【正文】 京 江 學 院 JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 畢 業(yè) 論 文 外圓磨床工件直徑的在線 測量和進給控制系統(tǒng)設計 The Design of In Process Gauging and Control System for Grinder 學生學號： 3101102039 學生姓名： 徐海東 專業(yè)班級： J 機電 1002 指導教師姓名： 殷蘇民 指導教師職稱： 教授 20xx 年 6 月 課題依據(jù) : 普通外園磨床不具有在線自動檢測和進給控制功能，磨削過程中工件的尺寸精度完全依靠個人的人工檢測來保證，生產(chǎn)效率低下，如果完全采用數(shù)控磨床則設備成本昂貴，而且在某些生產(chǎn)場合由于產(chǎn)品較為固定，工件尺寸相對固定不變，主要在生產(chǎn)過程中保證 這個尺寸就能滿足生產(chǎn)要求，效率還高。為此提出設計一外園磨床工件直徑在線測量和進給控制系統(tǒng)。本次設計主要用于電動工具行業(yè)轉(zhuǎn)子軸的磨削加工。系統(tǒng)采用 PLC、觸摸屏和伺服系統(tǒng)構(gòu)成。 任務要求 : i. 專題綜述報告（ 20xx 字左右） ii. 專業(yè)譯文工作（ 5000 漢字左右） iii. 調(diào)研報告（ 1000 字左右） iv. 設計工作： 根據(jù)外園磨床實際情況進行測控系統(tǒng)方案設計、控制系統(tǒng)電路設計、程序設計，系統(tǒng)調(diào)試，要求檢測精度為 (設計目標為 )。 v. 畢業(yè)設計說明書（≥ 10000 字） 畢業(yè)設計 (論文 )進度計劃 : 起 訖 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 注 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 明確任務，收集資料，外文翻譯 文獻綜述，外出調(diào)研，撰寫調(diào)研報告 設計方案論證 進行控制系統(tǒng)設計并調(diào)試 編寫畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計答辯 備 注 外圓磨床工件直徑的在線 測量和進給控制系統(tǒng)設計 摘要 我國的很多企業(yè)都還沿用傳統(tǒng)的普通磨床進行加工，普通磨床上不配備高精度在線檢測裝置，對于工件的檢測只限于靜態(tài)離線檢測，這 樣反復加工，多次裝夾，不僅降低了生產(chǎn)效率，還增大了誤差，因此產(chǎn)品的廢品率高，提高了成本。為了改變這種現(xiàn)狀，可以采用電子技術(shù)、光電檢測技術(shù)、計算機技術(shù)，對現(xiàn)有的磨床進行改造。本文提出了一種改造方法，在外圓磨床上安裝 D5V 傳感器，對外圓磨床上工件的外徑尺寸進行動態(tài)實時檢測。 本文主要針對外圓磨床在線檢測系統(tǒng)設計了 CP1H 系列 PLC 軟件，創(chuàng)新點在于我們采用 OMRON CP1HXA40DTD 為控制器，同樣采用歐姆龍 D5VA3B1接觸式位移傳感器采集工件外徑的變化。將砂輪架用于控制縱向進給的手輪拆下， 手輪軸一側(cè)安裝（二相混合式）步進電機，可以實現(xiàn)對外圓磨床的閉環(huán)控制。同時實現(xiàn)了部分硬件的軟件仿真，對于普通外圓磨床進行了數(shù)字化、高精度在線檢測的改造。在實際生產(chǎn)中具有廣泛推廣的意義。 關鍵詞 ： 外圓磨床； 在線檢測； D5V傳感器， CP1H 系列 PLC，觸摸屏 The Design of In Process Gauging and Control System for Grinder Abstract Keywords： Circular grinding machine， On一 line measuring； Grating digital readout； D5V sensor ， PLC 目 錄 第一章 概論 .............................................................................................................. 6 意義 .................................................................................................................. 6 外研究現(xiàn)狀 ...................................................................................................... 6 內(nèi)研究現(xiàn)狀 ...................................................................................................... 6 應用前景 .......................................................................................................7 第二章 外圓磨床在線檢測系統(tǒng)測量原理 ...................................................... 8 測量的基本概念 ............................................................................................... 8 系統(tǒng)測量原理 ………………………………………………… ..…… ..............… ..… .9 測量方法 …………………… .…………………………………………………… .… ..10 在線檢測系統(tǒng)方案選擇與設計（最小二乘法） ......................................... 11 ……………………………………………………………… .… .....17 測量誤差 …………………………………………………… .…………… ..… 17 …………………………………………… ....…… 18 數(shù)學誤差 ………………………………………… ..……………………… .… 18 環(huán)境誤差 …………………………………………………… ..………… .…… 19 …………………………………………………………………… .…… .… 19 第三章 外圓磨床在線檢測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng) ............................................... 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………… ...… ...…… .21 測量裝置 ……………………………………………………………… ..… .… 22 ……………………………………………………… ..……… .… ...24 步進電機及驅(qū)動器選型 ……………………………………………… ..… .24 控制電路 ………………………………………………………………… ..… .25 接觸式位移傳感器 D5V的介紹 ................................................................... 26 主機 MT506MV觸摸屏 的介紹 .................................................................... 29 從機 CP1H XA40DTD 歐姆龍 PLC 的介紹 .. …………………………… .……… ..33 第四章 外圓磨床在線檢測系統(tǒng)的軟件設計 ………………… .…………… ..… 36 開發(fā)工具 ……………………………………………………………… .…………… ..36 系統(tǒng)架構(gòu) ……………………………………………………………………… ...… ....36 測量控制 …………………………………………………………………… ...……… 36 人機接口 通信 …………………………………………………………………… ..… 38 MODBUS 通信協(xié)議 ………………………………………… .………… .… 38 主機觸摸屏程序 ………………………………………………… .………… 38 操作說明 …………………………………………… .……… .……………… .39 第 五 章 總結(jié) ............................................................................................................ 54 致謝 ............................................................................................................................ 55 參考文獻 ................................................................................................................... 56 附錄 A .系統(tǒng)電氣原理圖 ……………………………………………… .………… ..…… 57 附錄 B . PLC 與 D5V 傳感器接線示意圖 …………………… ..……………… .…… 58 附錄 C. 從機 PLC 程序 ……… ..…………………………………………………… .…… 59 附錄 D. PLC地址注釋 …………………………………………………… .…………… .… 77 第一章 概論 意義 從生產(chǎn)發(fā)展的歷史來看 ,機械加工精度的提高是與測量技術(shù)水平的不斷提高密切相關的 . 尺寸和形位誤差的檢測手段及相應標準 的出現(xiàn)是由于生產(chǎn)發(fā)展的需要 ,是保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品互換性的重要指標 .其中圓柱度誤差的測量 ,過去對其研究不多 ,因而該指標應用很少 . 生產(chǎn)中廣泛采用的方法是分別控制軸截面和橫截面的形狀誤差來代替圓柱度指標 . 國外在形位誤差的測量的研究方面 ,主要致力于高精度、高效率、萬能性、符合誤差定義的量儀的研制上 . 如三坐標測量機 ,多坐標測量機等 .美國北卡羅萊納州立大學的精密度測量實驗室專門從事坐標測量和表面測量的研究 . 該實驗室有大量的用于測量工件形狀和粗糙度的儀器 . 其中 ,測量圓度和圓柱度誤差的儀器分為接 觸式和非接觸式兩類 . 前者包括 Federal Formscan 3600 圓柱度儀、 Mahr MFU7 圓柱度儀 。 后者包括 Tropel CM225光學圓柱度儀等 . Taylor Hobson 公司生產(chǎn)的圓度儀上已配備了利用最小二乘原理設計的用截面法測量圓柱度誤差的近似計算程序。 我國是從 1975 年才開始提出形位公差標準的 ,此后又進行了修訂并陸續(xù)制定了一些其它的相關標準 . 到了 80 年代末 ,我國已有了成套的形狀和位置公差標準和形位誤差檢測標準 ,其中多數(shù)標準是與國際 ISO 相應標準 一致或相似的 . 這些標準的制定 ,無疑對國內(nèi)形位誤差評定理論和檢測技術(shù)的發(fā)展起到了推動作用 . 國內(nèi)許多高等院校和研究單位對形位誤差的檢測與評定的研究已具有相當高的水平 . 特別是在形狀和位置誤差的檢測與評定的理論及方法方面已走在世界的前列 ,但在理論成果向?qū)嵱眉夹g(shù)的轉(zhuǎn)化方面 ,尤其在測量儀器的研究與開發(fā)方面 ,就綜合水平和整體實力看 ,還有較大的差距。 近年來 ,我國在圓柱度誤差的測量方面取得了相當大的進展 . 北京機電研究院成功地研制了第一臺計算機控制的圓柱度儀 . 可以用最小二乘法和最小區(qū)域法等幾種指標評定圓柱度誤差 . 中原量儀廠也試制成功了用螺旋線法測量圓柱度誤 差的圓柱度儀 .大連理工大學機械工程系開發(fā)研制的新型五坐標回轉(zhuǎn)體測量儀能在一次安裝下測量諸如圓柱、圓錐、圓球以及它們組合體類的回轉(zhuǎn)零件內(nèi)外型面的輪廓誤差 . 該儀器各項技術(shù)指標均達到要求 ,軟件使用狀況良好 ,受到專家用戶的好評。 東北大學機械工程學院自行研制了“ XWY 1”型形位誤差測量儀并開發(fā)了回轉(zhuǎn)體零件形位誤差數(shù)據(jù)處理軟包 ,達到了國際先進水平。 應用前景 工業(yè)生產(chǎn)中有許多軸類零件，如車輪、車軸、曲軸、活塞等，有的對工件的尺寸精度要求很高，磨削加工是一種 主要方法。磨削加工是機械加工的主要方法之一，在多數(shù)情況下，削加工擔負著零件精密表面的最終加工工序的任務，它的精度對機械產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。普通外圓磨床上不配備在線檢測裝置，傳統(tǒng)的磨削加工是由人憑經(jīng)驗根據(jù)進給量判斷加工狀態(tài)，然后停機離線檢測工件尺寸，此時工件脫離了