數(shù)控車床縱向改造開題報告

開題報告1.選題目的及意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1選題目的及意義通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)自己綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識、基本技能進行分析和解決實際問題的能力，使自己受到PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，達到能夠進行PLC系統(tǒng)設(shè)計和實施的目的，掌握典型車床CA6140的工作原理和設(shè)計思路。數(shù)控機床與普通機床相比，增加了功能，提高了性能，簡化了結(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)控機床價格較昂貴，一次性投資較大，對于中小企業(yè)來說常常是心有余而力不足；（2）目前，各企業(yè)仍有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且替代下來的機床閑置起來又會造成浪費；（3）在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；（4）通用數(shù)控機床對某一類具體生產(chǎn)項目有多余的功能。要較好地解決上述問題，應(yīng)走普通機床數(shù)控改造之路。普通機床的改造就是在普通機床上增加微機數(shù)控裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)額定的加工工藝目標。這一工作早在20世紀60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)。目前，國外已發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看，機床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機床經(jīng)過數(shù)控化改造，中小企業(yè)則達74%。在美國有許多數(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)。中國是擁有300多萬臺機床的國家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機床，自動化程度低。要想在近幾年用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機床，不論是資金還是中國機床制造廠的能力都是辦不到的，因此，普通機床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國的經(jīng)濟水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。機床數(shù)控化改造優(yōu)點：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機床的使用價值，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）自動化程度提高、專業(yè)性強、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費用低、經(jīng)濟性好；（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，特別適合應(yīng)用于機床的控制和故障診斷系統(tǒng)，可以減少強電元件數(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)常變動的工藝條件，取得較好的經(jīng)濟效益，所以對原來的繼電器接觸模式模擬控制系統(tǒng)進行PLC改造。1.2設(shè)計研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內(nèi)基于PLC控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(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，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀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增加了運算、數(shù)據(jù)傳輸及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(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言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能和產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升，這標志著可編程控制器已步入成熟。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展待點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，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合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、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)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制和生產(chǎn)是伴隨著改革開放的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國已可以生產(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、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(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，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.2.2國內(nèi)PLC在機床控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢隨著計算機科學(xué)發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，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)量控制的時代已經(jīng)過去，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方向發(fā)展：一是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展；另是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。總的發(fā)展趨勢如下：1．標準化一種自動化產(chǎn)品的競爭力主要在于其滿足國際標準化的程度和水平。標準化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各個廠家產(chǎn)品的互相兼容。所以可編程技術(shù)的標準化勢在必行。2．CPU處理速度進一步加快將來會使用64位RISC芯片，實現(xiàn)多CPU并行處理或分時處理或分任務(wù)處理，實現(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)行指令的速度將達到納秒級。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)品增長率不斷加快。PLC與PC集成，即將計算機、PLC及操作人員的人機接口結(jié)合在一起，使PLC能利用計算機豐富的軟件資源，而計算機能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機為基礎(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的新進展—軟PLC計算機軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，推動了自動控制技術(shù)又取得了一系列新的進展。目前有許多工業(yè)用自動控制產(chǎn)品、機電一體化產(chǎn)品開始轉(zhuǎn)向以計算機為平臺的控制方式，這就是軟PLC。軟PLC實際利用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，它最大的優(yōu)勢是具備柔性擴展能力，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計算機總線上。從而在軟、硬件兩方面可以達到工控機和PLC性能的完美結(jié)合，方便了性能擴展和人機交流，是PLC未來的一大發(fā)展趨勢。2.初步擬定機床的改造方案對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床。普通機床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜箱、橫溜箱移動。進給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進行操作。刀架的縱向進給運動和橫向進給運動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。對普通車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改為用微機控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動換刀的回轉(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行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)、切削次序和刀具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進行聯(lián)動的功能，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，并能實現(xiàn)多工序自動車削，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.進給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱總成，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裝軸承座的部分。3.溜板箱部分：全部拆除，在原來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，改裝橫向進給滾珠絲杠螺母副、橫向進給步進電機與齒輪減速箱總成，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，改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。6.為使加工過程中不超程，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、絲杠全部加防護罩，以防止臟物、油污和切屑等進入。而且，機床整體也要加裝防護罩，以防止加工過程中有切屑會飛濺傷人。1.橫向滾珠絲杠副2.橫向電機3.橫向齒輪減速箱4.尾座5.縱向齒輪減速箱6.縱向電機7.支架8.縱向滾珠絲杠副9.自動回轉(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)的簡述。2.CA6140車床的工作情況分析。對CA6140車床的機械部分作簡要的分析，對其電氣部分做詳細的分析。3.CA6140車床的控制電路分析。對其控制電路詳細的分析，并按照技術(shù)要求進行改造和設(shè)計。4.PLC的選型與概述。對PLC做簡要的概述并選擇滿足要求的PLC的型號。5.PLC的軟件設(shè)計與編程。按照其控制要求設(shè)計控制軟件。并按照要求編寫梯形圖。6.完成畢業(yè)設(shè)計論文其它部分和修改不足之處。7.整理并編制設(shè)計說明書。4、進度安排表4-1進度安排順序階段安排計劃完成內(nèi)容備注11-4周查閱相關(guān)資料，確定設(shè)計方向和方案，完成開題報告和文獻綜述。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，實現(xiàn)相關(guān)的軟硬件設(shè)計，完成設(shè)計任務(wù)311-14周撰寫修改畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書415周畢業(yè)設(shè)計答辯5.課題研究有無困難、準備如何解決5.1遇到的困難1．CA6140型車床的工作過程、工作順序及一些機床專用名詞不太熟悉；2．論文材料的組織欠缺經(jīng)驗；3.對于PLC的型號了解太少；4.對電氣控制方面知識有些欠缺。5.2解決方案1.上網(wǎng)收集資料。2.圖書館查閱資料。3.請教老師。參考文獻[1]王貴明．數(shù)控實用技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社，2000．7[2]范超毅等編．數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計．武漢：華中科技大學(xué)出版社.2007．5[3]賈亞洲．金屬切削機床概論．北京：機械工業(yè)出版社．2004[4]余英良．機床數(shù)控改造設(shè)計與實例．北京：機械工業(yè)出版社．1998[5]張寶林．數(shù)控技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社．1997[6]廖效果主編．數(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快速入門與實例提高[M].人民郵電出版社,2004.[10]張萬忠.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]陳遠齡.機床電氣自動控制[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