毕业设计（论文）-平面磨床电气控制系统设计

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1、XXXXXXXX毕业设计说明书题 目： 平面磨床电气控制系统设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XXXXXXXX 姓 名： XXXXXXXX 指导教师： XXXXXXXX（副教授） 完成日期： 20XX年5月26日 XXXXXXXX毕业论文（设计）评阅表学号 XXXXXXXX 姓名 XXXXXXXX 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 平面磨床电气控制系统 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料

2、的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价 该同学的论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有一定的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，基本上能在设计工作

3、中运用所学知识，毕业设计设计方案可行，说明书内容较全面，平面布局较合理，技术用语准确。研究内容具有一定的实际应用价值。评阅人： 2012年5月 日目录中英文摘要1绪论31.磨床的作用32.课题意义33.同时用PLC改造老机床有很多的优点3一磨床功能介绍41.1磨床的结构图41.2磨床的组成及功能41.3砂轮工作方式41.4主要技术参数4二磨床控制系统改造52.1磨床原理图分析5三PLC介绍93.1际电工委员会（IEC）PLC定义93.2 PLC的特点93.3 PLC的分类及原理93.4 PLC的发展9四PLC控制电路相对于早期的继电器控制电路的优点9五PLC控制的I/O分配表11六PLC外部接

4、线图11七梯形图和语句表12八PLC电气控制系统I/O设备的选择14九.电器元件清单15十柜内电器元件安装位置图16十一.电柜内电器元件接线图示意图17十二.电柜外电器元件接线图示意图18十三.机床操作面板19总结21主要参考文献22附录一：23附录二：32全套图纸加扣 3346389411或3012250582磨床电气控制系统设计摘要：本设计的内容主要是（可编程逻辑控制器）进行改造使用的m7120平面磨床的控制部分。进行了全面的思考和分析的第一本次设计，使自己的m7120平面磨床的基本结构，运动情况，加工工艺要求等有一定的了解。该m7120平面磨床主要成分等车身，尾座主轴齿轮箱，齿轮箱，导螺

5、杆，料杆，刀架。进行分析的m7120平面磨床电气控制部分获得它需要完成开门断电功能，主轴电机反向控制功能，刀架的快速遍历功能，冷却泵电动机的控制。然后根据电气控制电路的电路图，可编程控制器的梯形图转化，转化，进行仿真实验用可编程序控制器实验台。作为一个结果的可靠性极高，极其丰富的指令集，易于掌握，操作方便，丰富的内置集成功能，实时特性。因此导致m7120平面磨床完成门外原有的功能特点，而且还具有安装简便，稳定性好，易于使用，扩展能力强等特点。关键字：可编程控制器 改造电气控制 m7120磨床Abstract：This designs content is mainly (Programmabl

6、e Logic Controller) makes the transformation using PLC to the M7120 surface grinding machines control section. I have carried on the overall ponder and the analysis first to this time design, enables itself to the M7120 surface grinding machines basic structure, the movement situation, the processin

7、g technological requirement and so on to have certain understanding. The M7120 surface grinding machine mainly has compositions and so on automobile body, main axle gear box, tailstock gear box, guide screw, feed rod, tool rest and apron. Carries on the analysis to the M7120 surface grinding machine

8、 electric control part to obtain it to need to complete opens the door the power failure function, the main axle electric motor to reverse the control function, tool rests rapid traverse function, the cooling pump electric motors control. Then according to the electric control electric circuits circ

9、uit diagram, translates PLC the trapezoidal chart, translates, carries on the experiment simulation using the PLC laboratory bench. As a result of the PLC extremely high reliability, the extremely rich set of instructions, easy to grasp, convenient operation, rich built-in integrated function, real-

10、time characteristic. Therefore causes the M7120 surface grinding machine to complete outside the original function characteristic, but also has the installment to be simple, the stability good, easy to service, the expansion ability strongly and so on characteristics.Key words: PLC transformation El

11、ectric control M7120 grinder绪论1.磨床的作用 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等，也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石，砂带等其他磨具和游离磨料进行加工。如超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。2.课题意义 由于老式磨床的电气线路都是用继电器作为逻辑控制，其触点多相对的故障也多，给生产带来诸多不便。例如：（1）电动机不能启动；（2）电磁吸盘YH没有吸力，等等。而现在工业生产

12、中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，以继电器线路的传统普通磨床已经越来越难以适应现代化生产的要求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本、提高企业整体效率和质量的竞争，发展到全面顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识，技术产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，面对质量、性能的要求更高。同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存、发展的主要手段。但新机床购置费用高，且生产准备周期长。因此对原有机床的现代化改造显得尤为重要。3.同时用PLC改造老机床有很多的优点（1）节省资金，减少投资额，交

13、货期短。机床的PLC改造，可大大减少资金的投入，同购置新机床相比，一般可节省60%-80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊设备尤为明显。一般大型机床改造，只需花新机床购置费得1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60%的价格。可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样重新购筑基地。（2）性能稳定可靠，因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度，且各部件已经长期磨合，使改造后的机床性能稳定可靠，质量好可作为新设备继续长期使用。（3）有利于使用和维护，由于改造前机床已使用多年，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短、见效快。改造的

14、机床一经安装好，就可以实现全负荷运转。（4）可以采用最新的控制技术，提高生产效率。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。机床经改造后，即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3至7倍。对复杂零件而言，难度越高，功能提高的越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。提高产品质量，降低废品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使装配更加灵活。一磨床功能介绍1.1磨床的结构图 图1.11.2磨床的组成及功能M7120磨床主要结构由床身、工作台、磨头、立柱、拖板、行程档块、砂轮修正器、驱动工作台手轮、垂

15、直进给手轮、横向进给手轮等组成。立柱支承滑座及砂轮架。垂直进给手轮砂轮向工件深度方向移动。横向进给手轮砂轮沿其轴线间隙运动。床身用于支承和连接磨床各个部件。为提高机车刚度，磨床床身一般为箱型结构，内部装有液压传动装置，上部有纵向和横向两组导轨以安装工作台和砂轮架。 工作台由上下两层组成，上工作台可相对于下工作台偏转一定角度，以便磨削锥面；下工作台下装有活塞，可通过液压机构使工作台往复运动。 尾架安装在工作台右端，尾架套筒内装有顶尖，可与顶尖一起支承工件。它在工作台上的位置可根据工件长度任意调整。1.3砂轮工作方式砂轮电动机直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂轮并不

16、要求调速，所以通常采用笼型异步电动机来拖动，这是平面磨床的主运动；砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件位置。工作台和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动的，液压传动较平稳，能实现无级调速，换向时惯性小，换向平稳。M7120型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。由液压电动机拖动液压泵，经液压传动装置实现工作台的往复运动。冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑。1.4主要技术参数：1、输入电源：AC380V%（三相四线）50HZ2、故障考核13项3、工作环境：温度-100C400C二磨床控制系统改造2.1磨床原

17、理图分析 图2.1 M7120型平面磨床的电气控制线路如图所示。该线路由主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路和辅助电路四部分组成。（1）主电路分析主电路中有4台电动机。其中M1为液压泵电动机，由KM1主触点控制；M2为砂轮电动机，M3为冷却泵电动机，同由KM2的主触点控制；M4为砂轮箱升降电动机，由KM3、KM4的主触点分别控制。FU1对4台电动机和控制电路进行短路保护，FR1、FR2、FR3分别对M1、M2、M3进行过载保护。砂轮升降电动机因运转时间很短，所以不设置过载保护。主电路图如下： 图2.2(2)控制电路分析 当电源电压正常时，合上电源总开关QS1，位于7区的电压继电器KV的常开触点闭

18、合，便可进行操作。1液压泵电动机M1的控制 其控制电路位于7区、8区，启动过程为：按下SB3KM1得电M1启动；停止过程为：按下SB2KM1失电M1停转。运动过程中若M1过载，则FR1常闭触点分断，M1停转，起到过载保护作用。2砂轮电动机M2的控制 其控制电路位于9区、10区，启动过程为：按下SB5KM2得电M2启动；停止过程为：按下SB4KM2失电M2停转。3冷却泵电动机控制 冷却泵电动机M3通过接触器KM2控制，因此M3于砂轮电动机M2是联动控制。按下SB5时M3与M2同时启动，按下SB4时M3与M2同时停止。FR2与FR3的常闭触点串联在KM2线圈回路中。M2、M3中任一台过载时，相应的

19、热键电器动作，都将使KM2线圈失电，M2、M3同时停止。4砂轮升降电动机控制 其控制电路位于11区、12区，采用点动控制。砂轮上升控制过程为：按下SB6KM3得电M4启动正转。当砂轮上升到预定位置时，松开SB6KM3失电M4停转。砂轮下降控制过程为：按下SB7KM4得电M4启动反转。当砂轮下降到预定位置时，松开SB7KM4失电M4停转。（3）电磁吸盘控制 电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。它是利用通电线圈产生磁场的特性吸牢铁磁性材料的工件，便于磨削加工。电磁吸盘的内部装有凸起的磁极，磁极上绕有线圈。吸盘的面板也用钢板制成，在面板和磁极之间填有绝磁材料。当吸盘内的磁极线圈通以直流电时，磁极和面板

20、之间形成两个磁极，既N极和S极，当工件放在两个磁极中间时，使磁路构成闭合回路，因此就将工件牢固地吸住。1电磁吸盘的组成 工作电路包括整流、控制和保护三个部分，位于图中的1620区。整流部分由整流变压器和桥式整流器VC组成，输出110V直流电压。2电磁吸盘充磁的控制过程 按下SB9KM5得电（自锁）YC充磁。3电磁吸盘的退磁控制过程 工件加工完毕需取下时，先按下SB8，切断电磁吸盘的电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以必须对吸盘和工件退磁。退磁过程为：按下SB8、SB10KM6得电YC退磁，此时电磁吸盘线圈通入反向的电流，以消除剩磁。由于去磁时间太长会使工件和吸盘反向磁化，因此去磁采用点动控制。松

21、开SB10则去磁结束。 电磁吸盘是一个比较大的电感，当线圈断电瞬间，将会在线圈中产生较大的自感电动势。为防止自感电动势太高而破坏线圈的绝缘，在线圈两端接有RC组成的放电回路，用来吸收线圈断电瞬间释放的磁场能量。 当电源电压不足或整流变压器发生故障时，吸盘的吸力不足，这样在加工过程中，会使工件高速飞离而造成事故。为防止这种情况，在线路中设置了欠电压继电器KV，其线圈并联在电磁吸盘电路中，其常开触点串联在控制线路中。当电源电压不足或为零时，KV常开触点断开，使KM1、KM2断电，液压泵电动机和砂轮电动机停转，确保安全生产。 (4)辅助电路分析辅助电路主要是信号指示和局部照明电路，位于图中2128区

22、。其中，HL6为局部照明灯，由变压器TC供电，工作电压为24V，由手动开关QS2控制。其信号灯也由TC供电，工作电压为6V。HL1为电源指示灯；HL2为M1运转指示灯；HL3为M2运转指示灯；HL4为M4运转指示灯；HL5为电磁吸盘工作指示灯。 三PLC介绍3.1际电工委员会（IEC）PLC定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统。专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行内部逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出控制各类型的机械和生产活动。3.2 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）编程直观，简单。（3）

23、环境要求低，适应性好。（4）功能完善，接口功能强。（5）元件少，结构较简单。3.3 PLC的分类及原理 PLC分类按INPUT和OUTPUT点数多少，分为超小型.小型.中型.大型和超大型。 按结构形式分：整体型和模块型.PLC工作原理:PLC采用循环扫描的工作方式，包括内部处理.通讯操作.输入处理.程序执行.输出处理几个阶段。全过程扫描所须的时间称为扫描周期。当处于RUN状态时，上述扫描周期为不断循环过程。3.4 PLC的发展在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进

24、行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。20世纪60年代末期,在技术改造的浪潮的冲击下，为使汽车结构及外型不断改进，品种不断增加,需要经常变更生产工艺.1969年,美国数字设备公司(DEC)首先研制出第一台符合要求的控制器,即可编程控制器,并在美国GE公司的汽车上试用成功.我国从1976年开始研制，1977年应用于工业控制.上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属

25、/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。四PLC控制电路相对于早期的继电器控制电路的优点 PLC是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口，以位运算为主，能够完成逻辑，顺序，定时，记数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。PLC系统的等效工作电路分为三个部分：输入部分、内部控制电路、输出部分。PLC的工作过程包括公共处理扫描阶段、输入采样阶段、执行拥护程序阶段、输出刷新扫描阶段。 1、控制方式方面：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 2、工作方式方面：电器控制并行工作，而P

26、LC串行工作，不受制约。 3、控制速度方面：电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数精度方面：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。 5、可靠性、维护性能方面：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠性、维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。4.1德国西门子（SIEMENS）PLC选择德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在工控、冶金、化工、印刷

27、生产线等领域都有应用。在众多的PLC生产厂家中，西门子公司的PLC系列产品以其较高的性价比成为众多客户的首选。因此我们选择西门子公司的PLC作为本次设计的可编程序控制器4.2PLC型号的选择S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU222，CPU224，CPU226四种基本型号。选用PLC上，考虑到只是对M7120磨床做电器气部分的改造，输出端口需要16个，输入端口需要7个。而且并不通过网络或其他方式做远程控制。因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。我们决定选用SIMATIC S7-200 系列的S7224 作为本次设计的PLC

28、型号.32五PLC控制的I/O分配表 表一 输入信号输出信号名称输入元件输入点名称输出元件输出点电压继电器KVI0.0液压泵电机接触器KM1Q0.0总停按钮SB1I0.1砂轮电机接触器+冷却液电动机KM2Q0.1液压泵电机1M启动按钮SB3I0.2砂轮上升接触器KM3Q0.2液压泵电机1M停止按钮SB2I0.3砂轮下降接触器KM4Q0.3砂轮电机2M启动按钮SB5I0.4电磁吸盘充磁接触器KM5Q0.4砂轮电机2M停止按钮SB4I0.5电磁吸盘去磁接触器KM6Q0.5升降砂轮电机4M上升按钮SB6I0.6升降砂轮电机4M下降按钮SB7I0.7电磁吸盘充磁按钮SB9I1.0电磁吸盘停止充磁按钮S

29、B8I1.1电磁吸盘去磁按钮SB10I1.2液压泵电机1M热继电器FR1I1.3砂轮电机2M热继电器、冷却泵电机3M热继电器FR2、FR3I1.4 六PLC外部接线图 图6.1七梯形图和语句表 图7.1语句表：网络1：欠电压保护LD I0.0= M0.0网络2：控制网络LD M0.0AN I0.1LPSLD I0.2O Q0.0LRD LD I0.4O Q0.1ALD AN I0.5A I1.4= Q0.1LRDLPSA I0.6AN Q0.3= Q0.2LPP A I0.7AN Q0.2= Q0.3LRDLD I1.0O I0.4ALD AN I1.1AN Q0.5= Q0.4LPPA I1

30、.2AN I1.1AN Q0.4= Q0.5八PLC电气控制系统I/O设备的选择8.1开关的选择目前一般有自动空气断路器；到开关和熔断器的组合；组合开关三种。根据电动机的容量(主轴电动机20KW、快速移动电动机0.75KW、冷却泵电动机0.125KW),选用三极单投闸刀开关-100/3型100毫安用作机床电源的引入开关。8.2控制变压器的选择在机床的控制电路中需要用到不同的电压，例如：PLC的外电路及电器元件，机床上的照明电路所需电压，接触器的电压，等。它们需要不同的电压等级，提高系统的安全性。选用控制变压器的型号为BK-50型500伏安。8.3交流接触器的选择主轴电动机的额定功率为20KW，

31、满载电流40A，选用交流接触器CJ2O-63来控制主轴电动机启动。交流接触器CJ2O-63额定电流63A，额定电压380V，可控电动机的最大功率30KW。交流接触器B9型线圈电压为380伏用来操作快速移动电动机启动，冷却泵电动机的启动和停止。接触器B9型的额定工作电压380V，额定工作电流8.5A。8.4熔断器的选择熔断器是一种用于过载与短路保护的电器，当超出限定值的电流通过熔断器的熔体时将其熔化而分开电路。主轴电动机的满载电流是40A，所选的熔断器（FU1）型号是RT14-63，额定电压380V，熔断体额定工作电流50A。快速移动电动机满载时的电流是2.3A，冷却泵电动机满载时的电流是0.4

32、8A，所选的熔断器（FU2）型号是RT14-32，额定电压是380V，熔断体额定工作电流是4A。8.5热继电器的选择热继电器的作用是过载保护。根据主轴电动机的工作情况和技术参数，所选热机电器（KR1）的型号为TSA45，额定整定电流45A。根据快速移动电动机的工作情况及技术参数，所选热机电器（KR2）的型号为T45。8.6速度继电器的选择速度继电器常用于电动机的反接制动电路中。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种，其中JY1型可在7003600r/min范围内可靠地工作。JFZ0-1型适用于3001000r/min；JFZ0-2型适用于10003000r/min。主轴电动机满载时的转数1

33、470转/分，因此选用JY1型的速度继电器。一般速度继电器转轴在130r/min左右即能动作，100r/min时触头即能恢复正常位置。8.7导线的选择主回路中导线截面积较大，不用考虑机械强度而只按允许载流量选择。机床上电源和住主电动机使用BVR10软线，快速移动电动机使用BVR2.5软线，其它的控制线路均采用BVR2.5软线。九.电器元件清单表二序号符号名称规格型号数量备注1KM1液压泵电机交流接触器CJX1-10 10A,220V12KM2转动砂轮、冷却电机交流接触器CJX1-20 20A,220V13KM3上升砂轮电机交流接触器CJX1-5 5A,220V14KM4下降砂轮电机交流接触器C

34、JX1-5 5A,220V15FR1液压泵电机热继电器FR16-5/3D16FR2砂轮电机热继电器FR16-16/3D17FR3冷却电机热继电器FR16-0.72/3D18FU1主电源熔断器RC1A-60/3539FU2电磁吸盘熔断器RC1A-5/2210FU3PLC熔断器RC1A-30/20111FU4指示灯熔断器RC1A-5/2112FU5照明灯熔断器RC1A-5/2113KV欠电压继电器DDY-220V114SB1总停止按钮LA18221红色15SB2液压泵停止按钮LA18221红色16SB3液压泵启动按钮LA18221绿色17SB4砂轮、冷却停止按钮LA18221红色18SB5砂轮、冷

35、却启动按钮LA18221绿色19SB6砂轮上升按钮LA18221黑色20SB7砂轮下降按钮LA18221黑色21SB8吸盘停止按钮LA18221黑色22SB9吸盘通磁按钮LA18221绿色23SB10吸盘退磁按钮LA18221黑色24HLLED指示灯 6V/AC 9mA5绿色25HLLED照明灯24VAC/ 350mA126YC电磁吸盘HDXP/127V 1.45A 127C电容5mf128R电阻220欧姆 1KW129VC整流器2CZ11C130PLC西门子S7-200S7-200/CPU/2241 十柜内电器元件安装位置图 图10.1十一.电柜内电器元件接线图示意图 图11.1十二.电柜外

36、电器元件接线图示意图图12.1十三.机床操作面板图13.1总结在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计有了深刻的认识，对机械（M7120型平面磨床）的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了亲身的认识与体会。控制系统的设计（甚至开发）是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对设备的不了解等等。虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。主要参考文献1陈简明.电气控制与PLC:机械工业出

37、版社,2008.52孙平.电气控制与PLC.北京:高等教育出版社,20043余雷声.电气控制与PLC的应用.北京:机械工业出版社,1998.104连赛英.机床电气控制技术.北京：机械工业出版社，1996.105李道霖.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列).北京:电子工业出版社6S7-200系统编程手册.西门子公司.19997倪远平.现代低压电器原理及应用.北京:高等教育出版社,20038周希章.电动机的启动、控制和调速.北京:机械工业出版社,19849王炳实.机床电气控制.北京: 机械工业出版社,199510郑瑜平.可编程序控制器.北京:北京航空航天大学出版社,1992附录一：过程监测与感

38、应元件 摘要：提高自动化搭配要求高速度和高性能导致的需要的过程监测方法，避免错误的或破坏性的条件。本文介绍的新的监测方法使用感官工具机。集成了一个感应灯具和自适应过程。相互作用的这些组成部分允许新的监测能力。一个新概念的传感器融合结果的方法自动自校准和详细了解的过程。影响从主轴，工件和动态过程可以分开。1.简介各种生产技术的发展，导致越来越多的自动化，灵活性 13 和 4生产力。这样的结果是严格的要求，对机械零件和监测的能力，其条件和加工过程。监控策略可以是基于传动及control-inherent数据 57 或申请单或多传感器 8 , 9。在合作研究中心“gentelligent组成部分在其

39、生命周期”（crc653）新方法统一传感器，信号处理，数据存储和通信与物理机器部件调查在所生产的工程技术工具机（周，莱布尼茨汉诺威大学）。作为第一次组件generation 感觉夹具系统已发达，其中包括不同的传感器，使传感器融合 10。最近的研究也导致自适应系统，这允许一个独立的自适应控制调整工艺和设备条件以及补偿静态和动态误差的影响11 , 12。参。 13 , 14 一自适应主轴系统工具挠度补偿和振动磨的描述。集成传感器同样被用来监测。使用这些组件在一个安装程序，铣床提供感官能力两边的过程。这是第一步感觉机器工具和过程控制可与手工加工中，刀具和工件手引导。本文介绍（第一次）结合应用的感觉和

40、夹具主轴的过程监控。在介绍的元件，传感器融合卡拉曼滤波，互相定位，确定过程的力量，和观察工件的变形的过程。2.工具部件的感应感觉夹具由一个模块化夹具系统结合零坐标位置系统（图1）。模块化夹紧系统包括各种不同的元素（如支持，摇摆夹），它可以根据安排夹持任务。为此，夹紧元件可以是专用夹具，可以使用位于原点坐标。自适应主轴是主动补偿静态和动态工具挠度，和稳定铣削过程 15 , 16。三压电致动器设置在传统的主轴在并联配置（图2）。这使得移动主轴在三个自由度的一个100毫米范围。只允许在z轴位移结构和轮换的x轴y轴。因此，因此，工具提示可以方形空间内移动。每个驱动器进行应变个别位置控制。感官系统扩展三

41、个力传感器之间的上部安装环和机结构。加工试验，感官元素是安装在垂直轴铣床（图3）。流程力量测量设备。3.系统辨识与校正光对主轴的动作是敏感的，而刀具的反应与主轴直接相关。相对位置允许系统自动校准。3.1.传感器融合卡拉曼滤波器已知的方法传感器融合的信号水平Kal man滤波 17。Kal man滤波器是一个随机点型估计 18 , 19 。基于状态空间描述的测量系统与已知噪声的输入和输出该系统固有的国家可以计算和信号噪声减少。状态空间描述的系统显示环境质量标准。（1）和（2），其中一个状态矩阵，是输入矩阵，丙型介绍了输出矩阵和矩阵的直接馈通（v和w是误差正态分布）：向量表示矢量系统的状态，是相对

42、应的传感器信号。该系统输入你的过程是力量的行为在工件。这实际上是不知道。因此，向量是通过估计u20 , 21：（4）和（5）指由此产生的系统描述。本改变输入纳入错误。如果输入信号的动态比较低的采样率，这一提法的Kal man滤波器使得反演该系统的行为和估计的输入与输出（这里的传感器信号）。该传感器系统的描述，其中建立了系统的设计 10，也用在这里了。它意味着直接转移（输入输出）根据式（2）的矩阵目前的模型的动态传感器系统的特性被忽视的。这是必要的，不仅包括过程也为输入向量，由于采取方法的不同点的工件取决于刀具路径：矩阵有来计算参数的系统。方法是在这里显示：“calibration碰撞”手段接触

43、与工件的感应主轴；“inprocess校准的动态过程数据的收集与利用主轴在加工过程中校准夹具。3.2. 标准的不重合在主轴运动相对于工件的位置。夹具与主轴接触力的测量。这是重复的不同点工件和不同的方向。由此产生的信号低通滤波以排除噪声的影响。矩阵计算是采用了最小二阶回归分析，图4描述了校准结果的不重合。本剩余误差是由耦合的传感器。本测量方向是受干扰。支承件（次零件的夹具；见图1）反应的支柱力量在z方向。在对比这样，他们的反应作为悬臂梁力的和Y方向。3.3. 过程的标定在线校准使用过程的力量激发系统的。加工点的改变了工件在校准周期为标定力测量系统。此外，一个有效的校准的强烈耦合系统中的激励不同的

44、力的方向必须是线性无关的。因此，大量不同的参数设置已被使用。图5和显示正常力量铣槽操作的。图5 b描绘了低通滤波信号。夹具显示更多的信号中的噪声（图5）。补偿这些影响信号的系统可以结合使用Kal man滤波器。信号是用来确定主轴的力的。这些变化的力和时刻用光敏原件检测。4. 加力测试结果。过程监控可以实现通过观察力信号预定阈值，信号动态和统计行为。图6显示测量铣削力。一个频率分析使分离的影响和鉴定过程中的失败。验证的检测能力，切削深度的影响，转速，每齿进给，铣削加工策略进行了测试，测试不同参数。4.1。鉴定过程中的力分数阶乘试验60磨试验设计。一个立方体工件（alzn8mgcu干）加工端铣刀（

45、丁=12毫米，2 =3，高速钢时，=308，=158）。本切削深度之间1和2毫米，转速从3000到5000每分钟转速和每齿进给量从21到33毫米。十参数组合进行选择和优化导致空间填充设计。这些参数组合用于槽铣刀，铣削，铣削。图7描述测量平均值。图七显示切割量依靠的是切削力。正如预期的那样，切削量与切削力成正比。值与理论计算。在图7b中只有理解状态有提高主轴转速速度范围太小，具有重大影响。图7c描述了影响铣削方式。顺铣的原因低进给力，但大的正常的进给力。切削力部分拉工具进给方向。因为影响切割边缘进入工件，进给力比较高。在这些力的作用不是铣削。切割主要发生在进给方向。当切割边缘进入工件金相变化时，

46、推力工具横向的。后来，切削力拉到的工具工件降低正常的进给力量。在铣槽的所有力量比较高。图7显示增加所有力量增加每齿进给。测量结果表明，该结合感官元件，可用于监测。光接触条件和由此产生的力量，显示系统灵敏度。4.2.确定工件变形在铣削薄壁工件的变形工件提出了挑战，精密制造。由分析测量过程和材料去除率实际材料去除率可监测。因此，在准确的测量过程允许鉴定在加工过程中工件的变形。这是测试一个圆角铣削与厚度的减小。本实验开始在6毫米厚度。在一个教学阶段切割宽度是从50到600毫米（图一）。一种新型可计算该地图上的切割宽度。为监测，该模型是用来比较的名义宽度用一个估计的切削力（图8）。另外一个可以接受的协

47、议的实际和估计值，一个越来越偏离标称宽度切可观察降低鱼片厚度。从第十八上运行，越来越偏离角铣刀。5.结论本文介绍了使用相结合感官工具机组件的力量有关的过程监测。组合安装程序允许自校准传感器的固有功能。传感器数据融合导致更高的灵敏度和准确。工具和工件的行为可以共同和独立在运行过程中。未来研究的重点是进一步结构整合传感器的功能，延长系统模型信号融合和检测方式。作者感谢cronjaeger教授和教授L . B denkena为支持的文件，和德国研究基金会（东风集团）资金crc653和工程的adaptronic主轴系统铣床”（在spp1156）。参考书籍1 Wiendahl H-P, ElMaragh

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