【正文】 2 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(shù)的 可編程序控制器 (PLC)產(chǎn)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(xiàn) ,易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng) ,使得 PLC 如虎添翼。 PLC 的國內(nèi)外的狀況 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 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(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。 20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。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(chǎn)廠家。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)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(yīng)用越來越廣泛 ,廣泛應(yīng)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)。 （ 3）閉環(huán)過程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。預(yù)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)。 本課題的主要任務(wù) 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(shè)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。當電箱門打開時電箱門壓動行程開關(guān)斷開，整個機床處于斷電狀態(tài)，以防止觸電。 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。 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。主軸沖動時例外。選擇 時主要考慮以下幾點： (1)合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 (4)響應(yīng)速度要 PLC 是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。 （ 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。 在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，經(jīng)常性的查閱各種資料和文獻，經(jīng)常碰到一些以前未遇到的問題，都促使我反復(fù)思考探究 ，或者向人請教，學(xué)到了不少的知識。 同時，感謝學(xué)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。 對 不同的摩擦和磨損模型進行了分析，以及它們對預(yù)測磨損配置的影響進行評估。 在該芯片接口的高應(yīng)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。 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。為了實現(xiàn)這一目標，不同的磨損和摩擦模型的影響磨損過程參數(shù)，如溫度和相對速 度，一直在調(diào)查和預(yù)測工具的磨損幾何使用。 F2 剪切摩擦模型，其中指出，摩擦力是一小部分的等效壓力 。這意味著， 首先是 遞增傳熱，其次是應(yīng)力分析 ， 增量的時間設(shè)置為 毫秒。 ． 材料特性 一 般來說，應(yīng)變程度，應(yīng)變速率，溫度各有一對材料流動應(yīng)力強的影響力。該進給力是摩擦力力量之和。該模型是 物理學(xué)家 佐列夫在高正應(yīng)力摩擦 下等到的。在該工具的外部邊界的溫度定為室溫。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。 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(wǎng)狀開始。為了做到這一點，溫度，相對速度，并在接觸應(yīng)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。使用較少的增量將導(dǎo)致收斂問題和數(shù)值錯誤，但是使用更多的增量，會 增加不必要 地 計算時間。 工件是鉻鎳鐵合金 718 這是擺設(shè)在其端面幾何管道，以實現(xiàn)在附近作業(yè)的轉(zhuǎn)折點正交切削條件。在此之后，厚度形狀是從獲得的圖像 中 測量 的 。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。另外，在這種情況下最大的模擬深度從刀尖位置 最 遠 處 測量。此外，在 與 刀尖磨損大大 減少 的測量相比磨損狀況，見圖 .9。雖然，剪切摩擦模型預(yù)測 存在 過大的后刀面磨損，違反了調(diào)整的摩擦模型 但 顯示的后刀面磨損帶長度一致。 作者預(yù)測，在 各 工件可以看到工具在低溫沖擊摩擦模型。此外，位于前刀面接觸應(yīng)力穩(wěn)定在兩個高 處 ，一高，接近工具 高處 ，一低，進一步上升的前刀面。這可以理解研究的相對速度圖（圖 10）。這似乎可以合理地假設(shè)庫侖摩擦力分解為材料的屈服極限的方法的有效性。 鳴謝 這項研究是由 NFSM（全國研究生院材料科學(xué)支持），抗汞（制造工程研究領(lǐng)域）和沃爾沃宇航公司。 hner, B. Lilly, T. Altan,，利用有限元分析估計正交切削刀具磨損，材料加工技術(shù) 146（ 2022） 8291。 [14] E. Usui, T. Shirakhashi, T. Kitagawa，第 3 部分：切削過程的三維預(yù)測分析，美國 ASME，工業(yè)工程雜志 1（ 1978） 3338。 necke,，熱軟化，破壞和分割模擬芯片鎳超合金， nshoff，樓霍爾曼（ 1997），Hochgeschwindigkeitspannen，威利，紐約， 2022 年， 446469 頁。 [27] A. Devillez, S. Lesko, W. Mozer，刀具磨損與白光干涉測量， 256（ 2022）5665。 [25] 擴散與缺陷數(shù)據(jù)， 27，跨科技刊物， Rockport，碩士， 1982。 [20] R. Sievert, . Hamann, D. Noack, P. Lo168。 [13] T. O168。 [6] T. Altan, F. Koppka, P. Sartkulvanich，流量測定應(yīng)力金屬切削仿真進度報告，材料加工技術(shù)雜志 146（ 1）（ 2022） 6171 [7] C. Hortig, B. Svendsen，形成模擬芯片高速切削，材料加工技術(shù)雜志 186（ 2022） 6676。這是一個由摩擦模型 對 相對速度 的 影響對磨損狀況產(chǎn)生重大影響的模擬， 得到 結(jié) 論。在這三個地方的磨損模型，溫度和壓力分布變量沿前刀面似乎無法提供足夠的影響模型，通過實際觀察到的磨損形態(tài)的變化。最大的差異在使用 Usui 的磨損模型（ W1）被發(fā)現(xiàn)在周圍的工具提示 0 至 100 毫米，如圖 .8。但是，更 主要 的是，溫度小于 25 超過約四分之三的接觸帶， 從 0 到約 有所不同 。摩擦系數(shù)越大，越大 越 平穩(wěn)，非移動的材料和摩擦系數(shù)之間的模擬與量測進給力 與 良好的相關(guān)性必要的接觸長度。 考慮到在側(cè)翼面對穿，用庫侖摩擦力的模擬（ F1）低估了附近的刀尖磨損量，見圖9。 本節(jié)中的 Usui 方程式（ W1）用于整個 系統(tǒng) ，模擬文件使用不同的摩擦與實測剖面模型進行比較。在這種情況下，與測量差距 很大 ，但是，仍然可觀。 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。使用光學(xué)顯微鏡 對 芯片的形狀樣本進行了研究。在每個轉(zhuǎn)彎長度為 12mm 的加工實驗。 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。 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(yīng)地修改工具幾何實施。 第一步是固定的，因此 是 計算芯片的條件。這次 B 參數(shù)值也用在這里，雖然在芯片的摩擦系數(shù)不同，形成的模式， 會 因為它現(xiàn)在就校準 而補償 。這些熱量是從工件轉(zhuǎn)移，由于對流和傳導(dǎo)對環(huán)境輻射 的 忽視。在其他地湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 21 方的摩擦系數(shù)設(shè)置為 。 對未涂層硬質(zhì)合金刀具的材料特性被認為是不受溫度，并在表 1 中列 出 在這項工作中，使用三個不同的摩擦。用細網(wǎng)在周圍的物質(zhì)分離的工具提示。兩種類型的熱 ， 假設(shè)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。 Usui 模型，其中一個常數(shù)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 。這在以前沒有考慮刀具磨損模擬，那里的摩擦系數(shù)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。該方法已使用 于 鋼鐵，計算磨損率預(yù)測，從切割變量，和更新的工具移動節(jié)點的幾何形狀。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(dǎo)致在側(cè)翼面對嚴重的刀具磨損。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(yù)測刀具磨損。從課題的選題、開展到論文的撰寫、結(jié)稿，自始至終都得到了張高峰老師的悉心指導(dǎo)與熱情幫助。 小結(jié) 在指導(dǎo)老師張高峰副教授的精心輔導(dǎo)下，經(jīng)過近一個學(xué)期的努力，基本完成了此次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。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(guān)量邏輯控制系統(tǒng)的編程了。 對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。 PLC 的選擇主要應(yīng)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(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。所以必須把門關(guān)閉才行。照明線路用 4RD 做 短路保護。 在刀架快速向下時，電磁閥 2DT 接通。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。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(yīng)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(shè)計和應(yīng)用人員所喜愛。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由 PLC 送至 CNC 設(shè)備使用。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當?shù)乃俣群图铀俣?，確保運動平滑。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù) 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。目前，我國自己已可以 生產(chǎn)中小型可編程控制器。 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%。此時的 PLC 為微 機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 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(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)，使?jié)L齒機的控制更加方便。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。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(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。 PLC 的應(yīng)用通常可分為五種類型： （ 1）順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛 的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。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