數(shù)控車床縱向改造開題報(bào)告

開題報(bào)告1.選題目的及意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.1選題目的及意義通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能進(jìn)行分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使自己受到PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能夠進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的目的，掌握典型車床CA6140的工作原理和設(shè)計(jì)思路。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，增加了功能，提高了性能，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問(wèn)題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他一些條件的限制：（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格較昂貴，一次性投資較大，對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)常常是心有余而力不足；（2）目前，各企業(yè)仍有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下來(lái)的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)；（3）在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需；（4）通用數(shù)控機(jī)床對(duì)某一類具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余的功能。要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門業(yè)務(wù)。目前，國(guó)外已發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造，中小企業(yè)則達(dá)74%。在美國(guó)有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國(guó)是擁有300多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動(dòng)化程度低。要想在近幾年用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的，因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國(guó)設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。機(jī)床數(shù)控化改造優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對(duì)工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)都是采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路，不但接線復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障，可靠性比較差。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC控制具有可靠性高、柔性好、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于機(jī)床的控制和故障診斷系統(tǒng)，可以減少?gòu)?qiáng)電元件數(shù)目，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。為了使機(jī)床控制穩(wěn)定與可靠，具有極高的可靠性和靈活性，更容易檢修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，所以對(duì)原來(lái)的繼電器接觸模式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造。1.2設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)內(nèi)基于PLC控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能和產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升，這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展待點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車和輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制和生產(chǎn)是伴隨著改革開放的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.2.2國(guó)內(nèi)PLC在機(jī)床控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來(lái)愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展：一是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展；另是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展?？偟陌l(fā)展趨勢(shì)如下：1．標(biāo)準(zhǔn)化一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力主要在于其滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各個(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。所以可編程技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化勢(shì)在必行。2．CPU處理速度進(jìn)一步加快將來(lái)會(huì)使用64位RISC芯片，實(shí)現(xiàn)多CPU并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣PLC執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級(jí)。3．集成化、通訊化、網(wǎng)絡(luò)化由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，PLC將與PC集成，與DCS集成，與PID集成。網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化通信能力也是PLC的重要發(fā)展方向，尤其是以PC為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品增長(zhǎng)率不斷加快。PLC與PC集成，即將計(jì)算機(jī)、PLC及操作人員的人機(jī)接口結(jié)合在一起，使PLC能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，而計(jì)算機(jī)能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機(jī)為基礎(chǔ)的控制方法使得用戶編程更加方便，而且提供開放的體系結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要選擇各類、各廠家的PLC或I/O設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，從而可以降低生成成本和提高生產(chǎn)率。4．PLC的新進(jìn)展—軟PLC計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)又取得了一系列新的進(jìn)展。目前有許多工業(yè)用自動(dòng)控制產(chǎn)品、機(jī)電一體化產(chǎn)品開始轉(zhuǎn)向以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的控制方式，這就是軟PLC。軟PLC實(shí)際利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，它最大的優(yōu)勢(shì)是具備柔性擴(kuò)展能力，用戶可以選擇不同廠家生產(chǎn)的各種硬件產(chǎn)品，充分利用每一軟件的最佳特性，組成最佳的控制系統(tǒng)。同時(shí)與硬件的連接也十分方便。有很多的I/O卡可以直接內(nèi)連接到SOFTPLC計(jì)算機(jī)總線上。從而在軟、硬件兩方面可以達(dá)到工控機(jī)和PLC性能的完美結(jié)合，方便了性能擴(kuò)展和人機(jī)交流，是PLC未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)。2.初步擬定機(jī)床的改造方案對(duì)CA6140型車床的工作情況分析。普通車床是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜箱移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)、切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改造后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。改造方案的確定：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除。2.進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成，絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。3.溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝溜板箱部分安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。4.橫溜板部分：將原橫溜板的絲杠部分、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成，安裝在橫溜板后部，并與滾珠絲杠相連。5.刀架部分：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。6.為使加工過(guò)程中不超程，縱向和橫向分別要安裝左右行程限位開關(guān)。7.縱向、橫向齒輪箱、絲杠全部加防護(hù)罩，以防止臟物、油污和切屑等進(jìn)入。而且，機(jī)床整體也要加裝防護(hù)罩，以防止加工過(guò)程中有切屑會(huì)飛濺傷人。1.橫向滾珠絲杠副2.橫向電機(jī)3.橫向齒輪減速箱4.尾座5.縱向齒輪減速箱6.縱向電機(jī)7.支架8.縱向滾珠絲杠副9.自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架圖1CA6140總體改造結(jié)構(gòu)示意圖3、論文的主要工作流程1.CA6140車床的概述。搜集CA6140車床的相關(guān)資料，并作相關(guān)的簡(jiǎn)述。2.CA6140車床的工作情況分析。對(duì)CA6140車床的機(jī)械部分作簡(jiǎn)要的分析，對(duì)其電氣部分做詳細(xì)的分析。3.CA6140車床的控制電路分析。對(duì)其控制電路詳細(xì)的分析，并按照技術(shù)要求進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)。4.PLC的選型與概述。對(duì)PLC做簡(jiǎn)要的概述并選擇滿足要求的PLC的型號(hào)。5.PLC的軟件設(shè)計(jì)與編程。按照其控制要求設(shè)計(jì)控制軟件。并按照要求編寫梯形圖。6.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文其它部分和修改不足之處。7.整理并編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書。4、進(jìn)度安排表4-1進(jìn)度安排順序階段安排計(jì)劃完成內(nèi)容備注11-4周查閱相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方向和方案，完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。期間收集相關(guān)的外文資料，完成外文翻譯工作。24-10周收集整理資料，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)任務(wù)311-14周撰寫修改畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書415周畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5.課題研究有無(wú)困難、準(zhǔn)備如何解決5.1遇到的困難1．CA6140型車床的工作過(guò)程、工作順序及一些機(jī)床專用名詞不太熟悉；2．論文材料的組織欠缺經(jīng)驗(yàn)；3.對(duì)于PLC的型號(hào)了解太少；4.對(duì)電氣控制方面知識(shí)有些欠缺。5.2解決方案1.上網(wǎng)收集資料。2.圖書館查閱資料。3.請(qǐng)教老師。參考文獻(xiàn)[1]王貴明．?dāng)?shù)控實(shí)用技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．7[2]范超毅等編．?dāng)?shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)．武漢：華中科技大學(xué)出版社.2007．5[3]賈亞洲．金屬切削機(jī)床概論．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2004[4]余英良．機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1998[5]張寶林．?dāng)?shù)控技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1997[6]廖效果主編．?dāng)?shù)控技術(shù)．武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社．2000.5[7]蔣洪.基于PLC的普通機(jī)床數(shù)控化控制系統(tǒng)改造.廣西輕工業(yè)出版社,2008.[8]殷洪義,吳建華.PLC原理與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.[9]陳蘇波等編.三菱PLC快速入門與實(shí)例提高[M].人民郵電出版社,2004.[10]張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.[11]陳遠(yuǎn)齡.機(jī)床電氣自動(dòng)控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社,1997.[12]王小軍等編.可編程序控制器原理及