开题报告汤国鲁.docx
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开题报告汤国鲁
本科毕业(设计)论文开题报告
学生姓名汤国鲁
学号08B06070208
指导教师马良河
系别机械工程系
专业机械设计制造及其自动化
交稿日期2012年3月15日
教务处制
一、开题报告
毕业设计(论文)题目
刀裤自动换刀教学实验电气系统设计1
课题背景和意义:
背景:
从自动换刀系统发展的厉害来看,1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床,美国IBM公司同期也研究成功了APT(刀具程序控制装置)。
1958年美国K&T公司间就出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。
1967年出现FMS(柔性制造系统)。
1978年以后,加工中心迅速发展,带有ATC装置,可以实现多种工序加工的机床,步入了机床发展的黄金时代。
1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准,自动换刀系统便形成了同意的结构模式。
意义:
自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
在自动换刀装置中利用刀库实现自动换刀是目前多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。
刀库式自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置组成。
刀库可装在主轴箱、工作台或机床的其他部件上,也可作为单独部件安装在机床以外。
选刀时,刀具交换装置根据数控指令从刀库中选出所指定的刀具,然后从刀库和主轴(或刀架)取出刀具,并进行交换。
将新刀装入主轴(或刀架),把用过的旧刀放回刀库。
由于刀库可以存放数量很大的刀具(可以多达100把以上),因而能够进行复杂零件的多工序加工,这样就明显地提高了数控机床的适应性和加工效率,所以带刀库的自动换刀装置适用于数控钻床、数控镗床和加工中心。
研究的主要内容:
这次设计通过分析自动换刀装置的作用、功能、及摆放位置,分析了机械部分的结构特点及作用,气压回路的选择、计算和应用,电气部分的接线、功能和作用,程序的编制。
机械部分包括刀盘的驱动、定位;刀具的摆放形式与取刀形式;刀库的运动方式与驱动。
气压部分包括气压传动的特点、气缸的选择,流量与通径的计算,空气压缩机的选择及参数和气压回路图。
电路部分包括刀座编码的工作方式,步进电机驱动器的作用与连接,PLC的主要功能及特点。
程序部分包含斗笠式刀库控制流程图,PLC接线图,程序梯形图和工作过程。
研究方法(或技术路线):
(1)查阅相关资料,搜集课题所需资料,了解课题现状、课题研究的目的和意义,做好开题报告和文献综述;
(2)充分利用网络和计算机的功能,熟悉相关资料和设计要求;
(3)具体了解斗笠式刀库,绘制斗笠式刀库控制流程图,PLC接线图,程序梯形图和工作过程。
(4)理资料,撰写毕业设计(论文)说明书。
预期结果:
1.了解刀库类型
2.了解刀库各部分的结构及功能
3.程序编制
具体了解斗笠式刀库,绘出控制流程图.PLC接线图.梯形图,写出工作过程
进度计划:
开题工作:
完成《开题报告》、《文件综述》和《外文翻译》。
设计工作:
完成斗笠式加工中心自动换刀系统的研究和设计
1.确定毕业设计课题与指导老师联系,明确设计要求与设计任务;第八学期第一周2.查找、借阅有关毕业设计课题内容的资料(包括英文文献);第八学期第二周3.通过阅读资料了解毕业设计课题背景及意义指导;第八学期第二周4.收集资料,阅读参考资料完成外文翻译,文献综述;第八学期第二周5.指导老师检查学生的资料,对开题报告的内容进行辅导;第八学期第三周6.完成开题报告的初稿,在指导老师辅导下进行修改,定稿;第八学期四周7.开题报告提交;第八学期四周8.在实训楼完成系统原理安装接线图,并完成接线安装;第八学期第五至七周10.学生在教师指导下进行设计,研究,收集资料,开始撰写毕业论文;第八学期第五周至第九周11.完成毕业设计说明书初稿并修改;第八学期第十周至十一周12.毕业设计说明书定稿;第八学期第十二至十三周13.学生完成设计(论文),并交指导教师批阅,评阅教师评阅;第八学期第十四至十五周14.毕业设计(论文)答辩第八学期第十六周
指导教师意见:
指导教师签名:
年月日
系部意见
审查结果:
□同意□不同意
系主任签名:
年月日
二、阅读文献目录
序号
文献名
文献出处
文献发表时间
1
数控机床及其应用
国防工业出版社
2006
2
数控机床
东南大学出版社
2005
3
数控加工编程及操作
高等教育出版社
2005
4
数控机床加工工艺及设备
电子工业出版社
2005
5
加工中心自动换刀装置类型综述及设计特点
机械设计与研
究
2001
6
数控机床结构及应用
机械工业出版社
2006
7
小型立式加工中心无机械手自动换刀装置的设计
机床与液压
2006
8
加工中心的自动换刀方式及Pc实现方法
现代机械
2001
9
斗笠式刀库换刀过程的控制
信息技术
2006
10
机床数控技术应用
高等教育出版社
1998
11
高级加工中心
天津科学技术出版杜
2004
12
数控机床及应用
清华大学出版社
2002
13
数控技术
湖北科技技术出版社
2000
14
数控技术课程设计
华中科技大学出版社
2007
15
数控加工编程及操作
高等教育出版社
2005
16
现代数控机床伺服及检测技术
国防工业出版社
2005
17
18
19
20
21
22
三、文献综述
注意:
学生阅读文献后,必须写出3000字左右的综述,作为开题内容之一。
(可增页)
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
在自动控制理论中,伺服系统叫做随动控制系统,它与恒值控制系统相对应。
在数控机床中,伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。
伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲,经变换和放大,再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。
这些轴有的带动工作台,有的带动刀架,通过几个坐标轴的综合联动,使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动,加工出所要求的复杂形状工件。
进给伺服系统是数控装置和机床机械传动部件问的联系环节,是数控机床的重要组成部分。
它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件,并涉及到强电与弱电控制,是一个比较复杂的控制系统。
要使它成为一个既能使各部件互相配合协调工作,又能满足相当高的技术性能指标的控制系统,的确是一个相当复杂的任务。
在现有技术条件下,CNC装置的性能已相当优异,并正在迅速向更高水平发展,而数控机床的最高运动速度、跟踪及定位精度、加工表面质量、生产率及工作可靠性等技术指标,往往又主要决定于伺服系统的动态和静态性能。
数控机床的故障也主要出现在伺服系统上。
可见提高伺服系统的技术性能和可靠性,对于数控机床具有重大意义,研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。
一般主轴驱动系统只要满足主轴调速及正反转功能即可,但当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时,就对主轴提出了相应的位置控制要求。
此时,主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统,只不过控制较为简单。
位置控制系统通常分为开环和闭环控制两种。
开环控制不需要位置检测与反馈;闭环控制需要有位置检测与反馈环节,它是基于反馈控制原理工作的。
[16]
在机械制造行业中,机床是一种主要的生产设备。
机械制造行业的产品,其结构日趋复杂,精度和性能要求日趋提高,因此对生产设备——机床也相应地提出了高效率、高精度和高自动化的要求。
大批大量生产的产品,如汽车、拖拉机与家用电器的零件,为了提高产量和质量,广泛采用组合机床、凸轮控制的多刀多工位机床以及专用的自动生产线和自动化车间进行加工。
但是应用这类专用机床和生产设备,生产准备周期长,使更新产品及修改加工工艺的时间较长,费用较高,制约了产品的更新换代。
在制造行业中,单件与小批量产品占到70%~80%,这类产品的零件一般都采用通用机床来加工,通用机床的自动化程度不高,基本上由人工操作,难于提高生产效率和保证产品质量。
特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件,只能借助划线和样板用手工操作的方法来加工,或者利用靠模和仿形机床来加工,其加工精度和生产效率仍会受到很大的限制。
数控机床,就是为了解决单件、小批量,特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。
1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院(MIT)合作研制了第一台三坐标数控铣床,它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果,是一种新型的机床,可用于加工复杂曲面零件。
该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命,使机械制造业的发展进人了一个新的阶段。
[13]
在对国内外加工中心(MachineCenter,简称MC)自动换刀装置(AutotomaticToolChanger,简称ATC)广泛调查研究的基础上,对加工中心ATC的组成结构、类型、特点以及各部分的相互关系做了系统全面的分析和归纳,进一步分析了自动换刀装置各部分的功能、基本换刀动作及其设计要求。
提出ATC的创新设计问题以及抽象—分析—综合三步走的创新设计思想,为加工中心自动换刀装置系统化的创新设计做了有意义的探索。
自动换刀装置(AutomaticToolChanger)简称ATC,作为加工中心的重要组成部分,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,以提高生产率、降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。
所以ATC在加工中心中扮演着极重要的角色。
[5]
斗笠式刀库的动作过程
斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动,首先,取下主轴上原有刀具,当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时,主轴向上移动脱离刀具;其次主轴安装新刀具,这时刀库转动,当目标刀具对正主轴正下方时,主轴下移,使刀具进入主轴锥孔内,刀具夹紧后,刀库退回原来的位置,换刀结束。
刀库具体动作过程如下:
1.1刀库处于正常状态,此时刀库停留在远离主轴中心的位置。
此位置一般安装有信号传感器(为了方便理解,定义为A),传感器A发送信号输送到数控机床的PLC中,对刀库状态进行确认。
1.2数控系统对指令的目标刀具号和当前主轴的刀具号进行分析。
如果目标刀具号和当前主轴刀具号一致,直接发出换刀完成信号。
如果目标刀具号和当前主轴刀具号不一致,启动换刀程序,进入下一步。
1.3主轴沿Z方向移动到安全位置。
一般安全位置定义为Z轴的第一参考点位置,同时主轴完成定位动作,并保持定位状态;主轴定位常常通过检测主轴所带的位置编码器一转信号来完成。
1.4刀库平行向主轴位置移动。
刀库刀具中心和主轴中心线在一条直线上时为换刀位置,位置到达通过信号传感器(B)反馈信号到数控系统PLC进行确认。
1.5主轴向下移动到刀具交换位置。
一般刀具交换位置定义为Z轴的第二参考点,在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。
1.6刀库抓刀确认后,主轴吹气松刀。
机床在主轴部分安装松刀确认传感器(C),数控机床PLC接收到传感器C发送的反馈信号后,确认本步动作执行完成,允许下一步动作开始。
1.7主轴抬起到Z轴第一参考点位置。
此操作目的是防止刀库转动时,刀库和主轴发生干涉。
1.8刀库旋转使能。
数控系统发出刀库电机正/反转启动信号,启动刀库电机的转动,找到指令要求更换的目标刀具,并使此刀具位置的中心与主轴中心在一条直线上。
1.9主轴沿下移到Z轴的第二参考点位置,进行抓刀动作。
1.10主轴刀具加紧。
加紧传感器(D)发出确认信号。
1.11刀库向远离主轴中心位置侧平移,直到PLC接收到传感器A发出的反馈确认信号。
1.12主轴定位解除,换刀操作完成。
刀库仅有以上四个传感器是不够的,为了保证数控机床的安全,保证刀库的换刀顺利完成,在斗笠式刀库中一般还安装刀库转动到位确认传感器(E),保证刀库转动停止时,刀具中心线位置和主轴中心线在一条直线上。
斗笠式刀库换刀过程常见故障分析
数控机床刀库部分故障率相对较高,根据以往的工作经验,对斗笠式刀库在换刀过程中常见故障现象及原因总结以下几条:
例1故障现象:
数控系统发出换刀指令,刀库不动作。
原因分析:
①检查机床的操作模式是否正确?
机床是否锁住状态?
指令是否正确?
这些原因虽然简单,但也是初学者容易犯的错误;②检查数控机床的压缩空气,检查空气的气压是否在要求范围内?
一般数控机床常用的压缩空气压力在0.5MP~0.6MP之间,如果所提供的压缩空气压力低于这个范围,刀库在换刀过程中由于压力不够,造成不动作;③检查刀库的初始状态是否正常,即检查传感器A、E的状态是否良好?
输送到数控系统PLC的入口信号是否正确?
可以通过数控系统提供的PLC地址诊断功能帮助检查。
例2故障现象:
刀库移动到主轴中心位置,但不进行接下的动作。
原因分析:
①检查刀库到主轴侧的确认信号传感器B、E是否良好?
发送到数控系统PLC中的信号状态是否正常?
此故障现象多由于传感器不良造成;②如果传感器状态及信号都正常,请检查主轴刀具是否加紧?
③检查主轴定位是否完成?
④确认第一参考点返回是否完成?
例3故障现象:
刀库从主轴取完刀,不旋转到目标刀位。
原因分析:
一般刀库的旋转电机为三相异步电动机带动,如果发生以上故障,要进行以下检查:
①参照机床的电气图纸,利用万用表等检测工具检查电机的启动电路是否正常?
②检查刀库部分的电源是否正常?
交流接触器与开关是否正常?
一般刀库主电路部分的动力电源为3相交流380V电压,交流接触器线圈控制部分的电源为交流110V或直流24V,检查此部分的电路并保证电路正常;③如果在保证以上部分都正常的情况下,检查刀库驱动电机是否正常?
④如果以上故障都排除,请考虑刀库机械部分是否有干涉的地方?
刀库旋转驱动电机和刀库的连接是否脱离?
例3故障现象:
主轴抓刀后,刀库不移回初始位置。
原因分析:
①检查气源压力是否在要求范围?
②检查刀库驱动电机控制回路是否正常?
刀库控制电机正、反转实现刀库的左、右平移,如果反转控制部分故障,容易出现以上故障;③检查刀库控制电机;③检查主轴刀具抓紧情况,主轴刀具抓紧通过加紧传感器D发出回馈信号到数控系统,如果数控系统接受不到传感器D发送的加紧确认信号,刀库不执行下面的动作;④检查刀库部分是否存在机械干涉现象。
加工中心采用斗笠式刀库换刀,一般刀库的平移过程通过汽缸动作来实现,所以在刀库动作过程中,保证气压的充足与稳定非常重要,操作者开机前首先要检查机床的压缩空气压力,保证压力稳定在要求范围内。
对于刀库出现的其他电气问题,维修人员参照机床的电气图册,通过分析斗笠式刀库的动作过程,一定能找出原因,解决问题,保证设备的正常运转。
[9]
四、文献翻译
注意:
每个学生必须提交15000个以上印刷符号、与课题研究密切相关的外文文献的中文翻译文章或者读书报告。
(可增页)
外文文献翻译
注意:
请将外文文献原文复印件附在后面。
- 配套讲稿:
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