机械加工方法分析与比较毕业论文

近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能较其它PLC更精准，且程序的设计和调试相当方便。本文提出的是如何应用永宏PLC的NC定位控制实现机床数控系统控制功能的方法来满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可供工矿企业的相关数控机床设计改造借鉴。 2 数控机床组成结构及工作过程 本例数控机床由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成，如图1所示。图1 数控机床组成机构图输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰;目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等)，一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。可编程控制器对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速;管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行控制;对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。数控机床的工作过程如图2所示。图2 数控机床的工作过程框图数控加工的准备过程较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装及使用方法等。机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、机床各部位状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考察，而整个过程均需在前一步实现后的结果评价后再作后一步工作。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。前三步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价(即机床实动率)。 3 机床数控系统需要解决的几个问题 机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都应该比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品,在机床的电气控制中应用也比较普遍。 在实际控制中如何既能提高定位速度，同时又能保证定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数必须能作相应的修改，为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用;所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热, PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当的空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降温。此外，为保证控制系统的安全与稳定运行，还应解决控制系统的安全保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。 4 永宏FBs系列PLC的NC机床定位伺服控制系统分析 数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为:产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着极为重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的选用，不仅须与数控机床的整体结构谐和协调，融入整机系统具有最佳的匹配性能，而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是提高数据处理能力，而是应具备热误差补偿单元以及能实现速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制等先进控制技术的功能。所以必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床正常高效运行。 鉴于以上各项要求，笔者采用台湾永宏电机股份有限公司的FBs-44MN PLC作为该机床控制主单元，该型机具有较高的性价比，体积小，使用起来非常方便，接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。同时配以人机界面进行程序参数修改、设定以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。该控制系统具有可靠性高，价格便宜，结构紧凑等特点，非常适合机床的控制要求，具体控制思路如图3所示。图3 采用永宏PLC FBs-44MN 的NC 机床定位电气控制系统图可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制中心，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。由图3可以看出，系统控制中心采用永宏PLC FBs-44MN控制，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。早期使用一般电机作为定位控制，由于速度不快、或者精度要求不高，所以足够应对所需场合;当机械运转为了获取效率而将速度加快时，当产品质量、精度要求越来越高时，电机停止位置的控制就不是一般电机所能达到的了。解决这一问题的最佳方法是采用NC定位控制配合步进或伺服电机作定位控制。但在过去，由于它的价格很高，而限制了它使用的普遍性，近年来由于技术的发展及成本的降低，其价位已被用户所接受，使用数量也越来越多。为配合这一趋势，永宏PLC FBs系列将目前市面上专用的NC定位控制器功能整合在PLC内部SoC芯片内，除了免掉PLC与专用NC 定位控制器之间复杂的数据交换与连结程序外，更大幅降低整体成本，为用户提供一种价廉物美、简单方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片含有多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器，并且提供简易使用和设计的定位程序编辑，对于这方面的应用，更是如虎添翼、如鱼得水、得心应手了。PLC结合伺服驱动器所构成的NC闭环回路控制系统中，PLC负责发送高速脉冲命令给伺服驱动器，除了装在伺服电机的位移检测信号直接反馈到伺服驱动器外，外加位移检测器装在传动机构之后，真正反映实际位移量，并将此信号反馈到PLC 内部的高速硬件计数器，这样就可作更精确的控制，并且可避免上述半闭环回路的缺点。永宏PLC FBs系列的定位功能将市面上专用NC定位控制器整合在PLC内，使PLC与NC控制器能共享相同的数据区，而不需要作两个系统之间的数据交换与同步控制等复杂的工作，但仍可用一般常用的NC 定位控制指令(例如DRV、SPD…等)。PLC控制4轴的定位工作，并可作多轴同动控制，除了提供点对点的定位速度控制，还提供了各轴间直线插补功能。当系统应用超过4轴时还可利用永宏PLC的CPU LINK功能达到更多的定位运动控制。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括:定位速度和轮廓切削进给速度;定位精度和轮廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会迅速反应。在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。 单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就更高。此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，必须考虑软件处理的时间是否足够。全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强，耐油耐污及维护简单等优点，特别适合于高精度全闭环数控机床的工作场合。数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很困难，全闭环包括了该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。 因此数控机床全闭环伺服系统在保证快速性的基础上主要是解决机床进给运动的稳定性而获得比半闭环伺服系统高的位置精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反馈到伺服驱动器，驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数，经内部的偏差计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲偏差值与转速误差值，这样使控制伺服电机实现高速、精密的速度与位置闭环回路处理系统。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，而电机的移动量则由脉冲数决定。图4是PLC控制下的伺服电机工作示意图。图4 数控机床伺服电机工作示意图5 相关程序设计与操作 PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，所以程序执行速度很快。另外软件故障检测设计在采用硬件设计的基础上采用软件检测外部行程开关状态，当行程开关失灵后，通过程序控制停止机床的运行，有效地减少了机床因元件失灵造成的事故。 图5是使用编程软件WinProladder编辑定位程序参数设定指令图，图6是具体操作加工程序图。图5 定位程序参数设定指令图图6 加工程序图6 结束语 我国是一个机床生产和应用大国，但数控技术的应用水平还不高，严重制约着我国制造业水平的提高。国际上的相关开发计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在机床数控系统设计中占有重要的地位，该机床经过长期运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行可靠，提高了生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度。 由于采用了PLC控制，使电气部分的抗干扰能力增加，提高了机床的运行可靠性，因而增加了设备的柔性，提高了设备的使用效率。

机械制造技术及加工工艺应用分析论文

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摘要 ：机械工业是现代经济发展过程中的重要行业，不仅是推动国民经济增长的主要力量，同时也为社会各个行业的发展提供了先进机械设备及相应服务。在现代机械工业发展过程中，机械制造技术与加工工艺是其发展的关键，也是影响现代机械设备使用性能和质量的重要因素，所以对现代机械制造技术与加工工艺是机械工业生产发展的前提和基础。本文对现代机械制造技术与加工工艺的应用进行了相应探讨。

关键词 ：现代机械；制造技术；加工工艺；应用探究

现代机械工业的发展，对于推动我国国民经济发展，促进工业生产发展具有重要作用和意义。然而随着社会经济发展以及企业的生产发展，对机械工业设备制造质量和使用性能的要求也越来越高。在这种社会背景下，机械工业企业应不断改进和创新现代机械制造技术与加工工艺，提高机械设备的质量和整体性能。所以现代机械工业应抓住现代机械制造技术与加工工艺的技术特点，并采取有效措施，不断对其进行改进和创新。

1现代机械制造技术与加工工艺的特点

1.1综合性

综合性是现代机械制造技术与加工工艺的重要特点。在机械工业企业的发展过程中，企业对内部的机械生产和制造进行了合理整合，形成了具有综合性的生产体系，给现代机械制造技术与加工工艺也染上了综合性的特点。随着机械工业企业的不断发展，机械制造工业的内部理念以及生产制作工艺、流程等融合程度越来越高。同时，为了促进现代机械制造技术与加工工艺的发展，机械制造企业还将生产过程中的各种理论知识与实践经验进行了高效整合，其中包括机械生产的自动化控制技术、计算机科学以及电子信息技术等，使得整个生产体系不仅具有浓厚的综合性特点，还为推动现代机械制造技术与加工工艺的发展做出了突出贡献。

1.2一体化

机械制造技术及工艺的一体化发展是现代机械制造技术与加工工艺的主要发展趋势，同时也是现代机械制造技术与加工工艺的重要特点。在现代机械制造工业发展过程中，企业对传统的机械生产制造方式进行了改良和创新，使其能够更加适应现代机械生产制作的需要。企业将自动控制理念以及微电子技术等现代先进的科学技术融入到了机械制造生产过程中之中，不仅促进了企业机械制造的生产发展，同时也促进了机械制造技术及工艺的一体化发展，提高了企业的机械制造生产质量和整体性能。

1.3系统性

系统性是现代机械制造技术与加工工艺的特点之一，同时也是现代机械制造技术与加工工艺与传统机械加工制作技术的根本区别。在现代机械制造企业的生产过程中，合理融入了大量的科学技术，如自动化控制技术、计算机技术等，实现了对机械制造生产的科学化、自动化管理，不仅提高了企业的制作生产效率，促进了企业的生产发展，同时还促进了现代机械制造技术与加工工艺的系统性发展。

1.4可持续性

现代机械制造技术与加工工艺是通过对传统机械加工制作技术的不断改进和创新，并合理融入现代科学技术与设备工艺而逐渐形成的。利用现代机械制造技术与加工工艺进行工业企业的日常生产发展，能够有效提高企业的生产效率。同时在对传统机械加工制作技术进行改进和创新的过程中，企业对传统工艺中存在的弊端采取了针对性措施，有效减少了机械工业生产过程中的环境污染，提高了资源利用效率和企业的经济效益，促进了机械工业生产的可持续发展，体现了现代机械制造技术与加工工艺的'可持续性特点。

2现代机械制造技术与加工工艺实际应用

2.1特种加工及精密工艺技术

在机械企业的加工生产过程中，一般以工程的精密度为划分依据，将精密工程分为精密加工、超精密加工以及纳米加工，其中精密加工与超精密加工主要是指物理化学加工方法，是随着现代科学技术的发展并在传统机械加工工艺上改进并发展而来，大多应用于现代机械企业的电解加工、电火花加工、激光加工以及超声波加工等，具有很好的加工效果，能够有效提高企业的生产加工质量。特种加工虽然也属于紧密加工工艺的一种，但其与其他精密加工工艺的主要对象有所不同，主要是对陶瓷、金刚石等加工难度较大工业材料进行机械加工。但是在运用特种加工技术进行机械加工制作时，要根据企业的机械生产要求以及材料加工需要确定相应加工要求，一般都要保障其加工精度达到分子或原子级单位，以保正企业机械生产制造质量和整体性能。

2.2零件快速加工成型工艺及技术

在现代机械企业的工业生产过程中，零件加工制作是企业生产发展的一个重要环节，同时也是企业日常生产的重要内容。经过现代机械企业的生产发展，使零件加工产业逐渐发展成为了机械工业中的一个独立产业。对于机械制造企业的零件生产和制造工作来说，由于零件本身具有三维空间的特点，给企业的零件生产和制造带来了一定困难。在进行零件加工制造时，可以对零件进行三维想象和理解，在将零件三维空间的各个点分解成二维面进行制造，最后再按照零件的三维特点对其进行合理的组合和重叠。在整个将制造过程中，常用的零件快速加工成型工艺及技术主要有立体光刻法和叠层实体制造法两种主要技术。例如：立体光刻法。这种技术是指用数控激光机对铺好的箔材进行切割，先切出零件的大体轮廓，然后再对其进行固化粘结处理，最后在按照零件的加工制造要求对其进行加工和人进一步处理。这种技术已经在机械企业的日常生产过程中得到了广泛的引用，相应的工艺技术已经逐渐发展成熟。

2.3零件分类编码工艺及技术

零件分类编码工作是机械企业在零件加工制作生产过程中的重要内容，能够有效避免发生零件加工混乱的现象，提高企业的零件生产加工质量和效率。所以，在企业的零件生产加工制造过程中，选择合理的零件分类编码工艺及相关技术，控制好零件分类编码工作质量和效率具有作用。在零件将制作过程中，首先，应对制作完成的零件进行编码区分，尤其是对于一些种类、形状或性能比较相像或相近的零件来说，更要及时做好编码区分工作，避免出现零件混乱的问题。其次，应做好零件的分类工作。在做好对零件的编码区分工作之后，应对零件的基本情况信息进行准确分类，包括零件的标准、规格、基本构造等基本信息以及零件的主要材料、生产加工工艺、加工精度、机床型号等零件加工特点，对这些信息进行准确分类，为零件使用、销售等工作的开展奠定基础。最后，要做好对零件的将制造数量、批次等信息的区分工作，以保障企业的生产质量和生产效率，促进企业的未来发展。

2.4柔性制造技术及工艺

柔性制造技术及工艺是随着现代自动化以及现代信息技术的发展而逐渐产生的现代机械制造技术与加工工艺，是现代机械企业生产制造的关键技术之一，柔性制造技术及工艺在机械企业生产制造过程中的应用，能够有效提高企业的生产自动化水平，提升企业的生产效率，促进机械企业的未来发展。柔性制造技术及工艺是指将主机与其他数控机床或控制设备进行有效连接，然后通过主机实现对整个生产制造过程的自动控制。柔性制造技术及工艺具有较强的灵活性，在生产过程中能够指导生产设备进行相似零件组不同零件的工序加工，有效提高生产效率和生产质量，促进机械企业的工业生产发展。此外，在机械工业生产过程中，柔性制造技术及工艺该可以随着生产需要及时进行生产批次、性能参数的调整，从而满足用户更高的需求。柔性制造技术及工艺的应用，有利于提高企业的生产效率和经济效益，柔性制造技术及工艺的改进和创新也是现代机械制造企业的重要发展方向之一。

2.5微机械技术

微机械技术是随着我国科技发展而逐渐产生的新技术之一，其在我国现代机械生制造生产过程中的应用主要包括以下几方面。第一，机械传感技术。由于为机械技术的传感器辨别率较高，灵敏性较强，所以传感技术在当前机械施工产过程中的应用，提高了电路以及电子机械的制作精确度和效率。第二，微机械技术的材料。传统的微机械技术以硅作为主要材料，但是随着微机械技术的发展，硅材料的缺点逐渐暴露出来，而镍成为了主要材料。此外，金属、高分子材料等也都可以作为微机械技术的主要材料。结束语现代机械制造技术与加工工艺是机械生产制造企业发展的关键，企业应在合理运用现代机械制造技术与加工工艺的基础上，对其进行有效的改进和创新，从而不断提高生产质量和生产效率，促进企业的可持续发展，为企业的未来发展垫定基础。

参考文献

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