006 00007 右横滑板限位开关 0007 00008 横滑板防碰撞限位开关 0100 周边磨头电机继电器 0009 左垂直滑板限位开关 0101 万能磨头电机继电器 0010 左垂直滑板限位开关 0102 丝杠电磁离合器 0011 右垂直滑板限位开关 0103 丝杠电磁离合器 0012 右垂直滑板限 位开关 0104 静压轴承供油泵电机 00013 伺服电机完成信号开关 0105 润滑系统油泵电机 00014 伺服电机完成信号开关 0106 工作台驱动液压泵电机 00015 伺服电机完成信号开关 0107 报警灯、铃 5 4 控制 系统 程序设计 梯形图编程是 序设计的主要形式，梯形图直观、形象、易于接受。该程序段主要完成磨床从开机到 完成加工以及回到零位过程中的顺序动作控制。 下面简单介绍梯形图各程序断的含义。 1）机床开机，首先启动液压润滑系统油泵和静压轴 承供油油泵，在这两者未工作时其他任何部件都不可以相对运动。 吉林大学本科毕业设计说明书 27 图 51) 2）液压系统启动的同时，计算机与 液压系统完全启动以及数据通信完成之后，根据通信数据，接通所需工作磨头的离合器，横滑板开始进给。两个磨头的离合器与继电器均通过软件来实现互锁。 第五章 控制系统设计 28 图 5形图 (2) 3）横滑板到位之后，伺服驱动器发出到位信号到 后垂直滑板开始进给。 垂直滑板的控制方法与横滑板基本相同。 图 53) 4）垂直
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