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B690
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B690型牛头刨床的液压及控制系统设计,B690,牛头,刨床,液压,控制系统,设计
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； 大连大学 2012017 7 届毕业论文届毕业论文（设计）（设计） 题目名称： B690 型牛头刨床的液压及控制系统设计 所 在 学 院所 在 学 院 ：机械工程学院 专业（班级） ：专业（班级） ： 机械设计制造及其自动化英语 2 班 学 生 姓 名学 生 姓 名 ： 王柱 指 导 教 师指 导 教 师 ： 王艳颖 （副教授） 评阅人评阅人： 王建维 院院 长长 ： 吴蒙华 DALIAN UNIVERSITY 毕业设计（论文）题目 总计：毕业论文： 30 页 表 格： 3 表 插 图： 16 幅 指导教师： 王艳颖 评 阅 人： 王建维 完成时间： 2017.5.20 I 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、关键词：牛头刨床、液压传动、PLC 控制控制II ABSTRACT shaper 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 great K Key words : shaper ey words : shaper hydraulic hydraulic system Programmable Logic Controllersystem Programmable Logic ControllerI 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1 论文（设计）工作的背景及研究意义 . 1 1.2 国内外发展现状 . 1 1.3 论文的主要工作及章节安排 . 3 2 牛头刨床的机械结构 . 4 2.1 牛头刨床结构组成 . 4 2.2 牛头刨床的传动系统 . 5 2.3 牛头刨床的部分典型零件 . 6 3 牛头刨床液压系统设计 . 10 3.1 液压系统工作原理 . 10 3.2 液压系统中的主要液压元器件 . 11 3.3 主运动回路工作过程 . 12 3.4 此液压系统优缺点分析 . 13 4 机电控制系统设计 . 15 4.1 设计原理 . 15 4.2 电器元件的选择及安装接线图 . 15 4.3 PLC 控制系统设计 . 17 4.4 基于宇龙平台的仿真分析 . 20 5. 总结与展望 . 23 5.1 总结 . 23 5.2 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 . 35 毕业设计（论文）题目 - 1 - 1 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，每毕业设计（论文）题目 - 2 - 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毕业设计（论文）题目 - 3 - 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。 。 毕业设计（论文）题目 - 4 - 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。 毕业设计（论文）题目 - 5 - 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。 毕业设计（论文）题目 - 6 - 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。 毕业设计（论文）题目 - 7 - 图 2-3 牛头刨床床身 图 2-4 牛头刨床底座 毕业设计（论文）题目 - 8 - 图 2-5 牛头刨床法兰盘 图 2-6 牛头刨床活塞 毕业设计（论文）题目 - 9 - 图 2-7 牛头刨床活塞杆 毕业设计（论文）题目 - 10 - 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 4.节流阀 5.操纵阀 6.制动阀 7.调速阀 8.背压阀 9.小操纵阀 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，还毕业设计（论文）题目 - 11 - 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。 毕业设计（论文）题目 - 12 - 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，使液压系统恢毕业设计（论文）题目 - 13 - 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，刨床的滑枕毕业设计（论文）题目 - 14 - 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。 毕业设计（论文）题目 - 15 - 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： 毕业设计（论文）题目 - 16 - 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： 1278.32 78.3226.62.52.5RMMIIIA （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： 330.7 110104.471 380dCdPIAKU （4.2） 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： (0.95 1.05)7.91 8.74RTedIIA （4.3） 故而可选用 NR2-200 型号的热继电器，其电流范围符合要求。 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。 毕业设计（论文）题目 - 17 - 图 4-2 安装接线图 4.3 PLC 控制系统设计 1.PLC 基本概念及特点介绍： PlC 的英文全称是 Programmable Logic 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 年毕业设计（论文）题目 - 18 - 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 KR I0.0 主轴电动机M1 接触器 KM1 Q0.0 总停止按钮 SB1 I0.1 快速移动电机 M2 接触器 KM2 Q0.1 主轴电动机 M1启动按钮 SB2 I0.2 快速移动电机M2 点动按钮 SB3 I0.3 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： 毕业设计（论文）题目 - 19 - 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 毕业设计（论文）题目 - 20 - 表 4-3 指令语句表 LDN LPS LD O ALD A = LPP A = I0.1 I0.2 Q0.0 I0.0 Q0.0 I0.3 Q0.1 5.PLC 安装接线图： 图 4-5 PLC 安装接线图 4.4 基于宇龙平台的仿真分析 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毕业设计（论文）题目 - 21 - 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 毕业设计（论文）题目 - 22 - 图 4-7 PLC 实物仿真图 毕业设计（论文）题目 - 23 - 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！ 毕业设计（论文）题目 - 24 - 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, 2003 05 李建勇. 机电一体化技术M. 北京: 科学出版社, 2004 06 王宪军, 赵存友. 液压传动M. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 200 07 徐灏等. 机械设计手册. 第 5 卷M. 北京: 机械工业出版社, 2000 08 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.2008 11 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.2011 13 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.1998.1:47-52 14 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.AnAnalogInputShaperforStabilityEnhancementofHapticInterfacesandItsApplicationtoEnergy-BoundingAlgorithmJ.IFACProceedingsVolumes,2008,412:. 21M.Baszczyk,P.Dorosz,S.Glab,W.Kucewicz,L.Mik,M.Sapor.MethodofsignaldetectionfromsiliconphotomultipliersusingfullydifferentialChargetoTimeConverterandfastshaperJ.NuclearInst.andMethodsinPhysicsResearch,A,2016,824:. 22OukSubLee,DongHyeokKim,YongHwanHan,YeonChangPark.DynamicdeformationofhottemperaturedegradedPOMandPPusingamodifiedSHPBwithpulseshapertechniqueJ.JournalofMechanicalScienceandTechnology,2008,229: 23Shen-WangLin,Cheng-ShunHan,Jiu-BinTan,ShenDong.MathematicalmodelsformanufacturinganovelgearshapercutterJ.JournalofMechanicalScienceandTechnology,2010,241:. 毕业设计（论文）题目 - 25 - 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。 牛头牛头刨床刨床: 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： 标准型的或普通的牛头刨床， 曲柄式， 齿轮传动的类型， 液压式， 卧式， 推式， 拉式 垂直型和 齿轮加工齿轮刨床 毕业设计（论文）题目 - 26 - 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： 首先将工件安装在工作台上， 在刀架上设置粗切削刀具。 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。 第三， 切削深度和交叉进给设置和粗切削完成。 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. 龙门龙门刨床刨床：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： 双柱型， 单柱式或开式， 边缘盘式 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。 牛头牛头刨床刨床和和龙门刨床的工具头龙门刨床的工具头 传统的工具头传统的工具头：类似安排用于牛头刨床和龙门刨床支持刀具和工件。牛头刨床或龙门刨床的主要部件是鞍，旋转底座，横进给装置、垂直进给装置、摆动刀架、摆动头和刀架。工具头支撑刀柱，其中可安装单点刀具.。摆动刀架和普通刀架由腹板两侧支撑。在某些设计中，达到 60的两边旋转是可能实现的。提供手轮移动工作台。在刀具的前进行程中，工件将被加工，在刀具向后行程时，刀具将处于空转状态.。要做到这一点，刀具安装在称为旋转刀架的装置上。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。 改良工具头改良工具头：在牛头刨床和龙门刨床的刀架上做过类似的改进。改进的工具头的设计和制造用于容纳两个摆动刀架。 一般来说，摆动刀架做的比较小，刨削长度是主要考虑。摆动刀架分别放置在 180相移是合适的位置。 左边的刀具使用硬质合金刀具用于测试。刀具的工作与牛头刨床和龙门刨床的普通刀具相同，向前的行程中进行刨削，回程时刀具空载。在修改后的刀架上，由于两个刀架处于 180相移，在向前行程时会有一个粗切，在回程行程中，将有一个精切。改良后的加工程序在牛头刨床和龙门刨床上是相同的。最细微的设计是在第二刀架的返回过程/5-11 靠背设计/。 机床上的刀架安装装置与原来的系统相匹配.。该安排如图 1 所示 毕业设计（论文）题目 - 27 - 改进范围改进范围：由于牛头刨床和龙门刨床的的工作原理是相同的，关于节能，节省时间和提高生产率的范围内的下列参数将对于两种机床都有好处。 Rams face Modified Tools Tool Post No.2 Tool No.1 Chapper No.2 s Modified Tools Fsce Plate; No.2 能量守恒能量守恒：在前进冲程中，所提供的能量用于加工和克服摩擦.。 在回程中，它仅用于克服运动部件之间的摩擦.。可以尝试减少能源利用的水平的这种差异。第一次粗切后，整个表面将需要再次加工与精加工工具。如果这两个切割过程一个接一个地发生，机器表面所需的能量可能会减少近一半. 生产率的提高生产率的提高：由于加工时间的减少，刀具的安装时间和消除表面光洁度的时间要求，可以实现生产率的显著提高.。 实验结果实验结果 牛头刨床： 牛头刨床， 这在 kum
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