星盆邊緣數(shù)控砂帶磨削的控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)

　　

【正文】 小的有手提式砂帶機(jī)、萬(wàn)能砂帶機(jī)、臺(tái)式砂帶機(jī)；大的有外圓砂帶磨床、平面砂帶磨床、無(wú)心砂帶磨床和內(nèi)圓砂帶磨床等等。 砂帶是砂帶磨削技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和重要標(biāo)志，能否制造高品質(zhì)的砂帶已經(jīng)作為衡量一個(gè)國(guó)家砂帶磨削技術(shù)高低的標(biāo)準(zhǔn)。世界各大砂帶生產(chǎn)廠商都有自己的鋯剛玉磨料和SG磨料的砂帶，而國(guó)內(nèi)這方面還出處于試制和起步階段。 ② 砂帶磨床的現(xiàn)代設(shè)計(jì)及制造技術(shù)研究 將砂帶磨削機(jī)理研究和CAD/CAE/CAT技術(shù)結(jié)合建立砂帶磨削基礎(chǔ)研究的新理論體系、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和判據(jù)，對(duì)磨削過(guò)程的磨粒與工件的相互作用（力、熱等）及工藝參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試、仿真及優(yōu)化；利用有限元方法及測(cè)試技術(shù)對(duì)砂帶磨床及其磨削主軸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)、溫度場(chǎng)、噪音控制等的分析、仿真、測(cè)試及驗(yàn)證，解決高速重載磨削條件下對(duì)砂帶磨削機(jī)床的關(guān)鍵部件、主軸系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題；同時(shí)開展對(duì)砂帶磨床的并行設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、健壯性設(shè)計(jì)、六西格馬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)及PLM技術(shù)集成的開發(fā)與研究工作，提高我國(guó)砂帶磨床的設(shè)計(jì)與制造的品質(zhì)，縮短其進(jìn)入市場(chǎng)的周期。不過(guò)近年國(guó)內(nèi)在高效砂帶磨削方面已經(jīng)獲得較大突破，重慶大學(xué)對(duì)汽車和船用柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿端面、西氣東輸石油管道焊縫、核電高壓容器、高合金熱軋鋼管等方面的強(qiáng)力砂帶磨削研究，研制了多種高效砂帶磨削的成套裝備，解決了多個(gè)涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)的工程技術(shù)難題。不銹鋼的物感性能與普通鋼材也不同，其導(dǎo)熱性差，線壓縮系數(shù)大。星盆具有沖壓成型后存在回彈變形，焊縫的幾何尺寸精度不高，對(duì)打磨后的邊緣的表面要求光滑、平順、一致的特點(diǎn)。砂帶的使用壽命通常設(shè)定為每根砂帶能磨削的工件個(gè)數(shù)。工作原理框圖如圖2所示：圖2 磨床工作原理框圖總結(jié) 本文基于對(duì)星盆邊緣數(shù)控砂帶床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了保持產(chǎn)品的一致性需要不斷增加磨削壓力,每磨削一個(gè)星盆增加一定磨削浮動(dòng)壓力。中高檔星盆的制造工藝通常是將沖壓成型的臺(tái)面和水槽采用電阻焊接的方法組裝在一起，然后打磨焊縫并倒角，最后對(duì)水槽進(jìn)行拋光、清洗并安裝附件。馬氏體不銹鋼在淬火溫度下是純奧氏體組織，冷卻后得到馬氏體組織。我國(guó)對(duì)高效強(qiáng)力砂帶磨削的研究已有多年的歷史, 如重慶大學(xué)在90 年代初中期便進(jìn)行了50—60m/s的高速砂帶磨削工藝實(shí)驗(yàn)，但這些高速高效強(qiáng)力砂帶磨削技術(shù)大多只是實(shí)驗(yàn)而已, 技術(shù)還不夠成熟。另外面對(duì)激烈的國(guó)內(nèi)砂帶市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，作為國(guó)內(nèi)的砂帶生產(chǎn)企業(yè)在不斷自身加大研發(fā)產(chǎn)品力度、提高產(chǎn)品質(zhì)量及積極開拓市場(chǎng)的同時(shí)，還應(yīng)該積極加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)各砂帶制造企業(yè)以及國(guó)外知名砂帶制造廠商的交流合作，主要體現(xiàn)在技術(shù)能力的研究與合作，新產(chǎn)品開發(fā)中技術(shù)的獲取與運(yùn)用，技術(shù)在價(jià)值鏈中的運(yùn)用和技術(shù)營(yíng)銷等幾個(gè)方面。原美國(guó)Norton公司（現(xiàn)已屬于法國(guó)圣哥班集團(tuán)）最近又推出了SG磨料的第二代產(chǎn)品（TG磨料），它保留了SG的特點(diǎn)，在磨料形狀上作了新突破，它有很細(xì)的棒狀晶態(tài)結(jié)構(gòu)，適用于緩進(jìn)給磨削及加工鎳鉻鐵和鈦合金等難加工材料。只有通過(guò)對(duì)磨削機(jī)理和磨削工藝的研究,揭示各種磨削過(guò)程,磨削現(xiàn)象的本質(zhì),找出其變化規(guī)律,才能確定最佳的磨削范圍,獲取最佳的磨削參數(shù)。砂帶磨削設(shè)備形式多樣，品種繁多。現(xiàn)代工業(yè)中的各種大型的、長(zhǎng)徑比很大的軸類工件的外圓和管類工件的內(nèi)圓表面的加工利用砂帶磨削十分方便。其生產(chǎn)率高達(dá)1000m2/h。除了砂輪磨削能加工的材料外，其還可以加工諸如銅、鋁等有色金屬和木材、皮革、塑料等非金屬軟材料。設(shè)計(jì)一臺(tái)砂帶磨頭裝置作為功能部件可以裝在車床上進(jìn)行車后磨削，也可以裝在刨床上使用，同時(shí)還可以設(shè)計(jì)成各種專用的磨床。這使得切除同等重量或體積的材料所消耗的工具和能源費(fèi)用減少，占用時(shí)間短。由于砂帶制作質(zhì)量和砂帶磨床生產(chǎn)水平的提高，砂帶磨削早已跨入精密和超精密加工的行列。此外，砂帶的彈性磨削效應(yīng)能夠大大減輕或吸收磨削時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊。目前已知的砂帶磨削對(duì)鋼材的切除率已達(dá)到700mm3/mm此外，自動(dòng)化在砂帶磨削中的應(yīng)用，尤其是數(shù)控砂帶磨床及自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用使得砂帶磨削的加工精度和效率有了很大的提高，已經(jīng)使得砂帶磨削精度進(jìn)入精密和超精密加工行列。關(guān)鍵詞：砂帶磨削 數(shù)控系統(tǒng) 星盆 砂帶磨削 [1] 國(guó)外的砂帶磨削發(fā)展非常迅速，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，特別是靜電植砂及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展 ，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床技術(shù)上都取得了巨大的成就在砂帶制造技術(shù)方面，產(chǎn)生了如金剛石、立方氯化硼、陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等各種砂帶，類似的砂帶已能用于干磨、高速、大吃刀量等的重磨削領(lǐng)域，及高密零件的磨削加工領(lǐng)域。致 謝通過(guò)幾個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了。因此我選擇了 采用兩套磨削機(jī)構(gòu)，從而提高了磨削效率，減少加工時(shí)間，節(jié)省工件的生產(chǎn)成本。此外根據(jù)系統(tǒng)的控制方案，對(duì)磨床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了選擇，并對(duì)重要的元器件進(jìn)行了計(jì)算、選型。Η————效率，變壓器容量1KVA以下的變壓器容量小,效率較低,一般可取η=,對(duì)于變壓器容量在100VA以下的,η選小值。控制功能：線性V/f控制；平方V/f控制；可編程多點(diǎn)設(shè)定V/f控制磁通電流控制，可以改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性在電源消失或故障時(shí)，具有自動(dòng)再起動(dòng)功能保護(hù)功能：變頻器過(guò)熱保護(hù)；過(guò)電壓保護(hù)；欠電壓保護(hù)；閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)；防止失速保護(hù)。配套帶全屏蔽的電源電纜6FX60025 A0101 0。m2；P————絲杠螺距，mm；M————工件及工作臺(tái)質(zhì)量，kg；圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（齒輪、聯(lián)軸節(jié)、絲杠、軸）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 所以： 加速度計(jì)算電機(jī)力矩計(jì)算T=因此，由上表可知選取1FK70605AF711。由控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)可知，進(jìn)給軸采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠副。 所以：考慮砂帶磨損因素，則式中 t————磨削時(shí)間，s，取1s； Zs————不同磨粒和磨削參數(shù)，（1/s）所以：[6]則磨削功率主軸電機(jī)的功率主軸電機(jī)選用6FPVF系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)。（21） C（SB14）：使磨頭沿C軸負(fù)向轉(zhuǎn)動(dòng)。（14） 復(fù)位（SB3）：系統(tǒng)功能復(fù)位。（7） 停止（SB2）：暫停數(shù)控程序的運(yùn)行，可以按“啟動(dòng)”鍵繼續(xù)運(yùn)行程序。 通過(guò)以上分析。磨頭浮動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)比例閥調(diào)節(jié)氣缸壓力來(lái)改變氣缸活塞桿的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)磨頭機(jī)構(gòu)中接觸輪的位置，從而實(shí)現(xiàn)改變磨削背吃刀量以達(dá)到跟隨星盆邊緣焊縫磨削誤差的目的。磁性開關(guān)6分別用于判斷氣缸是否退到位，即判斷接觸輪是否收回。 磁性開關(guān)氣缸

1－動(dòng)作指示燈
2－保護(hù)電路
3－開關(guān)外殼
4－導(dǎo)線
5－活塞
6－磁環(huán)
7－缸筒
8－舌簧開關(guān) 磁性開關(guān)氣缸的結(jié)構(gòu) （2） 氣缸的選型計(jì)算F=n*P*S，公式中F是所需要的輸出力，P是系統(tǒng)壓力取5 bar ，S是活塞面積 ，n是安全系數(shù)。磁性開關(guān)氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝磁性開關(guān)，磁性開關(guān)用來(lái)檢測(cè)氣缸行程的位置。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的一端聯(lián)接在抬刀氣缸的活塞桿上。該砂帶張緊機(jī)構(gòu)通過(guò)手動(dòng)控制即可，以免人為加大控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。粗磨頭與精磨頭在各自對(duì)應(yīng)抬刀氣缸的作用下可分別實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀，從而在同一磨床上不用更換砂帶便完成粗磨和精磨工藝。因此，星盆邊緣的數(shù)控砂帶磨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)需要三軸聯(lián)動(dòng)（）， 磨床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)示意圖 星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的磨床上，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)磨頭只能在某一個(gè)平面上工作，工件在工作臺(tái)上的Y軸方向運(yùn)動(dòng)空間非常有限，磨頭部分不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在加工某些復(fù)雜工件或帶曲面工件(如星盆矩形腔體倒邊的粗精磨削和拋光)時(shí)，存在一定的困難，加工不方便，生產(chǎn)效率低。每根砂帶能磨削的工件個(gè)數(shù)通過(guò)使用不同粒度的砂帶實(shí)現(xiàn)粗加工及精加工，粗磨采用40號(hào)砂帶，精磨采用100號(hào)砂帶[3][4]。針對(duì)星盆的特點(diǎn)，如果按照理論尺寸磨削，勢(shì)必造成表面質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出了一種新型的星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床，并對(duì)此磨床進(jìn)行了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。作為構(gòu)成砂帶三要素的基體、磨料、粘結(jié)劑以及由此導(dǎo)致影響磨削性能的十種要素，結(jié)合近年來(lái)像高分子新材料、新技術(shù)、新工藝在涂附磨具中的廣泛應(yīng)用，我國(guó)的廣大砂帶生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)應(yīng)該在如下五個(gè)方面加大研究和開發(fā)力度，爭(zhēng)取獲得有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高品質(zhì)砂帶：①新型基體的應(yīng)用和開發(fā)；② 合成漿料的應(yīng)用和開發(fā)；③ 粘結(jié)劑的應(yīng)用與開發(fā)；④ 磨料的應(yīng)用與開發(fā)；⑤ 砂帶表面涂層的應(yīng)用與開發(fā)[1]。在磨床結(jié)構(gòu)方面,從單一磨頭向大型、組合（多磨頭、多功能、多工位）形式發(fā)展。在砂帶制造技術(shù)方面，隨著許多特殊的涂附磨料及涂附形式的出現(xiàn)，產(chǎn)生了如金剛石、立方氯化硼（CBN）、鋯剛玉、陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等各類砂帶，使得砂帶已經(jīng)能用于干磨、高速，大吃刀量等的重磨削領(lǐng)域，及高精密零件的磨削加工領(lǐng)域。 編號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 星盆邊緣數(shù)控砂帶磨削的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄摘 要 IAbstract Ⅱ1 緒論 1 砂帶磨削技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì) 1 砂帶磨削的關(guān)鍵技術(shù) 2 不銹鋼的砂帶磨削 2 課題研究?jī)?nèi)容 32 星盆邊緣的數(shù)控砂帶磨床 4 星盆邊緣的加工工藝及運(yùn)動(dòng)分析 4 星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 73 星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 氣動(dòng)系統(tǒng)的組成 8 氣動(dòng)系統(tǒng)元器件的計(jì)算及選型 10 本章小結(jié) 154 星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 16 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 23 本章小結(jié) 39結(jié) 論 40致 謝 41參考文獻(xiàn) 42文獻(xiàn)綜述 43摘 要通過(guò)對(duì)星盆邊緣的加工工藝及運(yùn)動(dòng)的分析，對(duì)星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床的結(jié)構(gòu)的了解，進(jìn)而對(duì)星盆邊緣數(shù)控砂帶磨床的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 砂帶磨削技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外的砂帶磨削發(fā)展非常迅速，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，特別是靜電植砂及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床技術(shù)上都取得了巨大的成就。砂帶磨削總的趨勢(shì)正向著強(qiáng)力、高速、高效和精密方向發(fā)展。砂帶是砂帶磨削技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和重要標(biāo)志，能否制造高品質(zhì)的砂帶已經(jīng)作為衡量一個(gè)國(guó)家砂帶磨削技術(shù)高低的標(biāo)準(zhǔn)。然而，針對(duì)星盆邊緣數(shù)控砂帶磨削工藝，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的磨床上，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)磨頭只能在某一個(gè)平面上工作，工件在工作臺(tái)上的Y軸方向運(yùn)動(dòng)空間非常有限，磨頭部分不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在星盆矩形腔體倒邊的粗精磨削和拋光時(shí)，存在一定的困難，加工不方便，生產(chǎn)效率低。星盆具有沖壓成型后存在回彈變形，焊縫的幾何尺寸精度不高，對(duì)打磨后的邊緣的表面要求光滑、平順、一致的特點(diǎn)。砂帶的使用壽命通常設(shè)定為每根砂帶能磨削的工件個(gè)數(shù)。當(dāng)磨削邊改變的時(shí)候，主軸還需要做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該進(jìn)刀機(jī)構(gòu)通過(guò)比例閥調(diào)節(jié)氣缸活塞桿的位置，又扮演磨頭浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的角色。1 砂帶張緊機(jī)構(gòu)磨頭機(jī)構(gòu)的張緊輪通過(guò)力臂與張緊氣缸活塞桿相聯(lián)。該進(jìn)刀機(jī)構(gòu)為四連桿結(jié)構(gòu)，接觸輪安裝在該進(jìn)刀機(jī)構(gòu)上。1 氣缸（1）氣缸的結(jié)構(gòu)這兩部分的氣缸都采用磁性開關(guān)氣缸。由于開關(guān)的接通或斷開，使電磁閥得電狀態(tài)改變，從而實(shí)現(xiàn)使氣缸做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)磨頭浮動(dòng)及進(jìn)刀機(jī)構(gòu)用氣缸有兩個(gè)磁性開關(guān)，磁性開關(guān)5分別用于判斷氣缸是否進(jìn)到位，即判斷接觸輪是否進(jìn)刀到位。吸塵系統(tǒng)通過(guò)單作用氣缸活塞桿的伸縮控制吸塵器的吸塵管進(jìn)退。2 整個(gè)系統(tǒng)的控制過(guò)程根據(jù)星盆邊緣的加工工藝及運(yùn)動(dòng)分析，設(shè)計(jì)該磨床控制系統(tǒng)的整個(gè)控制過(guò)程如下（其中“I”表示PLC的輸入，“O”表示PLC的輸出）：（1） 程序開始（2） 判斷人是否處于安全位置用安全光柵檢測(cè)，并將信號(hào)輸 入PLC（I*1）；（3） 檢測(cè)接觸輪和吸塵管是否收回利用氣缸附帶的磁性開關(guān)檢測(cè)（I *3*2個(gè)）；（4） 檢測(cè)砂帶是否張緊用手感知；（5） 移動(dòng)工作臺(tái)至磨削起點(diǎn)啟動(dòng)X、Y軸伺服電機(jī)，PLC程序控制（O*2）；（6） 檢測(cè)是否移動(dòng)到位、是否超越極限位置利用行程開關(guān)檢測(cè)X、Y的位置（I*4）；（7） 開啟磨頭電機(jī)粗磨/精磨(I*1個(gè))，主軸起/停(I*1個(gè))，變頻器（O*2個(gè)）；（8） 壓下吸塵管啟動(dòng)吸塵系統(tǒng)電機(jī)（程序控制或者吸塵器進(jìn)/退，I*1個(gè)），電磁閥動(dòng)作（O*1*2個(gè)），控制氣缸進(jìn)氣；（9） 壓下接觸輪電磁閥動(dòng)作（O*1*2個(gè)），進(jìn)刀氣缸無(wú)桿腔進(jìn)氣，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)進(jìn)刀，磨削開始，X、Y、C 三軸聯(lián)動(dòng)，C軸電機(jī)（O*1）；（10） 反饋磨削壓力并調(diào)整壓力（磨頭浮動(dòng)機(jī)構(gòu)）電磁閥動(dòng)作；（11） 計(jì)數(shù)，磨削星盆的個(gè)數(shù)利用數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)數(shù)功能；（12） 磨削是否完成程序判斷；（13） 抬起接觸輪和吸塵管兩電磁閥動(dòng)作，進(jìn)而氣缸執(zhí)行動(dòng)作；（14） 檢測(cè)接觸輪和吸塵管是否收回； （15） 移動(dòng)工作臺(tái)至取件位置；（16） 停止磨頭電機(jī)停止按鈕（I*1個(gè)）；（17） 程序結(jié)束。（6） 啟動(dòng)（SB1）：運(yùn)行數(shù)控程序（數(shù)控系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)有效）。（13） 換砂帶（SB9）：更換砂帶。（20） Y+（SB13）：使工作臺(tái)沿Y軸正向移動(dòng)。1　 粗磨電機(jī)切入式砂帶磨削的切向力Fto[6]其中： Us————比磨削能，kg/mm2,不銹鋼取1300kg/mm2，1300kg/mm2=12740N/mm2； vW————工件速度，mm/s，取100mm/s； Vs————砂帶速度，m/s，取25m/s=25000mm/s； ap————實(shí)際（有效）磨削深度，mm，； B————砂帶寬度，mm，取10mm。具有很高的負(fù)載特性。m2；J2————齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg由上表可以看出，1FK70605AF711電機(jī)所對(duì)應(yīng)變頻器的額定電流為5A，故我選用功率模塊6SN11 231AB000AA1（額定電流