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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文 設計 任務書 論文 設計 題目 YM3150E 型滾齒機的控制系統(tǒng)的 PLC 改造 學號 2006183827 姓名 李增 專業(yè) 機械設計制造及其自動 化 指導教師 張高峰 系主任 一 主要內容及基本要求 1 檢索國內外可編程控制器 PLC 的發(fā)展動態(tài) 分析國內現狀 2 分析傳統(tǒng)電氣控制電路和可編程控制系統(tǒng)的特點 3 完成該型滾齒機控制系統(tǒng) PLC 改良中 PLC 硬件的選擇 4 完成該型滾齒機控制系統(tǒng) PLC 改良中軟件的設計 5 總結設計中的體會和收獲 6 完成畢業(yè)論文的文稿工作 要求字數 8000 千左右 使用 A4 編輯及打印裝 訂成冊 7 翻譯英文技術資料 翻譯國外機械類開發(fā)及研究的論文資料 要求 3000 單詞 二 重點研究的問題 1 基于可編程控制器的滾齒機控制系統(tǒng)改良 2 供滾齒機控制系統(tǒng)改良的可編程控制器的硬件選擇 3 供滾齒機控制系統(tǒng)改良的可編程控制器的軟件設計 三 進度安排 序號 各階段完成的內容 完成時間 1 資料檢索 查詢 2010 年 3 月 1 日 3 月 15 日 2 總體方案的構思和設計 2010 年 3 月 16 日 3 月 31 日 3 完成 PLC 改良的系統(tǒng)總體設計 2010 年 4 月 1 日 4 月 15 日 4 完成 PLC 改良的硬件選擇 2010 年 4 月 16 日 4 月 23 日 5 完成 PLC 改良的軟件設計 2010 年 4 月 24 日 5 月 10 日 6 畢業(yè)論文撰寫和編輯 2010 年 5 月 11 日 5 月 23 日 7 交畢業(yè)論文說明說和圖紙 2010 年 5 月 24 日 6 月 1 日 8 準備答辯 2010 年 6 月 2 日 6 月 6 日 四 應收集的資料及主要參考文獻 1 熊蔡容 電氣邏輯控制技術 M 科學技術出版社 1999 2 廖常初 可編程控制器應用技術 M 重啟大學出版社 1996 3 黃義源 機械設備電器與數字控制 M 中央廣播電視大學出版社 1993 4 鄭鳳翼 鄭丹丹 趙春江 梯形圖和語句表 人民郵電出版社 2006 5 5 王阿根 電氣可編程控制原理與應用 清華大學出版社 2007 4 6 張高峰 陳資濱 YM3150E 精密滾齒機的 PLC 的改造 計算機 PLC 應用機 床電器 2002 NO 3 7 王少江 侯力 匡紅 滾齒機控制系統(tǒng)的數控化研究 機床與液壓 2009 37 7 8 張鳳友 滾齒機微機控制系統(tǒng)設計 學位論文 1998 9 趙曉運 鄭勝利 YM3150E 型滾齒機的控制系統(tǒng)的 PC 改造 河南機電 高 等專科學校學報 2006 14 5 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書 題 目 YM3150E 型滾齒機控制系統(tǒng)的 PLC 改造 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 2006183827 姓 名 李增 指導教師 張高峰 完成日期 2010 05 28 目錄 摘 要 1 關鍵詞 1 一 前 言 2 1 1 PLC 的 國內外的狀況 2 1 2 PLC 的組 成及特點 4 1 3 PLC 的 用途 5 1 4 PLC 常用語言 6 1 5 本課題 的主要任務 6 二 整體方 案的選擇 7 2 1 整體 功能介紹 7 2 2 控制 要求 7 2 3 電器說明 8 2 4 保護裝置 8 2 5 電氣原理圖 電器接線圖 8 三 硬件 系統(tǒng)設計 9 3 1 PLC 機型 的選擇步驟與原則 9 3 2 F1 系列 PLC 的指令系統(tǒng)簡介 10 3 3 YM3150E 型滾齒機的硬件系統(tǒng)設計 11 四軟件系 統(tǒng)的設計 13 4 1 PLC 程序 設計的相關指令 13 4 2 根據 控制要求繪制梯形圖 15 五結束 語 16 小結 17 致謝 18 參考 文獻 19 附錄 1 程序 20 附錄 2 外文文獻翻譯 23 附錄 3 外文文獻原文 34 1 YM3150E 型精密滾齒機的 PLC 改造 摘要 近年來 作為機電一體化重要技術的可編程序控制器 PLC 產品的集成度越來越高 工作速度越 來越快 功能越來越強 使用越來越方便 特別是遠程通信功能的實現 易于實現柔性加工和制造系統(tǒng) 使 得 PLC 如虎添翼 本文簡要的介紹了 YM3150E 型精密滾齒機的控制原理 并利用 PLC 對滾齒機進行 改造 設計 PLC 控制系統(tǒng) 使?jié)L齒機的控制更加方便 關鍵詞 滾齒機 控制系統(tǒng) 機電一體化 PLC Reconstruction of YM3150E Precision Gear Hobbing Machine by PLC Abstract In recent years as an important technology in Mechatronics Programmable Logic Controller PLC products are more integrated working faster and faster more powerful in function more and more convenient to use especially in telecommunications function implementation it is easy to implement flexible processing and manufacturing systems makes the PLC even more powerful This article briefly describes YM3150E Precision hobbing machine control principle and to use PLC to reform of the hobbing machine PLC control system designed to enable gear hobbing machine control more convenient Keyword Hobbing Machine Control System Mechatronics PLC 2 1 前言 現代科學技術的不斷發(fā)展 極大地推動了不同學科的交叉與滲透 導致了工程領域 的技術革命與改造 在機械工程領域 由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其 向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化 使機械工業(yè)的技術結構 產品機構 功能與 構成 生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化 使工業(yè)生產由 機械電氣化 邁入了 機電一體化 為特征的發(fā)展階段 PLC 作為機電一體化的一個重要的進程 在機械電 氣化的過程中起著很大的作用 現在還是這樣 隨著 PLC 本身的發(fā)展 它的應用范圍 越來越廣 功能越來越強的 可編程序控制器 programmable Logic Controller 是一種數字運算操作電子系 統(tǒng) 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計 它采用了可編程序的存儲器 用來在其內部存儲 執(zhí)行邏輯運算 順序控制 定時 計數和算術運算等操作的指令 并通過數字的 模 擬的輸入和輸出 控制各種類型的機械或生產過程 可編程序控制器及其有關的外圍 設備 都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體 易于擴充其功能的原則設計 1 1 PLC 的國內外的狀況 在工業(yè)生產過程中 大量的開關量順序控制 它按照邏輯條件進行順序動作 并 按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制 及大量離散量的數據采集 傳統(tǒng)上 這些功 能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的 1968 年美國 GM 通用汽車 公司提出取代繼 電氣控制裝置的要求 第二年 美國數字設備公司 DEC 研制出了基于集成電路和電 子技術的控制裝置 首次采用程序化的手段應用于電氣控制 這就是第一代可編程序 控制器 稱 Programmable 是世界上公認的第一臺 PLC 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 計數功能 20 世紀 70 年代初出現 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 數據傳送及處理 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 機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物 個人計算機 簡稱 PC 發(fā)展起來后 為 了方便 也為了反映可編程控制器的功能特點 可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller PLC 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)抗干擾設計 模擬量運算 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現代工業(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用 這個時期可編程 3 控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模 高速度 高性能 產品系列化 這個階段的另一個特點 是世界上生產可編程控制器的國家日益增多 產量日益上升 這標志著可編程控制器 已步入成熟階段 上世紀 80 年代至 90 年代中期 是 PLC 發(fā)展最快的時期 年增長率一直保持為 30 40 在這時期 PLC 在處理模擬量能力 數字運算能力 人機接口能力和網絡能 力得到大幅度提高 PLC 逐漸進入過程控制領域 在某些應用上取代了在過程控制領域 處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng) 20 世紀末期 可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(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 轉速 位移等各式各樣的控制場合 從產品的配 套能力來說 生產了各種人機界面單元 通信單元 使應用可編程控制器的工業(yè)控制 設備的配套更加容易 目前 可編程控制器在機械制造 石油化工 冶金鋼鐵 汽車 輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展 我國可編程控制器的引進 應用 研制 生產是伴隨著改革開放開始的 最初是 在引進設備中大量使用了可編程控制器 接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷 擴大了 PLC 的應用 目前 我國自己已可以生產中小型可編程控制器 上海東屋電氣 有限公司生產的 CF 系列 杭州機床電器廠生產的 DKK 及 D 系列 大連組合機床研究所 生產的 S 系列 蘇州電子計算機廠生產的 YZ 系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在 工業(yè)產品中獲得了應用 此外 無錫華光公司 上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我 國比較著名的 PLC 生產廠家 可以預期 隨著我國現代化進程的深入 PLC 在我國將有 更廣闊的應用天地 4 1 2 PLC 的組成及特點 從結構上分 PLC 分為固定式和組合式 模塊式 兩種 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 顯示面板 內存塊 電源等 這些元素組合成一個不可拆卸的整體 模塊式 PLC 包括 CPU 模塊 I O 模塊 內存 電源模塊 底板或機架 這些模塊可以按照一定 規(guī)則組合配置 這里主要介紹一下它的 CPU CPU 是 PLC 的核心 起神經中樞的作用 每套 PLC 至 少有一個 CPU 它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據 用掃描的 方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據 并存入規(guī)定的寄存器中 同時 診斷電 源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 進入運行后 從用戶程序 存貯器中逐條讀取指令 經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號 去指揮 有關的控制電路 CPU 主要由運算器 控制器 寄存器及實現它們之間聯(lián)系的數據 控 制及狀態(tài)總線構成 CPU 單元還包括外圍芯片 總線接口及有關電路 內存主要用于存 儲程序及數據 是 PLC 不可缺少的組成單元 在使用者看來 不必要詳細分析 CPU 的 內部電路 但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解 CPU 的控制器控制 CPU 工作 由它讀取指令 解釋指令及執(zhí)行指令 但工作節(jié)奏由震蕩信號控制 運算器用于進行 數字或邏輯運算 在控制器指揮下工作 寄存器參與運算 并存儲運算的中間結果 它也是在控制器指揮下工作 CPU 速度和內存容量是 PLC 的重要參數 它們決定著 PLC 的工作速度 IO 數量及軟件容量等 因此限制著控制規(guī)模 5 1 3 PLC 的用途 PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置 使其應用受到限制 但近年來由于微 處理器芯片及有關元件價格大大下降 使 PLC 的成本下降 同時又由于 PLC 的功能大大 增強 使 PLC 的應用越來越廣泛 廣泛應用于鋼鐵 水泥 石油 化工 采礦 電力 機械制造 汽車 造紙 紡織 環(huán)保等行業(yè) PLC 的應用通常可分為五種類型 1 順序控制 這是 PLC 應用最廣泛的領域 用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制 PLC 可應用于單機控制 多機群控 生產自動線控制等 如注塑機 印刷機械 訂書機 械 切紙機械 組合機床 磨床 裝配生產線 電鍍流水線及電梯控制等 2 運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或 多軸位置控制模版 在多數情況下 PLC 把掃描目標位置的數據送給模版塊 其輸出移 動一軸或數軸到目標位置 每個軸移動時 位置控制模塊保持適當的速度和加速度 確保運動平滑 相對來說 位置控制模塊比計算機數值控制 CNC 裝置體積更小 價 格更低 速度更快 操作方便 3 閉環(huán)過程控制 PLC 能控制大量的物理參數 如溫度 壓力 速度和流量等 PID Proportional Intergral Derivative 模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功能 即 一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制 當過程控制中某一個變量出現偏差時 PID 控制算法會計算出正確的輸出 把變量保持在設定值上 4 數據處理 在機械加工中 出現了把支持順序控制的 PLC 和計算機數值控制 CNC 設備緊密結合的趨向 著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10 11 12 系列 已將 CNC 控制功能作為 PLC 的一部分 為了實現 PLC 和 CNC 設備之間內部數據自由傳 遞 該公司采用了窗口軟件 通過窗口軟件 用戶可以獨自編程 由 PLC 送至 CNC 設 備使用 美國 GE 公司的 CNC 設備新機種也同樣使用了具有數據處理的 PLC 預計今后 幾年 CNC 系統(tǒng)將變成以 PLC 為主體的控制和管理系統(tǒng) 5 通信和聯(lián)網 為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化 FA 系統(tǒng) 柔性制 造系統(tǒng) FMS 及集散控制系統(tǒng) DCS 等發(fā)展的需要 必須發(fā)展 PLC 之間 PLC 和上級 計算機之間的通信功能 作為實時控制系統(tǒng) 不僅 PLC 數據通信速率要求高 而且要 考慮出現停電故障時的對策 6 1 4 PLC 常用語言 可編程控制器中有多種程序設計語言 它們是梯形圖語言 布爾助記符語言 功能 表圖語言 功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等 梯形圖語言和布爾助記符語言 是基本程序設計語言 它通常由一系列指令組成 用這些指令可以完成大多數簡單控 制功能 例如 代替繼電器 計數器 計時器完成順序控制和邏輯控制等 擴展或增 強指令集 它們也能執(zhí)行其它基本操作 功能表圖語言和語句描述語言是高級程序設 計語言 它可需要去執(zhí)行更有效操作 例如 模擬量控制 數據操縱 報表報印和其 他基本程序設計語言無法完成功能 功能模塊圖語言采用功能模塊圖形式 軟連接方 式完成所要求控制功能 它可編程序控制器中到了廣泛應用 集散控制系統(tǒng)編程和組 態(tài)時也常常被采用 它具有連接方便 操作簡單 易于掌握等特點 為廣大工程設計 和應用人員所喜愛 可編程器應用范圍 程序設計語言可以組合使用 常用程序設計語言是 梯形圖程序設計語言 布爾助記符程序設計語言 語句表 功能表圖程序設計語言 功能模塊圖程序設計語言 結構化語句描述程序設計語言 梯形圖與結構化語句描述程序設計語言 布爾助記符與功能表圖程序設計語言 布爾助記符與結構化語句描述程序設計語言 1 5 本課題的主要任務 本文主要是對 YM3150E 滾齒機進行電氣化改造 利用 PLC 進行控制設計 要求邏輯 控制的正確性 機械能在新的控制系統(tǒng)下能夠正常的平穩(wěn)的運行 可靠性好 可操作 性好 操作更加安全 方便 7 2 整體方案的選擇 2 1 整體功能介紹 重慶機床廠生產的 YM3150E 型精密滾齒機采用了傳統(tǒng)的接觸器 繼電器控制系 統(tǒng) 繼電接觸器控制系統(tǒng)是使用按鈕 開關 行程開關 繼電器 接觸器等組成的控 制系統(tǒng) 它通過電氣觸點的閉合和分斷來控制電路的接通與斷開 實現對電動機拖動 系統(tǒng)的起動 停止 調速 自動循環(huán)與保護等自動控制 它具備控制器件結構簡單 價格低廉 控制方式直觀 容易掌握 工作可靠易維護等優(yōu)點 但是體積較大 控制 速度慢 改變控制功能必須通過改變接線來完成 比較麻煩和困難 在現在工廠的實 際操作中 越來越不適應現場控制 本文就針對新的方案解決 YM3150E 型精密滾齒機 難控制的問題 使用 PLC 對它進行改造 該機床由液壓泵電機 主電機 冷卻電機和快速移動電機組成 液壓泵電機主要 是提供液壓閥的壓力來潤滑機械等功能 冷卻電機提供機械的冷卻循環(huán)系統(tǒng) 使得機 械的溫度不至于過高 控制在一定的范圍里 快速移動電機用于裝置的快速移動 提 高非工作時段的效率 以提高整體的效率 2 2 控制要求 在這些電機中有一定的啟動順序 只有滿足一定的啟動要求后才能確保機械的安 全使用 保證它的穩(wěn)定性 所以必須在液壓泵電機起動并使水銀繼電器觸點閉合以后 主電機才能起動 在主電機起動以后冷卻電機才能起動 當液壓泵電機停止以后整個 機床處于停止工作狀態(tài) 當電箱門打開時電箱門壓動行程開關斷開 整個機床處于斷 電狀態(tài) 以防止觸電 當傳動箱門打開時傳動箱門壓動式行程開關處于斷開狀態(tài) 機 床不能起動 必須把門關上以后主電機才能起動 一旦機床起動以后主電機控制系統(tǒng) 自鎖則可以打開傳動箱門觀察齒輪潤滑情況 并且軸向運動有超行程保護開關為軸向 超行程保護開關 切向運動有超行程保護開關為切向超行程保護開關對機床進行軸向 和徑向運動的保護 8 2 3 電氣說明 1 首先啟動液壓電動機 1D 當供油潤滑達到正常后 FJ 浮子繼電器接通 潤滑 信號燈亮 才能啟動其余電動機 2 只有主電動機 2D 啟動后 冷卻電動機 3D 才能啟動 主電動機停止工作 冷卻電動機也停止工作 3 在刀架快速向下時 電磁閥 2DT 接通 4 只有當手柄 1 3XK 處于快速位置時 軸 切 向快速電動機才能起動 5 電氣操作站工作臺快速按鈕 4K 處于 退后 時 電磁閥 1DT 無電 工作臺向 后快速 處于 向前 時 電磁閥 1DT 有電 工作臺向前快速 2 4 保護裝置 1 短路保護 本機床采用自動空氣斷路器 作為電源開關 并作為主電動機 2D 的保 護電路 液壓電動機 1D 和軸 切 向快速電動機 4D 用 1RD 做短路保護 冷卻電動機 3D 用 2RD 作短路保護 交流控制線路變壓器用 3RD 作短路保護 照明線路用 4RD 做短路保護 指示燈線 路用 5RD 作短路保護 2 過載保護 液壓電動機 1D 主電動機 2D 及冷卻電動機 3D 分別采用熱繼電器 1RJ 2RJ 及 3RJ 作過載保護 3 行程保護 1XK 為軸向行程開關 7XK 為切向行程開關 2XK 4XK 是軸向超行程開 關 8XK 9XK 是切向超行程開關 4 其他保護 當傳動箱打開時 5XK 6XK 斷開 不能啟動機床 所以必須把門關閉 才行 一旦機床起動后則可打開齒輪箱門 以觀察潤滑情況 主軸沖動時例外 電箱 門打開時不能啟動機床 因為 10XK 已打開 以防觸電 2 5 電氣原理圖 電氣接線圖見附圖紙 9 3 硬件系統(tǒng)設計 3 1 PLC 機型的選擇步驟與原則 隨著 PLC 技術的發(fā)展 PLC 產品的種類也越來越多 不同型號的 PLC 其結構形式 性能 容量 指令系統(tǒng) 編程方式 價格等也各有不同 適用的場合也各有側重 因 此 合理選用 PLC 對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術經濟指標有著重要意義 PLC 的選擇主要應從 PLC 的機型 容量 I O 模塊 電源模塊 特殊功能模塊 通 信聯(lián)網能力等方面加以綜合考慮 PLC 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠 維護方便的前提下 力爭 最佳的性能價格比 選擇時主要考慮以下幾點 1 合理的結構型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式 整體式 PLC 的每一個 I O 點的平均價格比模塊式的便宜 且體積相對較小 一般用 于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中 而模塊式 PLC 的功能擴展靈活方便 在 I O 點數 輸入點數與輸出點數的比例 I O 模塊的種類等方面選擇余地大 且維修方 便 一般于較復雜的控制系統(tǒng) 2 安裝方式的選擇 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式 遠程 I O 式以及多臺 PLC 聯(lián)網的分布式 集中式不需要設置驅動遠程 I O 硬件 系統(tǒng)反應快 成本低 遠程 I O 式適用于 大型系統(tǒng) 系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣 遠程 I O 可以分散安裝在現場裝置附近 連線 短 但需要增設驅動器和遠程 I O 電源 多臺 PLC 聯(lián)網的分布式適用于多臺設備分別 獨立控制 又要相互聯(lián)系的場合 可以選用小型 PLC 但必須要附加通訊模塊 3 相應的功能要求 一般小型 低檔 PLC 具有邏輯運算 定時 計數等功能 對于只需要開關量控制的 設備都可滿足 對于以開關量控制為主 帶少量模擬量控制的系統(tǒng) 可選用能帶 A D 和 D A 轉換單元 具有加減算術運算 數據傳送功能的增強型低檔 PLC 對于控制較復 雜 要求實現 PID 運算 閉環(huán)控制 通信聯(lián)網等功能 可視控制規(guī)模大小及復雜程度 選用中檔或高檔 PLC 但是中 高檔 PLC 價格較貴 一般用于大規(guī)模過程控制和集散控 制系統(tǒng)等場合 4 響應速度要 PLC 是為工業(yè)自動化設計的通用控制器 不同檔次 PLC 的響應速度一般都能滿足其 應用范圍內的需要 如果要跨范圍使用 PLC 或者某些功能或信號有特殊的速度要求時 則應該慎重考慮 PLC 的響應速度 可選用具有高速 I O 處理功能的 PLC 或選用具有快 速響應模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等 5 系統(tǒng)可靠性的要求 10 對于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足 對可靠性要求很高的系統(tǒng) 應考慮是否采 用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng) 6 機型盡量統(tǒng)一 根據上面的選擇原則和根據 YM3150E 型滾齒機控制系統(tǒng)輸人輸出點數的需要這次 對 YM3150E 滾齒機的改造采用三菱公司生產 F1 40MR 日本三菱公司生產的 PLC 以其 體積小 控制靈活 具有良好的性價比等特點而在我國機械設備和工業(yè)控制中應用廣 泛 3 2 F1 系列 PLC 的指令系統(tǒng)簡介 1 F1 系列 PLC 的指令可分為兩大類 基本邏輯指令 又稱為通用邏輯指令 是 PLC 中最基本的編程語言 用于開關量 I O 的控制系統(tǒng)的梯形圖程序設計 共二十條 掌握了它們也就初步掌握了 PLC 的使用 方法 基本上就滿足開關量邏輯控制系統(tǒng)的編程了 特殊功能指令 共 87 條 可用于編程特殊程序 如高速 I O 處理 數據傳輸 計 數器的特殊用法 算術運算和模擬量控制等 2 F1 系列 PLC 的基本邏輯指令又分為四大類 作用于觸點的指令 LD LDI AND ANI OR ORI 等 作用于線圈的指令 OUT 數據處理指令 如 S R RST SFT MC MCR PLS SFT CJP EJP 等 獨立使用的指令 如 ANB ORB END 等 3 F1 40MR 的編程元件 F1 40MR 的編程元件的名字有字母和數字表示 它們分別表示元件的類型和元件 號 元件號用八進制表示 各種編程元件的編號的取值范圍有嚴格的規(guī)定 不同的元 件編號不相同 互不重疊 具體安排如下 輸入繼電器 X 400 413 500 513 輸出繼電器 Y 430 437 530 537 定時器 T 50 57 450 457 550 557 650 657 計數器 C 60 67 460 467 560 567 660 667 輔助繼電器 M 100 377 其中 300 377 斷電保持 狀態(tài)寄存器 S 600 647 特殊輔助繼電器 M 70 71 72 73 76 77 等 16 個 11 3 3 YM3150E 型滾齒機的硬件系統(tǒng)設計 通過對 YM3150E 型滾齒機功能實現分析后 可以得到要它的外部需要的控制圖 需 要的開關和繼電器 并對這些開關和繼電器進行必要的編號 以有效的表示它們 增 強可讀性 下面是對相關的硬件的編號 J 及相關的硬件接線圖如圖 1 X0 SB1 主電機起動按鈕 X1 SB2 主電機停止按鈕 X2 SB3 軸向快速反轉點動按鈕 X3 SB4 軸向快速電機正轉點動按鈕 X4 SQ0 電箱門壓動行程開關 X5 SQ1 軸向行程開關 X6 X 10 SQ2 SQ4 軸向超行程保護開關 X7 SQ3 軸向快速移動手柄壓動式行程開關 X11 X12 SQ5 SQ6 傳動箱門壓動式行程開關 X13 SQ7 切向行程開關 X14 X15 SQ8 SQ9 切向超行程保護開關 X 16 SA1 液壓泵電機起動操作開關 X17 SA6 主電機起動與點動切換開關 X20 SA3 主電機正反轉切換開關 X21 SA5 冷卻液電機起動開關 X22 SA4 徑向快速移動刀開關 X23 SA2 照明電源開關 X24 K1 水銀繼電器觸點 Y0 KM1 液壓泵電機接觸器線圈 Y1 KM2 主電機正轉接觸器線圈 Y2 KM3 主電機反轉接觸器線圈 Y3 KM4 冷卻電機接觸器線圈 Y4 KM5 軸向快速移動電機正轉接觸器線圈 Y5 KM6 軸向快速移動電機反轉接觸器線圈 Y6 YA1 徑向移動油缸電磁換向閥電磁鐵線圈 Y7 YA2 平衡油缸電磁換向閥電磁鐵線圈 Y10 照明電源輸出端 12 圖 1 在這些開關 SB1 SB4 屬于按鈕開關 SQ0 SQ9 屬于限位 行程 開關 SA1 SA6 是表示控制開關 在這些開關當中限位開關是起保護作用的 如 SQ8 SQ9 切向超行程 保護開關 SQ2 SQ4 軸向超行程保護開關 如由上圖可以看出來 PLC 的外部接線圖 當 PLC 的控制邏輯程序寫入后 就可以進行測試的 下面我們就開始進行軟件系統(tǒng)的 設計 它是實現外部硬件的邏輯 所以是非常重要的 只有設計的合理 才能保證機 器的正常運行 13 4 軟件系統(tǒng)的設計 4 1 PLC 程序設計的相關指令 1 微分指令 PLS PLF 1 PLS 上升沿微分指令 在輸入信號上升沿產生一個掃描周期的脈沖輸出 2 PLF 下降沿微分指令 在輸入信號下降沿產生一個掃描周期的脈沖輸出 PLS PLF 指令的使用說明 1 PLS PLF 指令的目標元件為 Y 和 M 2 使用 PLS 時 僅在驅動輸入為 ON 后的一個掃描周期內目標元件 ON 使用 PLF 指令 時只是利用輸入信號的下降沿驅動 其它與 PLS 相同 2 主控指令 MC MCR 1 MC 主控指令 用于公共串聯(lián)觸點的連接 執(zhí)行 MC 后 左母線 MC 觸點的后面 2 MCR 主控復位指令 它是 MC 指令的復位指令 即利用 MCR 指令恢復原左 母線的位置 在編程時常會出現這樣的情況 多個線圈同時受一個或一組觸點控制 如果在每 個線圈的控制電路中都串入同樣的觸點 將占用很多存儲單元 使用主控指令就可以 解決這一問題 利用 MC N0 M100 實現左母線右移 使 Y0 Y1 都在 X0 的控制之下 其 中 N0 表示嵌套等級 在無嵌套結構中 N0 的使用次數無限制 利用 MCR N0 恢復到原左 母線狀態(tài) 如果 X0 斷開則會跳過 MC MCR 之間的指令向下執(zhí)行 MC MCR 指令的使用說明 1 MC MCR 指令的目標元件為 Y 和 M 但不能用特殊輔助繼電器 MC 占 3 個程 序步 MCR 占 2 個程序步 2 主控觸點在梯形圖中與一般觸點垂直 主控觸點是與左母線相連的常開觸點 是控制一組電路的總開關 與主控觸點相連的觸點必須用 LD 或 LDI 指令 3 MC 指令的輸入觸點斷開時 在 MC 和 MCR 之內的積算定時器 計數器 用復 位 置位指令驅動的元件保持其之前的狀態(tài)不變 非積算定時器和計數器 用 OUT 指令 驅動的元件將復位 4 在一個 MC 指令區(qū)內若再使用 MC 指令稱為嵌套 嵌套級數最多為 8 級 編號 按 N0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 順序增大 每級的返回用對應的 MCR 指令 從編 號大的嵌套級開始復位 14 3 堆棧指令 MPS MRD MPP 堆棧指令是 FX 系列中新增的基本指令 用于多重輸出電路 為編程帶來便利 在 FX 系列 PLC 中有 11 個存儲單元 它們專門用來存儲程序運算的中間結果 被稱為棧存 儲器 1 MPS 進棧指令 將運算結果送入棧存儲器的第一段 同時將先前送入的數 據依次移到棧的下一段 2 MRD 讀棧指令 將棧存儲器的第一段數據 最后進棧的數據 讀出且該數 據繼續(xù)保存在棧存儲器的第一段 棧內的數據不發(fā)生移動 3 MPP 出棧指令 將棧存儲器的第一段數據 最后進棧的數據 讀出且該數 據從棧中消失 同時將棧中其它數據依次上移 堆棧指令的使用說明 1 堆棧指令沒有目標元件 2 MPS 和 MPP 必須配對使用 3 由于棧存儲單元只有 11 個 所以棧的層次最多 11 層 4 邏輯反 空操作與結束指令 INV NOP END 1 INV 反指令 執(zhí)行該指令后將原來的運算結果取反 使用時應注意 INV 不 能象指令表的 LD LDI LDP LDF 那樣與母線連接 也不能象指令表中的 OR ORI ORP ORF 指令那樣單獨使用 2 NOP 空操作指令 不執(zhí)行操作 但占一個程序步 執(zhí)行 NOP 時并不做任何 事 有時可用 NOP 指令短接某些觸點或用 NOP 指令將不要的指令覆蓋 當 PLC 執(zhí)行了 清除用戶存儲器操作后 用戶存儲器的內容全部變?yōu)榭詹僮髦噶?3 END 結束指令 表示程序結束 若程序的最后不寫 END 指令 則 PLC 不管 實際用戶程序多長 都從用戶程序存儲器的第一步執(zhí)行到最后一步 若有 END 指令 當掃描到 END 時 則結束執(zhí)行程序 這樣可以縮短掃描周期 在程序調試時 可在程 序中插入若干 END 指令 將程序劃分若干段 在確定前面程序段無誤后 依次刪除 END 指令 直至調試結束 15 4 2 根據控制要求繪制梯形圖 該控制系統(tǒng)分別控制著四臺電機 主電機 冷卻電機 液壓泵電機 軸向快速移動 電機 和兩個油缸 徑向移動油缸 平衡油缸 的動作過程 當電箱門關閉之后 SQ0 被壓動即 X4 閉合 此時機床才能起動 以確保安全 合上操作開關 SA1 即 X16 閉合則 液壓泵電機起動 當達到一定油壓之后水銀繼電器觸點動作即 X24 閉合 機床充分潤 滑 當確定傳動箱門閉合即 SQ5 SQ6 閉合后 按動 SB1 即 X0 閉合主電機起動 這是 才能順利啟動主電機 此時的主電機是正傳的 主電機正反轉由操作開關 SA3 即 X20 進行轉換 當 SA3 斷開時常閉觸點閉合 常開觸點打開 這時接通正轉控制線路 當 SA3 閉合時即 X20 常開觸點閉合 常閉觸點斷開 接通反轉控制線路 當操作開關 SA6 閉合時即 X17 常閉觸點斷開 按動 SB1 可實現主電機的點動控制 在主電機起動以后 合上 SA5 即 X2l 閉合使冷卻電機起動 當機床操作手柄轉到刀架快速移動位置時 SQ3 被壓動即 X7 閉合 為軸向快速電機起動做準備 按下 SB3 即 X2 閉合 使 KM6 得電 刀架快速向上移動 按下 SB4 即 X3 閉合 使 KM5 和 YA2 得電 刀架向下快速移動 當 操作開關 SA4 即 X22 合上時 YA1 得電 工作臺徑向快速進給 按下 SA2 照明燈開關就 可以打開照明燈 這個必須是在機器啟動后才行 根據上面的功能描述 可以畫出如圖 2 所示的梯形圖來 這個圖表示了電機啟動順 序及工作的內在邏輯和條件 我主要講講延時繼電器和 MCR 指令在這個梯形圖的重要 作用 啟動主電機前 先要關閉電箱門 啟動液壓泵電機 當液壓達到一定的壓力值 后 水銀繼電器觸點動作即 X24 閉合 但閉合后不能立即可以啟動主電機 延時一段 時間后 等液壓保持穩(wěn)定后 才允許主電機啟動 這就是延時繼電器在這里起到的作 用 而關于 MCR 指令是在多個線圈同時受一個或一組觸點控制 如果在每個線圈的控 制電路中都串入同樣的觸點 將占用很多存儲單元 使用主控指令就可以解決這一問 題 當 M1 中間繼電器閉合以后 就可以啟動 MC 和 MCR 中間的這塊程序的 MC 指令是 讓主母線右移 而 MCR 是讓主母線左移 M1 繼電器作為快程序運行的先覺條件 16 圖 2 5 結束語 本文利用 PLC 對 YM3150E 精密型滾齒機進行改造 使得機器的的操作更簡單 靈 活 更是方便維修 發(fā)揮出了 PLC 控制系統(tǒng)的運行可靠 控制靈活的優(yōu)點 在改進的 過程中 需要對機器進行整體的了解 特別是它的工作原理和流程 考慮得到操作的 安全性和可靠性 設計 PLC 控制系統(tǒng)就必須謹慎 17 小結 在指導老師張高峰副教授的精心輔導下 經過近一個學期的努力 基本完成了此 次畢業(yè)設計的任務 通過這個過程 對大學四年所學的專業(yè)知識和各項技能都有了一個重新的認識 是一個階段性提高自我的過程 從中 也不斷發(fā)現自己在專業(yè)知識和創(chuàng)新思維方面的 不足 達到改進的目的 在整個畢業(yè)設計的過程中 經常性的查閱各種資料和文獻 經常碰到一些以前未 遇到的問題 都促使我反復思考探究 或者向人請教 學到了不少的知識 特別是對 本課題的相關知識 有了更深層次的理解和消化 在電氣控制技術方面有了顯著的提 升 在此感謝我的指導老師和幫助我的老師們 18 致 謝 經過幾個月的努力 畢業(yè)設計接近了尾聲 也意味著我大學四年的生活接近了尾 聲 回顧這幾年的學習 感慨頗深 收獲頗多 在此我首先要衷心的感謝我的指導老師張高峰副教授 正是他的諄諄教誨使我完 成了我的畢業(yè)設計 從課題的選題 開展到論文的撰寫 結稿 自始至終都得到了張 高峰老師的悉心指導與熱情幫助 他淵博的學識 嚴謹的學風 勤勉的工作態(tài)度 誨 人不倦的高尚品格給我留下的深刻的印象 我相信這段經歷必將對我日后的工作生活 起到良好的促進作用 同時 感謝學校給予我的培養(yǎng) 使我在走入社會前有了一個立身的平臺 再次 我要感謝我的父母 沒有他們的支持 我便沒有今天的成就 是他們辛勤 的勞動使我有了在湘潭大學深造的機會 最后 我還要謝謝我的大學同窗們 大學能認識你們 是我人生的一筆寶貴的財 富 你們平時和我一起討論關于學習的點點滴滴 使我有了更大的進步 興湘學院 06 級機械設計制造及其自動化一班 李增 19 參考文獻 1 熊葵容 電器邏輯控制技術 M 科學技術出版社 1999 2 廖常初 可編程控制器應用技術 M 重啟大學出版社 1996 3 黃義源 機械設備電器與數字控制 M 中央廣播電視大學出版社 1993 4 鄭鳳翼 鄭丹丹 趙春江 梯形圖和語句表 人民郵電出版社 2006 5 5 王阿根 電氣可編程控制原理與應用 清華大學出版社 2007 4 6 張高峰 陳資濱 YM3150E 精密滾齒機的 PLC 的改造 計算機 PLC 應用機床電器 2002 NO 3 7 王少江 侯力 匡紅 滾齒機控制系統(tǒng)的數控化研究 機床與液壓 2009 37 7 8 張鳳友 滾齒機微機控制系統(tǒng)設計 學位論文 1998 9 趙曉運 鄭勝利 YM3150E 型滾齒機的控制系統(tǒng)的 PC 改造 河南機電高等專科學校學報 2006 14 5 10 任延明 侯力 趙學玲 舒暢 基于 PLC 的滾齒機控制系統(tǒng)設計的研究 機械 2008 35 4 20 附錄一 PLC 的程序 LD X4 OUT M0 LD M0 AND X16 OUT Y0 LD X24 MC M0 M1 OUT M1 OUT T1 K50 LD M1 MPS LD X0 AND X11 AND X12 LD Y1 OR Y2 ANI X17 ORB ANB AND T1 ANI X1 ANI X5 ANI X6 ANI X10 ANI X13 ANI M3 OUT M2 MRD AND M2 ANI X20 ANI Y2 OUT Y1 21 MRD AND M2 ANI Y1 OUT Y2 MRD AND M2 AND X21 OUT Y3 MRD LD X14 OR X15 ANB OUT M3 AND X7 ANI X15 ANI X6 ANI X2 ANI X3 ANI Y4 OUT Y5 MRD AND X7 ANI X14 ANI X10 ANI X2 ANI X3 ANI Y5 OUT Y4 MRD AND X22 OUT Y6 MRD AND Y4 OUT Y7 22 MPP AND X23 OUT Y10 MCR M0 END 23 附錄二外文文獻翻譯 硬質合金刀加工合金 718 時刀具磨損建模 J Lorentzon N Ja rvstra t 關鍵詞 刀具磨損 有限元 鉻鎳鐵合金 718 摩擦 建模 概述 刀具磨損是在鎳基高溫合金車削時的問題 因此它是理解和定量預測刀具磨損和 刀具壽命的重要的依據 本文的實驗證明工具磨損模型并已用商業(yè)有限元 FE 的代 碼來預測刀具磨損 該工具幾何是逐步形成的有限元模擬芯片的更新 以捕捉到穿概 況 壓力 溫度和相對速度的不斷演進 以適應幾何中的變化 對不同的摩擦和磨損 模型進行了分析 以及它們對預測磨損配置的影響進行評估 分析表明 一個更先進 的摩擦模型比庫侖摩擦是更重要的 以便獲得準確的預測磨損 大大提高了速度的預 測精度 從而對模擬磨損產生重大影響 實驗取得了一致的硬質合金刀具加工鋁合金 718 磨損模擬 1 介紹 鎳基高溫合金 在航空航天工業(yè)中使用的最多的材料 機器 這些合金是在高溫 高強度下進行機械加工的 從而涉及部隊使用 大大超出了鋼鐵加工發(fā)現的強度 此 外 接觸長度較短 這就會在工具芯片接口引起變形 加工硬化 可高達百分之 30 遇到的另一個問題是這些合金加工時 因為這可能導致在側翼面對嚴重的刀具磨損 低鎳引起高溫合金的熱導率是另一個問題 通過溫度的測量 表明溫度比鋼高 在該芯片接口的高應力 加工硬化和高溫加工的鎳合金所有參與有助于提高刀具 磨損 因此 必須要了解的磨損過程 以預測磨損率 提高刀具壽命 在過去 試驗 方法一直是主要方式 現在 數值方法的不斷發(fā)展 如有限元法 FEM 以及更強大的 計算機實現 如切削過程仿真的復雜的接觸問題 有限元法已被證明是一個芯片的形成過程分析和預測過程變量 如溫度的有效方 法 力量 強度等等 因此 其模擬的使用大大增加 在過去十年中 熱力耦合仿真 切屑形成過程一直被許多學者關注 如麥金利和莫納漢等等 近來 對刀具磨損的演 變進行了模擬 也通過實施磨損率方程 在有限元軟件上應用 該方法已使用于鋼鐵 計算磨損率預測 從切割變量 和更新的工具移動節(jié)點的幾何形狀 取得了相當好的 準確性 該方法可以作為最先進的造型加工看待 不過 這種刀具磨損模擬加工鎳基高溫合金的做法表明 特別是在周圍的工具提 示區(qū)域模擬和測量幾何之間的差距相當大 因此 需要更多的工作 使精確的刀具磨 損模擬 要做到這一點不好做 要同時與建模工具磨損 并在芯片界面摩擦 因為這 些現象是密切相關 摩擦應力正應力成正比 然而 摩擦壓力是有限的 當正應力比 24 剪應力較大的流動狀態(tài) 這是在周圍的工具提示 其中實際接觸面積接近名義接觸面 積區(qū)域的情況并變量摩擦模型使用 以獲取有限元模擬更準確的結果 這在以前沒有 考慮刀具磨損模擬 那里的摩擦系數在模型的剪切工具界面摩擦片或由庫侖摩擦力一 直不斷形成 1 1 目標 這項工作的總體目標是建立一個有限元工具磨損模型 可以預測在硬質合金刀具 加工鎳基合金的磨損幾何定量 為了實現這一目標 不同的磨損和摩擦模型的影響磨 損過程參數 如溫度和相對速度 一直在調查和預測工具的磨損幾何使用 具體來說 在這里分為摩擦和磨損 2 1 4 節(jié)中更詳細地描述和 2 2 1 1 1 磨損 W1 Usui 的經驗磨損率模型 14 16 這是一個接觸壓力 相對速度和絕對溫度的 函數 W2 對于 Usui 的模型 第二組的參數給予不同的溫度進行了研究 W3 磨損率包括絕對溫度功能的依賴 W4 Usui 磨損率修正模型 包括相對速度指數 W5 振動調整 Usui 模型 其中一個常數項被添加到相對速度的振動 這是芯片中 不存在形成的模型而造成的 1 1 2 摩擦 F1 庫侖摩擦力模型 其中指出 摩擦力與接觸壓力是成正比的 F2 剪切摩擦模型 其中指出 摩擦力是一小部分的等效壓力 F3 兩種不同的庫侖摩擦系數 是尖端減少對前刀面摩擦形成的 2 刀具磨損模型 該工具磨損模型由一個有限元模型和切屑形成磨損模型計算接觸點的磨損率 進 而相應地修改工具的幾何形狀 2 1 芯片形成模式 切屑形成的有限元模型是使用商業(yè)軟件 MSC 使用更新的拉格朗日表述 這意味著 該材料是附加到網格與定期重構 以避免內容失真 在切割過程需要熱力耦合分析 因為機械的工作轉化為熱能 造成熱壓力影響材料的特性 兩種類型的熱 假設通常 用于機械切削模擬 即完全耦合絕熱加熱和熱機械計算 在這項工作中的耦合 交錯 模型已被使用 這意味著 首先是遞增傳熱 其次是應力分析 增量的時間設置為 1 5 毫秒 準靜態(tài)分析的使用 這意味著 theheat 分析是短暫的 而忽略了力學分析與慣 性力靜 2 1 1 尺寸 在仿真模型中使用的工件的尺寸為 5mm 長度 0 5mm 的高度 并在仿真模型所使用 25 的工具是 2 毫米長 2 毫米高 其尖端半徑設置為 16 毫米測量后角和前角 61 01 切 割速度為 0 75 米 秒 2 1 2 網格 工件的網狀圖中可以看出該網格調整技術 他使用了前四推進 網格創(chuàng)造 沿給定 的輪廓邊界和邊界單元網格創(chuàng)作開始繼續(xù)向內 直到整個地區(qū)都有網狀 所用的元素 的數量約為 6000 元 最低為 2 毫米集大小 圖中可見 用細網在周圍的物質分離的工 具提示 該工具中網狀分子大約有 5000 個 最小的元素是 2 毫米大小 2 1 3 材料特性 一般來說 應變程度 應變速率 溫度各有一對材料流動應力強的影響力 因此 有必要在材料中使用捕獲模型 以便正確地預測芯片的形成 在這里 忽略了在 1 s 的 104 s 時 室溫為 18 和 102 之間幾乎為零 s 和 105 300 集成電路 s 時 應 變率的依賴性 一率略有 約 10 獨立分段線性塑性模型使用 相反 流動應力曲線 后 18 高應變率 104 s 的使用 見圖 2 該流動應力溫度趨勢摘自 20 其他工 件材料性能使用可以在圖 3 看到 對未涂層硬質合金刀具的材料特性被認為是不受溫度 并在表 1 中列出 2 1 4 在工具摩擦片接口 在這項工作中 使用三個不同的摩擦 在每一種情況下 摩擦系數進行了標定 以 5 以內的相關模擬和測量力量 該進給力是摩擦力力量之和 但是 在我們遇到的 尖端半徑相比很小 影響進給速度限制 因此摩擦提供了相當大的一部分進給力 使 用的模型是 F1 在庫侖摩擦力模型指出 摩擦力是成正比的接觸壓力 通過摩擦系數 摩擦系數 設置為 1 0 1 F2 剪切摩擦模型 其中指出 摩擦力是一個等效壓力 2 摩擦系數 m 設 置為 1 1 2 26 F3 作為新一代的庫侖摩擦力模型 但這里有兩個不同的摩擦系數 芯片接口 在前刀面 那里的接觸壓力是非常高的高于 1000MPa 摩擦系數設置為 0 75 在其他 地方的摩擦系數設置為 1 1 這方面的一個原則是在圖 4 該模型是物理學家佐列夫在 高正應力摩擦下等到的 2 1 5 產生的熱量 在加工過程中產生的摩擦熱和塑性變形 具體的體積通量由于塑性功率給予 在這里 Wp 是塑料的工作速度 r 是密度和 f 是工作的一小部分塑料轉化為熱量 這時設置為 1 轉換 嚴格來說 這是不正確的 因為有些工作是存在塑膠材料儲存 但儲存的相對比例是未知的 因為這么大變形的塑料儲存工作的一小部分被忽略 產 生的熱率因摩擦是由下式給予 在這里 Ffr 是摩擦力和 VR 是相對滑動速度 在因摩擦產生的熱量是同樣的兩個接觸到分發(fā)機構 這些熱量是從工件轉移 由 于對流和傳導對環(huán)境輻射的忽視 在傳熱之間的工具和工件接觸系數設置為 1000kW m2k 而根據菲利斯等允許數值之間的數據和實驗證據可以獲得令人滿意的結 果 但應該指出 這是對另一種材料組合使用的 在該工具的外部邊界的溫度定為室 溫 2 2 磨損模型 可切割磨損率模型進一步修改后的測試 W1 經驗式的磨損率模型公式 5 模型作為接觸壓力 相對速度 vrel 和絕 對溫度 T 功能的磨損率 W2 一種不同的測試參數設置也是為了調查的溫度依賴性的影響 W3 磨損率模型公式 6 能夠占主導擴散磨損在較高的溫度 模型是在絕對溫度 T 以及常數分別為 D 這是一個材料常數 活化能和 R 8 314 千焦耳 摩爾 K 的玻 爾茲曼常數 W4 通過添加改變性能相對速度的指數式的磨損率模型公式 4 27 W5 振動調整 Usui 的磨損率式 4 一常數項被添加到相對速度的振動其中不 包含芯片的形成模型 2 2 1 磨損模型常數 第一測定模型常數 對工具磨損選定的材料進行加工試驗 然后根據有限元模擬 同樣的條件 最后的磨損率計算模型的常數 通過回歸分析 給 這次 B 參數值也用在這里 雖然在芯片的摩擦系 數不同 形成的模式 會因為它現在就校準而補償 基于這個原因 一個參數進行了 調整 以使在相同的實驗中 用同樣的方法來校準的 A D A0 和型號為 W1 的磨損 W2 W3 W4 和 W5 號 A00 校準參數列于表 2 和 3 在 W3 的方程式 6 E 被設定為 75 35 千焦耳 摩爾 3 分析步驟 車削操作 相對于溫度和力量靜止狀態(tài) 一般將會在滲入工件和隨后的芯片形 成初期短暫進入高溫 這時對該工具的磨損進度預測會被忽視 相反 刀具磨損的 預測 是基于固定切屑形成條件 并通過刀具磨損預測的 第一步是固定的 因此 是計算芯片的條件 最后 通過對磨損模型中被激活的芯片形成過程分析和計算刀 具磨損的進展 3 1 切屑形成 為了達到在有限元模擬芯片形成固定的條件下使用拉格朗日方法 整個對象在 形成模擬芯片上要執(zhí)行 必須存在并且從模擬網狀開始 因而為達到穩(wěn)定狀態(tài)下將計 算進行 26 瞬態(tài)分析 幸運的是 通過降低熱容量的工具 它可以更快地達到平衡 在我們的例子中 這是 1500 年后獲得約遞增 見圖 5 28 此時 降低熱容量的原因是參加了較長時間的作用 計算熱增量相同比例的效果 比機械的增加 這可以看式 5 請注意 左邊在穩(wěn)態(tài)消失 而增加了變化的速度 達到穩(wěn)態(tài)條件 在這里 T 是溫度 k 是熱導率 r 是密度和 CP 是散熱能力 3 2 刀具磨損 該工具磨損模型由一個有限元模型和切屑形成磨損模型作為子程序計算接觸點 的磨損率 相應地修改工具幾何實施 磨損率的計算使用的每一個與母材接觸工具節(jié) 點 Usui 的經驗磨損模型 為了做到這一點 溫度 相對速度 并在接觸應力的有限元 芯片在與工件接觸工具的所有節(jié)點形成的模擬計算獲得計算值 然后受聘于用戶子程 序來計算磨損率 見圖 6 通過計算磨損率 分析該工具的幾何形狀 然后更新移動 芯片中的有限元仿真工具形成特定節(jié)點 請參閱 5 一個節(jié)點的移動方向是基于在 該節(jié)點接觸壓力的方向 移動節(jié)點后 所有的結合點的數據映射到新的融合點位置和 切屑形成繼續(xù)模擬 通過工作物質滲透工具 更新工具的幾何扭曲組成部分 為了避 免這種情況 該工具會自動網格 使用四方面推進再劃分技術 再規(guī)定頻率 磨損計算是 1800 年開始增加 見圖 5 在穩(wěn)態(tài)方面都包括力和溫度 磨損計算分為 1200 增量 每個幾何工具更新 使用較少的增量將導致收斂問題和數值錯誤 但是使 用更多的增量 會增加不必要地計算時間 磨損計算大約相當于 15 秒的無潤滑加工 造成約 65 毫米的后刀面磨損和約 5 3 毫米刀面深的痕跡 因此 加速磨損過程是通 過大約 1 萬次的模擬模型 4 實驗 通過實驗校準了摩擦磨損參數的模擬與實測曲線的比較磨損 4 1 實驗條件 車削試驗在數控車床上進行了干切削 一個切割速度 45 米 分 一進給速度 0 1mm rev 進行了評估 在每個轉彎長度為 12mm 的加工實驗 實驗重復進行 3 次 工 件是鉻鎳鐵合金 718 這是擺設在其端面幾何管道 以實現在附近作業(yè)的轉折點正交切 削條件 工件有 35 6 毫米外徑和內徑 29 毫米 該實驗中使用的是切割寬度為 16mm 的 同一個三角形 無涂層的硬質合金車削刀具 硬質合金分類與 ISO 標準 N10 N30 的規(guī) 定相同 4 2 測量 切削力 芯片形狀 尖端半徑和刀具磨損都是在這些實驗中測量得的 切割包括 切削力 進給力量 FT 和被施加的力 FP 的測定對 所有使用三分量測力計 29 9121 類型 樣本 多通道電荷放大器 5017B 型 和數據采集系統(tǒng) 使用光學顯微 鏡對芯片的形狀樣本進行了研究 該芯片生產的每個過程中 收集 安裝 接地和拋 光 在此之后 厚度形狀是從獲得的圖像中測量的 對于校準和實驗驗證 以及尖端 半徑 被切割為兩個插入測量 這些測量是 Toponova 公司完成的 www toponova se 使用白光干涉 例如 27 的說明 作者給出一橫截面的磨損情況 和初步的幾何測量 如示意圖 7 在本節(jié)中 對磨損和摩擦磨損模型模擬配置的影響提出剖面測量磨損和模擬溫度 相對速度和接觸壓力 以強調和澄清之間的摩擦模型的差異 最后 模擬切削力和芯 片厚度比的測量 5 1 磨損模型簡介 在本節(jié)中 庫侖摩擦力模型 F1 的使用和磨損模擬與實測剖面使用不同的磨損 方程概況比較 5 1 1 克雷特磨損 模擬刀口磨損配置使用 Usui 方程 W1 具有在對前刀面接觸區(qū)上地最大的深度 在 約 200 毫米的前刀面的開始處 這是相對于實測剖 面有約 70 毫米從開始前刀面最大 深度接近的工具 見圖 8 此外 刀尖磨損大大低估 減少磨損方程 W2 參數 B 更 改輕微磨損配置模擬 由一個磨耗量更大在工具提示和移動的最大深度位置遠離切向 模擬磨損配置使用振動調整 Usui 模型 W3 顯示了更好地與該處的測量磨損略高于比原 來的 Usui 剖面模型工具 然而 最大的深度位置顯示相較于原來的 Usui 模型只有輕微的 變化 仍然位遠離切向方向 模擬磨損配置使用一個依賴于速度指數修正系統(tǒng) W4 顯示了同樣的傾向 振動調整 Usui 模型 W3 更好地在這一處的原始 Usui 剖面測量磨 損工具提示 在這種情況下 與測量差