B690型牛頭刨床的液壓及控制系統設計含10張CAD圖
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一、選題依據
1、研究領域
機電控制、機械設計、液壓傳動
2、論文(設計)工作的理論意義和應用價值
牛頭刨床是普通用途的刨削機床,利用往復運動的刀具切割已固定在工作臺上的工件,機床的主要參數是最大刨削長度,主要用于單件小批量生產中刨削中小型工件的平面、成型面和溝槽。牛頭刨床運動過程中主要涉及兩大系統,分別是傳動系統和控制系統。傳動系統有純機械式和液壓式兩種兩種傳動方式,中小型牛頭刨床一般采用機械傳動(曲柄搖桿機構)例如 B665 等型號,這種牛頭刨的主要特點是滑枕的移動速度不均勻,以及速度變級受限等諸多問題;大型牛頭刨床多采用的是液壓傳動方式, 例如 B690 型液壓牛頭刨床,與傳統的機械式傳動相比,液壓傳動有很大的進步,我們用液壓操縱箱機構代替了滑桿搖塊機構,保證了滑枕的移動基本是勻速運動,用現代無級變速的液壓技術取代了有限速度變級的機械傳動,大大的擴寬了調速范圍。所以在傳動系統方面,有很大的進步。
而另一部分為控制系統,無疑也是十分重要的。刨床如果控制和使用得當,不僅能提高效率、節(jié)約成本,還能延長產品的使用壽命。而傳動部分相對來說較為穩(wěn)定,所以機床能否運行在最佳狀態(tài)即取決于電氣控制系統的控制方式。而此次采取的 PLC 控制,能夠實現開關邏輯控制和變頻電動機的轉速控制,在很大程度上可以提高刨床的效率和加工精度,加強刨床的可靠性和穩(wěn)定性。同時 PLC 具有可靠性高、功耗低、維修方便成本低等諸多優(yōu)勢,從而可以達到減少投資、降低功耗等目的。
牛頭刨床的應用十分廣泛,一般行業(yè)包括模具行業(yè)、汽車行業(yè),高精尖行業(yè)包括航空航天、軍事裝備等方面。由于我國經濟的快速發(fā)展,也使牛頭刨床等機床持續(xù)有較大的需求,同時我國政府提出了 2025 計劃,這也說明在宏觀政策下,牛頭刨床以及整個機床行業(yè)都是大有可為的,雖然我們在向數字化智能化邁進,但在現階段以及相當長的一段時間內,普通機床例如牛頭刨床等仍然會發(fā)揮巨大作用。所以對牛頭刨床進行深入研究并掌握相關的知識是十分有必要的,所以這個課題也是十分有意義的。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在第一次工業(yè)革命時期,牛頭刨床被發(fā)明于英國,在這個時期,還發(fā)明了許多其他形式的機床。機床的發(fā)明,解放了勞動力,改善了我們的生活水平,在提高生活質
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量的同時,又促進了社會的進步。
從目前世界上牛頭刨床的擁有量上看,德國是使用牛頭刨床最多的國家,美國的牛頭刨床擁有量也很多,德國的牛頭刨床首先從外形上來看,整個機床造型墩實厚重, 每個零部件都不會偷工減料,產品精益求精。比如刨削長度是 1 米的機床重量可以達
到 5 噸多,牛頭刨床的穩(wěn)定性很好,精度相應也很高。另一個方面是德系牛頭刨床工
作效率很高,滑枕速度很快,可以達到國內同等質量水平的一點 5 倍以上,電機功率也很大,效率高、干起活來很快,能源耗費反而很少。
史上最大的牛頭刨床產自俄羅斯,它的刨削長度達到 1.8 米,比國內生產的最大
牛頭刨床多出 30 公分(目前我國最大型號是來自沈陽的 1.5 米的。如果超過 1.5 米
就很難生產,對機床的各個零件的性能要求也比較高)機床總重量達到 8 噸,屬于重型設備。據了解它主要應用于船舶螺旋槳的加工和刨削,以及大型設備的加工。精度也非常高,目前只在北京和上海有現貨和的樣品。一個機床的最大型號能否進行突破和向上發(fā)展,代表了一個國家的綜合實力,此次俄羅斯試生產成功表明了他的重工業(yè)實力非凡。
而我國是在這方面屬于新興國家,牛頭刨床擁有量僅次于德國和美國,位于世界第三位,但是中國自改革開放以來,一直保持高速的發(fā)展,相信在不久的將來,憑著中國的高速發(fā)展和世界對于中國這個世界工廠的需求,中國將成為世界上牛頭刨床擁有量最多的國家。但縱觀我國牛頭刨床,都只是簡單的技術改造,技術水平還停留在比較初級的階段,與國外差距很遠,它能進行一些精度不高的加工。我國目前已經擁有了機械牛頭刨床,液壓牛頭刨床,數控牛頭刨床,還有正在研究的雙向牛頭刨床。但是每一種型號都不是全面的全能的,各有優(yōu)點和缺點,每一種機床都需要進行改進突破和創(chuàng)新。國外機床很多領域都占據主導地位,中國制造都是中低端產品。開發(fā)具有自主知識產權的中國制造,已成為全社會的共識??渴召彶豢尚?,因為高科技是人家的核心機密,是國外經濟命脈,國外不可能會輕易把技術傳給你,,所以我們只有一條路可走,那就是自己研發(fā),這種境況已經迫在眉睫,很多低效率的機床所生產出來的產品,質量很差。比如說汽車,國產車經常出問題,磨損大,耗油高,性能不好, 就是因為生產汽車零部件的機床精度不夠造成。這個方面的例子比比皆是,從各個方面都能夠反映出來,甚至是 1 顆小小的螺絲釘都能夠反映出這個國家整體質量水平如何,所以我們要切切實實的提高機床的質量,牛頭刨床廠家要切切實實的提高牛頭刨床的質量。目前我國正在處于工業(yè)化國家中期發(fā)展階段,很多行業(yè)需要進一步的鞏固,
現在正處于關鍵發(fā)展階段,在這一期間,我們可以向一些支柱性工業(yè),比如數控車床行業(yè),再比如牛頭刨床行業(yè),這些中小機床滿足了我國機床工程量 72%以上的項目, 從發(fā)達國家的發(fā)展歷史經驗來看,這一階段期間最主要的特點就是制造業(yè)設備更新發(fā)展速度明顯很快,而且其設備改造加速,企業(yè)設備更新改造投資占固定資產投資的比將要逐步提高。在一些歐美發(fā)達國家,他們國家的機床行業(yè)相當發(fā)達,許多中小機床, 數控機床的應用相當普遍。但是在我國機床人均占有量很低,特別是高端設備方面人均擁有量更少,這就是我們國家與發(fā)達國家的差距之所在,從這一點上來說在很長一段時間內我國的機床行業(yè)還有很大的發(fā)展空間,無論是在牛頭刨床上還是在高端設備數控機床方面都需要一個量的增長和質量的增長。
雖說中國現階段市場上最主要的還是機械式和液壓式牛頭刨床,但對于日后的發(fā)展而言,數控機床,大型加工中心才是日后發(fā)展的方向。德國在 2013 年漢諾威工業(yè)
博覽會上提出了工業(yè) 4.0 的概念,表示人類將迎來以信息物理融合系統(CPS)為基礎,以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命,這也能體現出未來機床行業(yè)的發(fā)展大趨勢。同時,李克強總理也在 2015 年國務院發(fā)布的文件中
正式提出中國制造 2025 的發(fā)展戰(zhàn)略,其中第二條是推進信息化與工業(yè)化深度融合, 第六條也將發(fā)展高檔數控機床列入了十大重點領域。這無不體現出機床行業(yè)要向高精、高細、高速、柔性、智能等方向發(fā)展。但在現階段以及相當長的一段時間內,普通機床例如牛頭刨床等仍然會發(fā)揮巨大作用。
二、論文(設計)研究的內容
1.重點解決的問題
B690 型液壓牛頭刨床機械結構設計、計算以及圖紙繪制,液壓系統設計,控制系統編程、調試及仿真。
2.擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設計思路)
(1) B690 型牛頭刨床的機械結構設計;
(2) B690 型牛頭刨床的液壓系統設計;
(3)控制系統程序的調控與運行;
(4)基于宇龍機電仿真軟件,對控制系統進行仿真分析。
3.本論文(設計)預期取得的成果
(1)弄清刨床機械結構,順利完成圖紙繪制,完成數據計算并分析
(2)完成液壓系統設計與分析,明確其優(yōu)缺點;
(3)完成機電系統設計
(4)基于宇龍的程序的編制和調試;
(5)相關外文資料的翻譯;
(6)1.0 萬字以上的設計說明書。
三、論文(設計)工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術路線或設計參數)
(1)依靠資料及所學知識對機械系統進行合理的設計;
B690 型液壓牛頭刨床技術規(guī)格如下: 產品型號:B690 液壓牛頭刨床
最大刨削長度:900mm 滑枕行程:150mm
工作臺最大橫向行程:750mm 工作臺最大垂直行程:320mm
滑枕底面到工作臺最大距離:400mm 刀具最大回轉角度: 正負 60 度
刀架最大垂直行程: 200mm
刨刀最大尺寸(寬*高):30*45mm
滑枕每次往復行程工作臺橫向進給范圍:0.25-5mm 滑枕最大工作力:28KN
滑枕無級變速范圍: 3-37m/min 工作臺工作面尺寸:900*450mm 工作臺最大承載質量:300kg
(2)對控制系統進行選型、編程及調試。
(3)對液壓系統進行分析
2.論文(設計)進度計劃
(1)查閱并收集相關資料,了解國內外情況,掌握與該題目相關的理論和知識, 翻譯一篇外文獻,根據老師下達的設計任務書寫出開題報告;(第一周~第三周)
(2)完成開題報告答辯工作;(第四周)
(3)明確 B690 型液壓牛頭刨床的結構及工作原理,具體工作過程等;(第五周)
(4)根據整體設計完成 B690 型液壓牛頭刨床機電控制部分設計和選型,熟練應用宇龍軟件;(第六周~第八周)
(5)基于宇龍完成以上相關程序的編制和調試;(第九周)
(6)進行 B690 型液壓牛頭刨床的總體設計、機構選型、圖紙繪制及相關設計分析;(第十周~第十二周)
(7)擬定論文提綱,撰寫論文初稿;(第十三周)
(8)總體設計和功能設計的最終完成,相應工作的完善,修改論文并定稿,同時寫出中英文摘要;(第十四周~第十五周)
(9)總結論文,準備答辯。(第十六周)
四、需要閱讀的參考文獻
[01]余雷聲. 電氣控制與 PLC 應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.
[02] 萬太福,唐賢永. 可編程序控制器及其應用[M].重慶:重慶大學出版社,2000.
[03]大連組合機床研究所. 組合機床設計[M]北京:機械工業(yè)出版社,1975.
[04] 王田苗, 丑武勝. 機電控制基礎理論及應用[M]. 北京: 清華大學出版社, 2003
[05] 李建勇. 機電一體化技術[M]. 北京: 科學出版社, 2004
[06] 王憲軍, 趙存友. 液壓傳動[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 200
[07] 徐灝等. 機械設計手冊. 第 5 卷[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000
[08] 王振臣.齊占慶.機床電氣控制技術[M].機械工業(yè)出版社,2007.
[09] 王艷穎.劉安生.機電綜合實驗指導書[M].大連大學機械工程學院,2012.
[10] SIMATIC.S7-200 可編程控制器系統手冊[M]SIEMENS.2008
[11] SIMATIC.S7-200 SMART 可編程控制器產品樣本[M].2011
[12]趙嵬.湯嘉力.郎文林.西門子 S7-200/300 系列 PLC 入門[M].電子工業(yè)出版社.2011
[13]陳為國.B690 型液壓牛頭刨床液壓系統分析[J]南昌航空學院院報.1998.1:47-52
[14]王鳳蘭,沙玉章.雙向刨削牛頭刨床的機構創(chuàng)新設計[J].機械設計,2007,11:48-50.
[15]李琴.牛頭刨床的建模與動力學仿真[J].煤礦機械,2011,02:51-53.
[16]李書平,朱揆慶,蔡昶.牛頭刨床雙向刨削機構創(chuàng)新設計及改造[J].煤礦機械,2008,12:152-154.
[17]馬金河,王芊.牛頭刨床的數控改造[J].機械制造與自動化,2005,06:89-90.
[18]高飛.牛頭刨床的多目標優(yōu)化設計[J].遼寧高職學報,2012,10:71-73.
[19]孟兆明,常德功.按機構壓力角大小最優(yōu)設計牛頭刨床[J].機械設計與制造,2000,01:45-46. [20]Yo-AnLim,Jong-PhilKim,JooHongYoon,JehaRyu.AnAnalogInputShaperforStabilityE nhancementofHapticInterfacesandItsApplicationtoEnergy-BoundingAlgorithm[J].IFACPr oceedingsVolumes,2008,412:. [21]M.Baszczyk,P.Dorosz,S.Glab,W.Kucewicz,L.Mik,M.Sapor.Methodofsignaldetectionfr omsiliconphotomultipliersusingfullydifferentialChargetoTimeConverterandfastshaper[J].N
uclearInst.andMethodsinPhysicsResearch,A,2016,824:. [22]OukSubLee,DongHyeokKim,YongHwanHan,YeonChangPark.Dynamicdeformationof hottemperaturedegradedPOMandPPusingamodifiedSHPBwithpulseshapertechnique[J].Jou rnalofMechanicalScienceandTechnology,2008,229:
[23]Shen-WangLin,Cheng-ShunHan,Jiu-BinTan,ShenDong.Mathematicalmodelsformanuf acturinganovelgearshapercutter[J].JournalofMechanicalScienceandTechnology,2010,241:.
附:文獻綜述
文獻綜述
本次設計題目我選擇的是 B690 型液壓牛頭刨床結構及控制系統設計。通過前一階段對機械設計,機電一體化及機電控制技術課程的學習,我已經掌握和具備了一定的結構分析、電氣控制技術等相關的知識和能力,完成此次設計可以使我掌握針對實際將設計與家電一體化結合起來,培養(yǎng)自己設計機電綜合系統硬件部分的能力。
牛頭刨床是工程中應用最多的機械之一,近年來我國設計制造的許多牛頭刨床新品,無論是在外觀和剛性或是在操作方便程度和加工性能等方面都已經達到了比較先進的水平,雖然與國際先進水平還是有差距,但是相信隨著政府對制造業(yè)的重視,機床行業(yè)還是會有一個較好的發(fā)展。
本次的設計題目主要設計到了機械設計、液壓傳動、PLC 控制等相關領域,在后邊的敘述中,會針對本次設計的機床機械部分的設計(包括結構、運行情況等)、機床傳動系統的選擇及優(yōu)缺點、機電控制系統 PLC 的選型及設計思路逐一進行說明,并進行總結。相信通過這次的工作過程,能夠進一步幫助自己理清思路,為后期正式開始的設計打下一個堅實的基礎。
刨床是伴隨著蒸汽機一起產生的,由于蒸汽機閥座平面加工的需要,技術人員開始了這方面的研究,從 1814 年開始的數十年間,刨床有了快速的發(fā)展,1839 年第一次有了帶送刀裝置的刨床,在刨床發(fā)展上具有重大的意義。此后由于刀具的改進以及電動機的出現,刨床一方面朝著高速切割、高精度的方向發(fā)展,另一方面也朝著大型化發(fā)展。在現在的機床行業(yè),高速、精密、復合、智能和綠色是數控技術現在的總體趨勢,并取得了很大的成績:比如復合上,銑-車復合、成形復合加工、特種復合加工。數控機床的智能化技術有新的突破,在數控系統的性能上得到了較多體現。如: 自動調整干涉防碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用化階段,智能化提升了機床的功能和品質。機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用,使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始應用。精密加工技術有了新進展數控金切機床的加工精度已從原來的絲級(0.01mm)提升到微米級(0.001mm),有些品種已達到 0.05μm 左右。超精密數控機床的微細切削和磨削加工,精度可穩(wěn)定達到 0.05μm 左右,形狀精度可達 0.01μm 左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級(0.001μm)。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術,提高機床加工的幾何精度,降低形位誤差、表面粗糙度等,從而進入亞微米、納米級超精加工時代。功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展,并取得成熟的應用。全數字交流伺服電機和驅動裝置,高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機,高性能的直線滾動組件,高精度主軸單元等功能部件推廣應用, 極大的提高數控機床的技術水平。機床工業(yè)是裝備制造業(yè)乃至整個工業(yè)發(fā)展的“母 機”,數控機床又代表著機床行業(yè)里最先進的水平,相信它還會蓬勃發(fā)展,為制造業(yè)帶來更大的變革。
根據加工工件長度,牛頭刨床可分為大中小三種形式。加工長度在 400 毫米以內
的為小型,加工長度在 400 到 600 之間的為中型,大于 600 時就已屬于大型牛頭刨了。而此次設計研究的 B690 牛頭刨床刨刀的尺寸可以達到 900 毫米,是當之無愧的大型
牛頭刨床。它的機械結構主要由床身、工作臺、橫梁、主刀架、立柱、側刀架等部分組成。機床的主運動是又一單出桿活塞缸帶動滑枕(滑枕上帶有刨刀)進行的往復直線運動;進給運動是直流電動機拖動床身上的工作臺做間歇進給。其中床身為箱體零件,上有 V 型導軌,工作臺安放在床身上,橫梁用于安裝滑枕,在刨削加工時橫梁處于靜止狀態(tài),當工作臺停止時,可上下調整刀架高度。兩個垂直刀架可沿著橫梁導軌在水平方向、或沿刀架本身的滑板導軌在垂直方向上做快速進給或工作進給。右側刀架可沿立柱上下移動,以刨削垂直面。具體如圖 1 所示:
圖 1 刨床結構示意圖
刨床的一個重要參數是最大刨削長度,以為以此為標志將牛頭刨分為了大中小三種, 一般加工長度能達到 600 毫米以上就算是大型的了,而 B690 牛頭刨最大刨削長度可以達到 900 毫米,是當之無愧的大型牛頭刨了。但同是作為大型牛頭刨床,B690 卻與
B665 型之類的機械傳功牛頭刨床截然不同,因為它是采用液壓系統來完成運動和動力的傳輸的。對于兩者傳動方式的優(yōu)劣問題,學界爭論由來已久。一部分認為機械式傳動更好,因為不僅結構簡單可以由電動機直接拖動來回運動,解除了中間動力傳輸的環(huán)節(jié)以及液壓泵這一環(huán)節(jié),減少了環(huán)境污染;同時針對國情來說,機械牛頭刨床價格低廉、操作簡單,無需過硬的特殊人才,易于上手加工,維修維護方便等。所以優(yōu)勢要大于液壓傳動。但還有一部分人則認為,液壓傳輸過程中雖然有一些損耗動力,可是通過液壓泵,一部分動力傳輸到刨刀又被加強了,所以功率強勁。同時,液壓箱的存在替代了傳統的滑塊搖桿機構,使用了無級變速大大擴寬了調速范圍,所以優(yōu)勢明顯。在查閱資料的過程中,我發(fā)現了許多的牛頭刨床存在的問題,例如刨床在工作時換向頻繁,而且沖擊特別大,對機床的損傷特別嚴重,如果采用液壓傳動我覺得可以適當減少一些問題,因為可以保證滑枕的運行更加平穩(wěn),刀具換向時沖擊更小一些, 這些對于機床本身都是十分有益的。同時液壓系統便于實現過載保護,更加安全可靠, 這在我們生產加工領域意義也是十分重大的,所以我個人本身也比較傾向于液壓系 統。當然我的意思不是說液壓系統就是完美的,當然也存在一些問題,比如現在工程技術人員正在積極探討解決的液壓油溫度過高,液壓油的泄露問題較為嚴重等,但我相信隨著技術的不斷進步,這些問題都會逐漸被解決。
一臺機床的機械結構是主體,但是它能否運行在最佳狀態(tài),以及最大限度的延長機床使用壽命,就取決于它的控制系統。對于這部分,我認為這要注意首執(zhí)行機構能否按照要求實現動作(例如工作臺的進給、后退,刀架的自動抬起等),其次機電系統必須保證驅動效率高、耗電量少,系統簡潔,保證機床各個運動協調性好。為了滿足各方面性能要求,此次設計決定選用 S7-200 系列 PLC 作為系統控制的核心元件。
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因為它有以下優(yōu)點:S7-200 系列 PLC 的用戶程序和部分或全部數據存放在 EPROM 中, 不同型號的 CPU 的用戶程序和數據容量略有區(qū)別,但都無需用鋰電池進行掉電保護。平時掉電時靠超級電容保持,如果需要也可以通過程序把數據寫入 EPROM,使數據永不丟失。同時各種機型上都具有一個存儲卡插孔,可以插入程序器卡。該程序器卡是一個 EPROM 存儲器,是存放用戶程序的附件,體積小,重量輕,保管與傳遞都很方便, 在 STEP7 micro (S7-200 系列 PLC 編程軟件)中使用個人計算機或 S7-200 專用的手持式編程器可將 PLC 中的程序與數據寫入程序卡,以備以后使用,故該程序卡也可作為程序與數據的備份。需要裝載程序時,只需將己存入程序的存儲卡插入 PLC 后再上電, 幾秒鐘后斷電并把存儲卡拔下,存儲卡上的程序即自動裝入 PLC。選定了 PLC 的型號以后,主要需要完成下列的工作:首先分析控制要求,畫出機床的控制原理圖;然后需要按要求列出 PLC 的輸入/輸出分配表,畫出 PLC 控制接線圖;其次進行編程(梯形圖);完成上述各項步驟以后在宇龍仿真軟件上選出所需元器件,連出實物接線圖, 連接完成后進行仿真分析。
以上是自己對此次設計機床整體及各部分的理解以及如何進行各部分的設計工作,此刻在回顧自己從開始著手查資料是的一無所知到現在的略有所得,無論從知識上還是心態(tài)上都有了一個提高,這也是我這次的最大收獲。相信接下來正式設計的工作中依然會遇到許多的問題,但我相信在自己的努力下和王艷穎老師的幫助下,我一定會突破這些困難,收獲到知識,收獲到快樂。
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