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最新版2机电一体化2毕业设计论文

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中图分类号：

毕业设计（论文）题目

滑动轴承专用镗床技术改造设计

站名：

年级;

姓名：

指导教师：

河南理工大学成人高等教育

2012年月日

摘要

对开滑动轴承内孔精镗加工是该类产品工艺流程的最后一道工序，也是其全部机械加工工序中的关键工序，本工序的加工质量直接影响所在主机的综合工作质量，该镗削专用机床的自动化水平是提高加工效率的主要技术环节，而其中镗削结束后的主轴定向停止退刀问题又是本机床自动控制系统中的技术难点。

本毕业设计论文文在分析加工过程的基础上论述了采用PLC对控制系统进行技术改造的意义并对相关技术问题予以说明。

【关键词】滑动轴承可编程控制器机械切削技术改造

目录

摘要2

第一章概论4

1.1工艺设备的关键技术问题4

1.2工艺设备的历史状况简析5

1.3毕业设计的基本内容和意义6

第二章机床工作原理7

2.1机床的组成7

2.2机床液压系统的组成和工作原理8

2.3角位置检测原理9

第三章．技术改造设计11

3.1主轴角位置调整方法及部件改装11

3.2控制系统改造方案选择12

3.2.1可编程控制器（PLC）技术特点12

3.2.2可编程控制器（PLC）选型13

3.3输入信号及输出信号的配置13

3.3.1输入信号及输入器件13

3.3.2输出信号及输出设备14

3.4输入输出接口电路及系统强电电路设计15

3.4.1PLC的IO端口接线设计15

3.4.2控制系统强电电路设计16

3.5控制程序设计16

3.5.1程序结构概况16

3.5.2初始化程序部分17

3.5.3手动操作程序部分17

3.5.4自动加工程序部分18

3.5.5公共处理程序部分20

第四章．小结21

参考文献24

致谢25

第一章概论

1.1工艺设备的关键技术问题

对开滑动轴承是各类内燃机中的重要工作部件，轴承内孔精镗加工是该类产品工艺流程的最后关键工序，内孔精镗加工设备通常采用机电液一体化的专用镗床，采用电液联合控制加工过程中的工件夹紧、快进、工进、快退、工件松开等运动，执行过程均由液压系统完成，镗削结束主电机停止时应进行刀具角位置检测、调整，在刀具切削刃位于允许的退刀角位置范围内时执行退刀操作，长期以来影响该工序技术进步的关键技术问题是如何实现加工结束退前刀具角位置的检测、快速调整及机电液联合控制，以保证加工的高质量和高效率。

主轴定向制动退刀问题显然是本工序提高加工质量和工作效率的技术要点。

本毕业设计论文文在分析该类工件加工工艺过程和加工专用设备结构和工作原理的基础上讨论了采用PLC对控制系统进行技术改造的过程并对设备技术改造相关技术问题予以说明。

轴承制造业的工程技术人员为解决该问题多年来设计研发了许多方案，例如人工手动调节方法，主轴电机点动调节方法，模拟数控机床的主轴准停调节方法等。

但是这些方法在实际应用中都存在着不同程度的技术缺陷和操作应用的不理想状态，如人工调节法，必然是费时费力且十分不安全，主轴电机点动调节法则是典型的以牺牲加工效率为代价换取加工自动化的没有实用价值的控制方法，而模拟仿用数控机床的主轴准停或主轴C轴功能技术来解决该工序的定向退刀问题显然是采用具有宽泛技术功能的软、硬件功能单元解决本身功能单一、专门化程度高的技术问题，很明显又是高成本、不合算的大马拉小车类的无奈的技术方案。

在本设计中，为更好地解决对开滑动轴承内孔精镗机床定向退刀问题，并且使本设计确实具有实用，安全，经济，可靠，体积小，重量轻，环保无污染，我们在指导教师的帮助下对该技术现象，问题的提出，历史上的各类方案的特点、技术优势、可取之处、存在的问题和不足等逐一进行了分析和讨论，提出我们的创意和设计思路，再经反复的分析对比，最终确定为机、电、液联合控制、驱动工作方式，其中的控制系统则大胆的采用当今全球极为风靡的高度柔性，高可靠，高自动化性能的可编程控制器（PLC），由PLC统一控制管理机床传动系统、液压系统、检测调节伺服系统，方便、可靠、迅速地完成主轴刀具在正确的角位置范围内准停及退刀，从而真正实现该工序真正意义的半自动化加工，既可确保内孔精镗加工质量，又可大幅度的提高加工效率，并且十分显著的降低操作人员的劳动强度，该技术方案一定可以为相关制造业带来可观的技术经济效益和人文社会效益

1.2工艺设备的历史状况简析

回顾轴承内孔精镗加工，不同企业在生产中使用过多种不同类型的专用机床，加工结束后的主轴定向停止控制同样曾有若干种不同的方式方法。

例如曾经在许多加工企业长期广泛使用的人工主轴角位置观察调整，每一次镗削结束，主轴停止并制动后由操作者目测观察刀具和加工半圆表面的位置关系，若刀具刀位点恰好脱离以加工表面，则可手动换向操作使工作台返回加工起点，否则即由人工手动的方式攀动主轴镗刀杆，使刀具转动到非加工区域，然后再执行退刀返回操作。

毋庸置疑这种角位置判断调整方法完全依赖加工者的熟练程度和工作态度，虽然设备简单，加工成本低，但是很高的劳动强度和极低的工作效率已注定该方法是没有生命力的原始的落后的工艺方案。

主轴电机配合角位置传感器的点动调整方案在国内许多轴瓦加工企业曾经使用过一个阶段，该方案的特点是在主轴尾端设置安装角位置传感器（例使用光电式角位置传感器、感应式角位置传感器、霍尔磁场式角位置传感器等）镗削结束，主轴停止并制动后首先由传感器检测主轴角位置，若刀具刀位点位于菲加工表面，则自动换向使工作台返回加工起点，若检测结果是刀具切削刃位于加工表面内，检测信号立刻驱动执行主轴点动、制动，刀具角位置的再次检测，力图以这样的方式使刀具脱离退刀禁止状态，但是由于主轴电机的极高转速（约3000rmin），点动后的随机状态将导致刀位点的不确定性，若检测的结果仍然是刀位点位于已加工表面，则再一次执行下一次的点动调整操作，可以清楚地看到该方案显然是以牺牲加工效率为代价而勉强换取加工自动化和降低劳动强度，由于调整方案的粗糙、不合理和非人性化而不具有使用价值。

模拟数控机床主轴准停控制方式的调整是模仿移植数控机床中的主轴准停功能机电一体化装置或采用数控机床主轴C轴功能技术措施完成本机床主轴定向停止控制，数控机床的主轴准停功能机构主要应用于刀具库的换刀辅助操作，因其准停定位精度要求较高，所以机构的检测调节和定位止动系统结构复杂且精度高，技术难度大而成本高，采用这样的措施完成本机床的功能单一的主轴定向停止控制的性价比是很低的。

而数控机床的C轴功能是NC系统的旋转坐标轴控制加工功能，使用的圆光栅和光电编码盘等传感器完成角位置检测，反馈，再由NC系统完成联动插补轨迹控制实现工件轮廓切削加工，其工作精度和控制要求远远高于本机床工作工艺要求，并且结构复杂价格昂贵，显然仍是高成本低效益的控制方案。

这些方式虽然可以完成镗削后主轴角位置调整控制任务，但作为专用设备和特定工艺的控制要求加以应用均存在一定的技术缺陷，其中人工观察调整必然是费时费力低效且安全性差的方案；主电机点动调整方式显然是以牺牲工作效率为代价而换取加工过程自动化的不实用的控制方案；而移植数控机床中的主轴准停功能或采用主轴C轴功能技术完成本机床的功能单一的主轴定向停止控制则又是高成本低效益的控制方案。

由此分析可见，必须采用可靠、高效、低成本的主轴定向停止控制方法才是优化本机床控制系统的关键技术环节。

并且该方案要适应特定的控制精度要求以求得结构简化，技术改造成本低廉，具有较高的性能价格比。

1.3毕业设计的基本内容和意义

本毕业设计方案的设计要点是在指导教师的总体设计改造方案条件下，通过对该轴瓦专用精镗机床加工工艺要求和加工工作过程的分析，通过对该机床工作流程的分析，通过对该机床完成加工个工步对控制系统功能要求的分析，通过对加工设备机、电、液个功能部件的组成结构和工作原理的分析，通过对各种控制方案的控制特点，系统功能，控制能力和控制精度水平，系统组成结构的复杂性和难易程度、技术含量、可靠性和稳定性、安全性能和经济性的综合分析，制定编写切实可行，性价比高，安全可靠且技术含量高稳定性好的控制系统方案，在通过对设计方案的进一步论证，查阅相关资料，咨询指导教师，对方案进一步改进完善，进一步提高方案的理论上的正确性和完整性，然后绘制机械改造部件的装配图工作图样，绘制改造后的机床液压系统工作原理图，绘制控制系统硬件部分原理图工作图样，绘制控制软件流程图和用户控制程序控制梯形图，在设计方案基本完整和设计图样绘制结束的基础上，撰写设计论文，论文撰写力求条理清晰，论据充分，表述全面完整，所有的技术改造设计内容和技术条件均进行充分细致的讨论分析论述，相关技术数据和设计工作参数应列出明确条理的数据表格，尤其是对控制系统改造设计采用的可编程控制器部分的硬件系统设计和软件程序的设计内容、控制原理、组成特点、软件结构程序流程基本思路等关键技术部分的关键内容和要点，在论文中更必须认真条理的予以论证和说明。

所达到的设计

基本要求就是在可编程控制器（PLC）管理下，由高速切削并配合传感器采样、判断、低速调整的机电一体化主体。

第二章机床工作原理

2.1机床的组成

剖切滑动轴承（即轴瓦，对开滑动轴承）内孔圆柱表面精镗加工专用设备在国内大多数轴瓦行业基本均使用卧式结构布局的液压传动专用镗床，这类机床主要由床身、镗削主轴箱、工作台、镗削工艺装备液压夹具、机床液压传动系统、检测装置和电气控制系统等部件组成，其中镗削主轴箱目前高档的加工设备已升级为为静压主轴支承结构以确保镗削质量，而中低档的加工机床则使用单油契动压滑动轴承主轴支承结构或使用双列短圆柱滚子轴承构成机床主轴支承，检测控制系统一般位于机床主轴的尾端，采用的角位置检测器件多采用感应检测传感器件或光电检测传感器件，（完全没有必要采用价格昂贵的高精度高分辨率的角位置检测传感器，例如圆光栅，光电编码盘圆感应同步器等）改造后的控制系统中包括PLC控制单元和机床强电工作部分。

机床组成简图见图1。

图1机床组成结构原理图

1―监测装置2―主轴电机及调整装置3―主轴箱4―终点位置开关5―镗杆

6―刀具7―工进点位置开关8―夹紧油缸9―镗削夹具

10―工作台11―碰块12―起点位置开关13―床身14―进给油缸

2.2机床液压系统的组成和工作原理

为提高加工效率并减轻劳动强度，目前该类机床的加工过程循环及工件夹紧松开机构操作均采用液压传动工作方式，并通过电液联合控制实现半自动循环。

为使紧压力稳定以保证加工质量和工作安全性，系统中夹紧油缸的工作压力由系统工作压力经减压阀二次调节后提供。

2个压力继电器的作用是向PLC控制系统提供系统系统工作压力和夹具的夹紧压力信息，以确保加工过程中进给速度稳定，正常的快进快退速度及加工中的人生安全和设备安全。

在工件夹紧液压回路中，为防止加工中因阀用电磁铁意外失电使油路换向而造成夹具松开从而引发人生设备事故，特别地将该回路设计成阀用电磁铁得电松开工件、失电夹紧工件的工作方式。

液压系统原理图见图2。

图2机床液压系统原理图

1-二位四通电磁阀2－镗削胎具3－工件4－压板5－夹紧油缸

6－终点位置开关7－工进点位置开关8－工作台9－起点位置开关10－导轨

11－碰块12－进给油缸13－三位四通电磁阀14－夹紧压力继电器15－减压阀

16－溢流阀17－系统压力继电器18－调速阀19－二位二通电磁阀20－油泵

21－滤油器22－联轴器　23－三相异步电机24－油箱

当液压泵启动后，若供油系统正常，当系统工作压力达到溢流阀的设定压力时，压力继电器KP1激活动作，其常开触头动作闭合，并将该系统压力正常信号经PLC的X14输入点送至PLC。

PLC控制系统首先在初始化阶段驱动工作台返回加工