plc内圆磨床的改造设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

plc内圆磨床的改造设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

........................................................................................................................................... 25 M2120 内圆磨床的改造设计 1 1 绪论 本课题的研究内容 和 意义 磨削技术及磨床技术在机械制造行业占有极其重要的位置，磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。 随着高精度、 高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。 国内外的发展概况 由于内圆磨床应用十分广泛，近年来，磨削技术得到了飞速发展，各种磨削新技术、新工艺和新成品层出不穷。 国际上有不少著名制造商，如日本的 OKAMMOTO、 MITSUI三井，德国的 BLOHM、 ELB、 ABA，瑞士的 MAGERLE，意大利的 FAVRATO 等。 在发展数控内圆磨床生产数量的同时，还要努力提高数控磨床的质量和精度。 由于 CBN 砂轮的使用，强力磨削突破传统磨削的限制，生产倍率成倍提高 ，目前磨削线速度已高达120m/s，大吃深缓进给的强力磨削也得到了广泛应用。 现代高精度磨削技术的发展，磨削尺寸精度达到 ～ ，表面粗糙度达到 ～ ，磨削表面变质层的残留应力均很小，明显提高了加工零件的质量。 数控是内圆磨床发展的重要方面。 在相当长的时期里，国外磨床的数控化率远远低于车床和铣床。 在近十年来，由于数控技术的发展，适用于磨床的数控系统也有了较大发展，数控系统的性价比大大提高。 目前国内高速磨削应用面不广，磨削速度一般不超过 60m/s，与国外相差较大，磨削效率也相对较差，大吃深 缓进给的强力磨削方法在我国生产中应用不多。 随着我国机械制造业迅猛发展，国内对数控机床的要求也越来越高，自主研发了高精度机床，在控制技术方面与国外差距还很大，主要采用 PLC 控制为主。 国内各机床厂和机床研究所对数控磨床及磨削技术的发展投入很大，取得了一些初步进展，如 CIMT 展出的上海机床厂的 MKY787云南 MIGHTY 公司的SGS618II、威海机床厂的 MJ7116 等。 本课题应 达到的要求 本次设计主要针对数控磨床做部分改造，以适应加工产品时，可以简单加工、精确定位、保证尺寸、提高加工效率、减轻工人劳动强度。 此次改造对机床的导轨和驱动等进给部件做一定修改，以适应生产中精度和效率。 需要采用伺服电机做驱动元件实现自动控制，把原来滑动丝杠螺母副，把回转运动转变为直线运动，并且采用滚动导轨，以提高精度。 岳 阳 职 业 技 术 学 院 2 2 总设计方案 主要规格与参数 1. 磨孔直径 50～ 200mm 2. 磨孔最大深度 当磨孔直径 50～ 80mm 120mm 80～ 160mm 160～ 200mm 3. 工件最大旋径 在罩内 400mm 在罩外 120mm 4．工作台最大行程 600mm 5． 床头箱最大回转角度 30176。 6. 床头箱主轴中心至床身底面距离 1200mm 200mm （无级调整） 低速 120～ 320r/min 高速 220～ 650r/min 修整速度 ～ 1m/min 磨削速度 ～ 6m/min 最高速度 7m/min 轮进给 刻度盘刻度 每格 ； ； 每转 ； 10； 100三种 与装配图参数一致 110000， 8000， 6000， 4800， 4000r/min 25L/min 功率 功率 4KW 功率 型号： HCSF152(B) 功率比例： 额定转速： 2650r/min 额定转矩： m 进给速度： 12m/min 3相 380V 50HZ（ 或 60HZ） 3100*1464*1470mm 3350Kg M2120 内圆磨床的改造设计 3 总设计方案分析与选定 设计改造机床时应力求达到重量轻、体积小。 质量好、效率高、成本低使用维修方便。 要达到上述要求，设计人员应考虑机床的技术、经济指标，如加工范围。 加工精度、粗糙度、生产率、工艺性、成本，采用新技术和“三化”程度等。 各项技术、经济指标之间的相互联系和相互影响的，因此在设计时必须全面的加以考虑，根据具体要求确定若干指标为重点 ，处理好相互之间的关系。 设计改造机床，除了考虑上述各项指标外，机床的“三化”是不容忽视的问题。 机床为了加工不同形状的和技术要求的工件的需求，因此品种很多，类型不一，但不论设计哪一类机床，归纳起来大致有一个基本相似的步骤。 （ 1） 工件的工艺分析：设计机床前，首先对工件进行必要的分析，了解工件的尺寸、材料、技术要求、批量，确定加工方法、余量、定位基准、装夹方法等。 （ 2）调查研究：通过三个途径（访问用户和承制单位，参阅技术资料）的调查研究和分析，为拟定初步设计方案打下基础。 访问使用单位，主要了解操作人员对机床的要求，现有的工件加工方法，同类机床的使用情况和存在问题，使用单位的自然条件、设备条件、生产经验等。 访问承制单位，主要了解制造部分的设备条件、技术能力及原有生产经验。 参阅有关技术材料，包括国内外有关技术文献，同类机床的技术蓝图及总结。 （ 3）工作图设计：包括确定机床的布局，技术参数和工作循环等，绘制机械部件装配图，零件图，编制设计说明书，标准件、外购件。 通用件明细表等。 （ 4）现场服务：参加制造、装配、试磨和鉴定总结工作，进一步修改图纸，上述设计过程的各项工 作，是不可分割的，是相互穿插同时进行的。 图 磨架总图 岳 阳 职 业 技 术 学 院 4 一 .进给部件驱动方式的选择 A 液压驱动 液压进给驱动系统定位由一下几部分组成：机械部分、位置检测部分件、液压传动部分件和 PLC，如图 A所示。 其中 PLC控制系统是整个驱动系统的核心。 PLC依据自身程序及行程开关控制液压系统油路走向及液压缸的运动来驱动进给。 图 液压驱动方式 液压驱动方式传动功率大，低速、平稳，有过载保护能力，传动布置灵活，但是进给精度不高，效率相对较低。 B 机械传动 机械传动通过齿轮传动（如图 B）将转速通过丝杠、螺母转换成直线运动，一般需求较高的制造精度和安装精度。 图 机械传动方式 齿轮传动传动比精确，结构紧凑，工作可靠，使用寿命长，但是加工、安装、调整的精度要求高，否则会严重影响加工精度。 M2120 内圆磨床的改造设计 5 C 伺服电机驱动 伺服进给系统组成（如图 C） 图 伺服驱动方式 进给伺服系统的要求： 1稳定性； 2精度高； 3快速响应性； 4调速范围大； 5低速大转矩输出 进给伺服系统的性能主要取决于组成系统的机电两部分的匹配，即机电参数配合的 协调性。 进给伺服系统的控制方式分为：开环控制，半闭环控制，闭环控制。 （ 1）开环控制 图 开环控制方式 开环控制系统图如图 （ 1） 1） 工作台位移量的控制：数控装置发出进给脉冲，经驱动电路放大，驱动电路，步进电动机收到伺服驱动电路的脉冲信号，开始运转，转换为步进电动机的角位移量，再经过减速齿轮、滚珠丝杠螺母、螺母移通过机械部件将转动转换为工作台直线运动位移量。 2） 工作台进给速度的控制：进给脉冲频率经驱动后，就转化为步进电动机定子绕组中电流的通断电变化的频率进而决定了步进电动机的转速，步进电动 机的转速再经过减速齿轮、滚珠丝杠螺母体现为工作台的进给速度。 3） 改变步进电动机输入脉冲信号的的循环顺序，即可改变步进电动机定子绕组的电流通断循环的顺序，从而实现电动机正反转，相应工作台的运动方向也会改变。 在管理中采用开环控制具有作用时间点、控制成本低等优点，在外界干扰较小的情况下，有一定的控制作用。 但是这种控制无反馈机制，无法发现和纠正计划和实施中与预定目标的偏差，缺乏抗干扰能力，不能进行误差修正。 在控制 X、 Z 轴的进给运动时，没有位置检测元件、速度检测元件，无法给予进给运动位置修正，控制精度不高，影 响系统工作精度，从而影响到工件的磨削精岳 阳 职 业 技 术 学 院 6 度。 （ 2） 半闭环控制 图 半闭环驱动方式 半闭环控制系统图如图（ 2）所示，半闭环系统与开环系统不同，它所采用的是伺服电机，伺服电机 半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到 数控装置 的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行 控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。 由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内，所以传动丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，由于半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好，目前应用比较广泛。 半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多中小型数控机床所采用。 （ 3） 闭环控制 图 闭环驱动方式 闭环控制是一种 自动控制系统，其中包括功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。 数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路 时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。 装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，后反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。 若两者存在差值，经放大器后放大，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。 在理论上，如果不考虑外部因素，全闭环控制比半闭环控制可能会提高基础的定位精M2120 内圆磨床的改造设计 7 度。 但如果不能很好的解决机床发热、环境污染、温升、振动、安装等因素，会出现全 闭环不如半闭环的现象。 短时间内可能会有效果，但时间一长，灰尘、温度变化对光栅尺的影响，将严重影响测量反馈数据，从而失去作用。 同时光栅尺出现问题后，会产生报警，造成机床不能工作。 综上所述 ：本次设计中采用了半闭环控制进给驱动。 二 .丝杠的的选择 滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。 它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。 由于具有很小的摩 擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 本次设计采用滚珠丝杠。 三 .导轨的选择 滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。 相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点： 1）定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的 1/50。 由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少 90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。 2） 降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低 90%，具有大幅度节能的效果。 3） 可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率 20～ 30%。 4) 可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的。