無(wú)心外圓砂帶磨床自動(dòng)上下料控制設(shè)計(jì),無(wú)心,無(wú)意,外圓砂帶,磨床,自動(dòng),上下,控制,節(jié)制,設(shè)計(jì) 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 文獻(xiàn)綜述 重 慶 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 題 目 二級(jí)學(xué)院 重慶汽車學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 109040205 姓 名 沈凱 學(xué)號(hào) 10904020517 指導(dǎo)教師 系 主 任 時(shí) 間 評(píng)語(yǔ)欄： 評(píng)閱老師簽字： 13 無(wú)心外圓砂帶磨床的控制系統(tǒng) 沈凱 摘要:無(wú)心外圓砂帶磨床適用于管材、棒材等工件的外圓磨削和拋光，可磨削金屬、木材、玻璃、橡膠等材料。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)的要求也不斷提高，對(duì)于磨床磨削的要求越來(lái)越高，砂帶磨床的加工工效甚至超過(guò)了普通常規(guī)加工工藝,砂帶越來(lái)越寬,加工精度越來(lái)越高，已達(dá)到和超過(guò)砂輪磨床。如今，由于可編程控制器（plc）在無(wú)心外圓砂帶磨床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，使得其生產(chǎn)操作趨于自動(dòng)化、智能化。由于無(wú)心外圓磨砂帶磨床在制造業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，有著廣泛的應(yīng)用及廣闊的發(fā)展前景。 關(guān)鍵字：無(wú)心外圓砂帶磨床 砂帶 plc 控制系統(tǒng) 1無(wú)心外圓砂帶磨床的現(xiàn)狀概況 無(wú)心外圓磨床的發(fā)展與砂帶磨削技術(shù)在國(guó)外有了很長(zhǎng)的一段時(shí)間，而且已經(jīng)相當(dāng)成熟，美國(guó)是在世界上最早研制砂帶磨床的國(guó)家。第一臺(tái)砂帶磨床用于加工木材, 隨后廣泛用于加工金屬。 據(jù)美國(guó)對(duì)全國(guó)金屬加工設(shè)備調(diào)查表明, 70 年代, 美國(guó)的砂帶磨床已突破 4 萬(wàn)臺(tái)。到 9 0 年代, 每 10 臺(tái)磨床至少有一臺(tái)砂帶磨床。德國(guó)從50年代就開始研究砂帶磨削, 各型砂帶磨床都有生產(chǎn), 瓦德里希?科堡廠 ( Wa ldr i ch - c ob n r g ) 和文得令登( v and e r l i n den ) 廠都是生產(chǎn)大型機(jī)床的著名工廠。他們利用長(zhǎng)期生產(chǎn)大型機(jī)床的經(jīng)驗(yàn), 利用導(dǎo)軌磨床的部件, 如靜壓導(dǎo)軌道、龍門結(jié)構(gòu)、大型真空吸附高精度工作臺(tái)等, 設(shè)計(jì)和制造了大量的寬砂帶平面磨床。日本自行生產(chǎn)砂帶磨床的工廠主要有松 下電機(jī)廠、東芝機(jī)械廠等, 已生產(chǎn)各類型平面砂帶磨床、無(wú)心外圓砂帶磨床。80 年代, 東芝機(jī)械廠制成了 5 5L -V K 型超小氣動(dòng)砂帶機(jī), 突破以前無(wú)法用砂帶加工小溝槽的這一難題, 十分有發(fā)展?jié)摿εc實(shí)力。 30年前，由于我國(guó)涂附磨具行業(yè)尚屬發(fā)展起步階段，砂帶磨床更處研發(fā)試驗(yàn)過(guò)程，還無(wú)從談起在機(jī)床業(yè)界的地位問(wèn)題。當(dāng)2009年磨料行業(yè)的產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示涂附磨具年產(chǎn)值占磨料磨具行業(yè)總產(chǎn)值的比重已達(dá)23.1%，而同期固結(jié)磨具的比重為8.9%，超硬材料制品為13.9%。 表明涂附磨具在我國(guó)應(yīng)用已取得相當(dāng)大的發(fā)展，但是發(fā)展取得的成就與問(wèn)題總是同時(shí)存在的，具體有以下: 1、 生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有所增加 在我國(guó)生產(chǎn)金屬加工用砂帶磨床的企業(yè)共66家，企業(yè)中以生產(chǎn)砂帶磨床和砂帶機(jī)為主營(yíng)業(yè)務(wù)的企業(yè)僅25家，占38%；其余為兼產(chǎn)企業(yè)。以生產(chǎn)砂帶機(jī)為主的企業(yè)有29家，占44%；砂帶磨床生產(chǎn)企業(yè)中包括上海機(jī)床廠、杭州機(jī)床廠和北京第二機(jī)床廠等3家我國(guó)的著名砂輪磨床生產(chǎn)企業(yè)，除這3家外，其余均屬中小規(guī)模企業(yè)，而且小型居多。需要指出上述3家著名企業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展重點(diǎn)仍放在砂輪磨床的開發(fā)上，砂帶磨床在其產(chǎn)品目錄中僅是鳳毛麟角。 2、明顯品技術(shù)水平進(jìn)步明顯 我國(guó)金屬用砂帶磨床技術(shù)水平的進(jìn)步明顯。目前一批高技術(shù)含量的砂帶磨床相繼問(wèn)世，如：數(shù)控六軸聯(lián)動(dòng)大型汽輪機(jī)葉片砂帶磨床加工一根57英寸的大型核電汽輪機(jī)葉片的工效比過(guò)去提高了5倍，表面粗糙度≤0.2μm；再如：凸輪軸數(shù)控砂帶磨床，采用了共軛磨削技術(shù)，若加工一根有八個(gè)凸輪的凸輪軸，單面加工余量為0.2mm,耗時(shí)僅需1分鐘。 3、 標(biāo)準(zhǔn)化工作開始起步 經(jīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)，全國(guó)金屬切削機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)磨床分技術(shù)委員會(huì)砂帶磨削機(jī)床工作組已于2008年11月 正式成立。砂帶磨床標(biāo)準(zhǔn)化工作組的成立固然是為順應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化體系與國(guó)際接軌的需要，也標(biāo)志著對(duì)砂帶磨床作為機(jī)床不可或缺的新興品種地位的肯定，是砂帶磨削機(jī) 床在磨床領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展的新里程碑。 4、 產(chǎn)品品種和規(guī)格發(fā)展迅速 根據(jù)當(dāng)企業(yè)公布的砂帶磨床產(chǎn)品信息，對(duì)砂帶磨床的品種作了統(tǒng)計(jì)，這些企業(yè)可提供的砂帶磨床品種和規(guī)格共233種，其中未包括作為機(jī)床附件的砂帶磨削頭和簡(jiǎn)易的砂帶磨削機(jī)具。 5、發(fā)展歷程有起有落 當(dāng)追溯上世紀(jì)80年代就開始生產(chǎn)砂帶磨床企業(yè)的情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)如今仍堅(jiān)持生產(chǎn)，并取得較大發(fā)展的僅剩重慶三磨海達(dá)磨床有限公司一家企業(yè)，據(jù)介紹該公司已先后開發(fā)了十大系列砂帶磨床設(shè)備。 2無(wú)心外圓砂帶磨床的發(fā)展方向 2.1　 繼續(xù)提高生產(chǎn)效率 2.1.1 提高磨削速度和增大機(jī)床功率。 長(zhǎng)期以來(lái), 砂帶磨床的砂帶工作速度一直停留在 20m / s —3 0m/ s 。據(jù)美國(guó)制造工程學(xué)會(huì)研究報(bào)告說(shuō), 1 00m/ s 的高速砂帶磨床已在試驗(yàn)。在過(guò)去較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期, 機(jī)床功率從每一平方英寸砂帶面積 4. 4kW —7. 5k W, 到了 70 年代已提高到 18 . 5k W —2 6kW , 機(jī)床功率現(xiàn)如今為 200k W以上的已屢見不鮮, 為提高金屬切除率, 機(jī)床的功率必將增大。 2.1.2 發(fā)展寬砂帶磨削, 擴(kuò)大寬砂帶磨床的使用范圍。目前, 最大寬度的砂帶磨床可磨削 4 . 9m 寬的平面。據(jù)報(bào)導(dǎo), 宇航器具、大型艦艇、高能物理的研究和應(yīng)用都要大量使用高精度、 高粗糙度精度的板材。 提高板材加工效率的途徑就是要發(fā)展寬砂帶磨床。 2.2 提高加工精度 西德瓦德里?？票S在砂帶磨床上大量采用高精度常規(guī)磨床的結(jié)構(gòu)。美國(guó)森斯特蘭廠的砂帶磨床, 按照砂帶磨削工作的特性, 設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用部件以便提高機(jī)床的加工精度。但就砂帶磨床本身來(lái)說(shuō), 砂帶制造精度的提高, 同樣是很重要的。 3. 3　 延長(zhǎng)砂帶壽命 延長(zhǎng)砂帶壽命是降低砂帶磨床加工成本最為關(guān)鍵的一個(gè)因素。 目前, 使用壽命已從 2h ?4h 提高到 8h -12h 。 為進(jìn)一步延長(zhǎng)砂帶壽命, 除改善磨料、 粘結(jié)劑基底之外, 國(guó)外還從砂帶磨損的機(jī)理上解決延長(zhǎng)壽命的問(wèn)題。砂帶磨損主要是 “ 粘蓋”和 “ 磨鈍” , 特別“ 粘蓋”現(xiàn)象最為嚴(yán)重, 一旦出現(xiàn) “ 粘蓋” , 砂帶就無(wú)法繼續(xù)使用。因此, 美國(guó)最近在制造砂帶中已加添抗“ 粘蓋”的化學(xué)添加劑。 3. 4 擴(kuò)大萬(wàn)能性和適應(yīng)性 一機(jī)多能、一機(jī)多頭機(jī)床, 上下表面同時(shí)加工的機(jī)床, 磨完工件上表面后工件自行翻身再磨下表面的機(jī)床, 連續(xù)加工而工件自動(dòng)退回的機(jī)床, 機(jī)電一體化的各種砂帶磨床, 隨著工業(yè)發(fā)展已相繼問(wèn)世和投入使用。 砂帶磨床的萬(wàn)能性、 適應(yīng)性今后還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展,使砂帶磨床在工業(yè)生產(chǎn)中無(wú)所不能。 3 無(wú)心外圓磨床磨削磨具和磨削安全穩(wěn)定性 由于專門研究無(wú)心磨削的完善，在圖1 所示的這種加工方式時(shí)，柱形工件2 靠摩擦傳動(dòng)在托板6 上旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。摩擦傳動(dòng)是靠導(dǎo)輪1 的軸線偏轉(zhuǎn)一角實(shí)現(xiàn)的，砂帶3 靠接觸輪5 被壓緊在柱形工件上，并借助滾輪4 拉緊。利用砂帶代替砂輪的磨削，其調(diào)整參數(shù)是 角、角、角以及導(dǎo)輪和砂帶的圓周速度。 圖1 利用砂帶無(wú)心外圓磨削示意圖 用砂帶的無(wú)心磨削具有一系列優(yōu)點(diǎn)?？商岣邫C(jī)床的使用安全性。提高生產(chǎn)率，促使這點(diǎn)的不僅是砂帶的速度高(達(dá)50 m/ 5) 和穩(wěn)定，軸向進(jìn)給速度顯著高(達(dá)18m/ min) ，而且砂粒還可有效的定向。無(wú)需修整工具。因?yàn)樯皫c砂輪的區(qū)別是沒(méi)有不平衡度，可顯著減小振動(dòng)水平，由于在高速切削時(shí)可較好的分散被散出的熱量和降低單位負(fù)荷，故可減小熱變形。所有這些可促使提高加工精度。 無(wú)心外圓磨削過(guò)程進(jìn)行的穩(wěn)定性大多取決于工件旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的破壞，伴隨著“打滑”江件的圓周速度提高到砂輪的速度)， 從而導(dǎo)致工件從磨削區(qū)擠出，進(jìn)而甚至?xí)?dǎo)致砂輪的破裂。另外，工件在加工過(guò)程開始時(shí)不旋轉(zhuǎn)，暫時(shí)扭矩未達(dá)到所需值，而造成在不轉(zhuǎn)動(dòng)的工件表面上形成切口，從而在橫截面內(nèi)工件的形狀變壞。 圖2 有導(dǎo)輪的無(wú)心外圓磨削示意圖 在分析傳統(tǒng)無(wú)心磨削方式(圖2) 和借助計(jì)算機(jī)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究的圖表基礎(chǔ)上，給出了可確定工件定位和磨削條件的參數(shù)遠(yuǎn)擇的實(shí)際推薦。工件在無(wú)心外圓磨床上旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性與一系列參數(shù)有關(guān)，屬于這些參數(shù)(見圖2) 的有托板的斜面角; 表征半徑為r 的工件軸線在加工過(guò)程中的配置角; 法向切削分力P、和切向切削分力Pr; 在托板和導(dǎo)輪上的法向反力、和摩擦力、( 和為摩擦系數(shù)) ;工件的重量G。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，陶瓷和樹脂結(jié)合劑的導(dǎo)輪的磨損量大于橡膠和聚氨醋結(jié)合劑導(dǎo)輪一個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著橡膠和聚氨醋結(jié)合劑的導(dǎo)輪的粒度增大，它們的磨損量增加不大。由于強(qiáng)烈磨損，不推薦采用陶瓷和樹脂結(jié)合劑的導(dǎo)輪。 六、外圓磨床的控制系統(tǒng) 1、按控制原理的不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)：在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。 閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。 　 2、按給定信號(hào)分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。 恒值控制系統(tǒng);給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。 隨動(dòng)控制系統(tǒng):給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng):給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。 七、PLC的功用和特點(diǎn) PLC是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 八、世界主流的PLC品牌 世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：分別是美國(guó)、歐洲、和日本。美國(guó)和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離的情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，因此美國(guó)和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術(shù)是由美國(guó)引進(jìn)的，對(duì)美國(guó)的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上，美國(guó)和歐洲以大中型PLC聞名。 歐洲PLC產(chǎn)品：德國(guó)的西門子（SIEMENS)公司、AEG公司、法國(guó)的TE公司是歐洲著名的PLC制造商，德國(guó)的西門子的電子產(chǎn)品以性能優(yōu)良而久負(fù)盛名，主要產(chǎn)品是s5、s7系列。 美國(guó)的PLC產(chǎn)品：美國(guó)是PLC制造大國(guó)，有著名的A-B公司、通用電氣（GE）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。A-B公司產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富，主推的大、中型PLC產(chǎn)品是PLC-5系列。 日本的PLC產(chǎn)品：日本的小型PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域頗負(fù)盛名，著名的PLC制造商有三菱、歐姆龍、松下、東芝等，在世界小型PLC市場(chǎng)上占有70%的份額。 九、PLC的發(fā)展趨勢(shì) 21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 參考文獻(xiàn) [1]李良福.無(wú)心外圓磨床的發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)密制造與自動(dòng)化.2002，第3期:11-13 [2]姚俊.平面磨床產(chǎn)品評(píng)述[J].機(jī)密制造與自動(dòng)化，2001，第6期：22-25 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n d i n g ，c o a t e d a b r a s i v e s ，一Au g． 2 0 0 0， 一 P． 1 6～25． [16] H a s h i m o t o F ． E f e k t s o f f r i c t i o n andwear c h a r a c t e r i s t i e s o f r e g u l a t i n g w h e e l O i l c e n t e r l e s a g r i n d i n g．Ab r as i v e s ． C e n t e r l e s s g r i n d i n g，c o a t e d a b r a s i v e s． Au g．2 0 0 0． 一 P． 8～ 1 5．