高效帶鋸床的關(guān)鍵技術(shù)研究及應用ppt(開題報告)

1、高效帶鋸床的關(guān)鍵技術(shù)研究及應用,報告人：xxxxxx專業(yè)：機械工程 指導老師：xxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxx,主要內(nèi)容,4,4,選題背景,金屬帶鋸床（Metal band saw machine）是用于鋸割各金屬材料的機床，適用的材料包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、高合金剛、特

2、殊合金鋼、不銹鋼、耐酸鋼等，是機械加工行業(yè)不可缺少的切割下料設備。,在發(fā)達國家，帶鋸床已基本占鋸切領(lǐng)域的主導地位。美國帶鋸床產(chǎn)量達到國內(nèi)鋸床總產(chǎn)量的80%~90%；日本和德國采用帶鋸下料的工藝超過了70%和50%。,中國已連續(xù)多年成為世界最大數(shù)控切割機床消費國和進口國， 2006～2010年期間，國內(nèi)帶鋸床企業(yè)和一些外資帶機床企業(yè)逐步擴大市場份額。,選題背景,由此可見帶鋸床自動化將是未來的發(fā)展方向。而以40CrMo為例，國內(nèi)帶鋸床的鋸切

3、效率為70~80cm2/min，德國貝靈格的鋸切效率可達430cm2/min，故提高鋸切效率，實現(xiàn)高精度鋸切力的控制亦是未來的焦點。,2002～2005年，進口數(shù)控帶鋸機床在中國數(shù)控切割機床消費中占62%，2010年則為33%。,半自動帶鋸床,全自動帶鋸床,德國貝靈格全自動帶鋸床,選題背景,有限元法是現(xiàn)代CAE中一種重要的分析計算方法，目前已經(jīng)有很多基于有限元法的有限元軟件，如ANSYS等，已廣泛用于機械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)分析、動態(tài)分析；研究線

4、性、非線性問題等。,a.機床橫梁的模態(tài)分析,b.輪子的應力分析,c.客車車身骨架結(jié)構(gòu)的有限元分析,選題背景,目前自動帶鋸床控制機主要有：可編程控制器（PLC），單片機、CNC（計算機數(shù)控系統(tǒng)）。其中PLC以功能強勁、可靠性高、編程簡單、價格低廉而尤為突出。,可編程控制器（PLC）是一類可編程的存儲器，用其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。,選題背

5、景,PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。,a.市場上各種PID調(diào)節(jié)器,選題背景,高效帶鋸床關(guān)鍵技術(shù)：,1.高效帶鋸床強力鋸切機理的研究。,2.研究帶鋸床鋸切過程中抑制振動技術(shù)。,3.數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)恒鋸切力鋸切，達到恒功率作業(yè)，實現(xiàn)效率最大化。,研究意義,1.通過高效金屬帶鋸床強力鋸

6、切機理實驗研究，研究鋸切力、進給力、進給速度、鋸切速度等因素對鋸切效率的影響，對高效帶鋸床的設計有重要意義。,課題研究的意義,2.通過對帶鋸床鋸切過程中重要部件振動特性的分析及抑振技術(shù)的研究，對抑制帶鋸床的振動、改善鋸切的狀況有重要意義。,研究意義,3.通過研究鋸切效率最大化的控制理論模型，并基于PLC實現(xiàn)帶鋸床恒定鋸切力鋸切，對提高帶鋸床的鋸切效率，提升帶鋸條的使用壽命有重要的意義。,課題研究的意義,研究現(xiàn)狀：帶鋸床鋸切機理,長沙工業(yè)

7、高等?？茖W校的李新和、唐植瑤研究了雙金屬帶鋸條鋸削力的計算，建立了帶鋸條刀齒模型、推出了鋸削力計算的實驗公式，并確定了公式中各參數(shù)的意義和取值方法。,a.當量齒模型,b.切削抗力示意圖,c.切削抗力計算公式,研究現(xiàn)狀：帶鋸床鋸切機理,Tae和Hee對斜向分齒帶鋸條的鋸切抗力進行了實驗研究，結(jié)合理論推導，他們確定了鋸切抗力的計算模型，首先是實驗測試單個齒的鋸切抗力，根據(jù)齒的幾何形狀導出鋸切抗力的公式，最終得到總的鋸切抗力。,a.測力系統(tǒng)示

8、意圖,b.帶鋸鋸齒分析,研究現(xiàn)狀,有限元法在機床振動特性分析中的應用,M. Mahboubkhah，M. J. Nategh和S. Esmaei lzadeh Khadem對六桿并聯(lián)機床的工作臺進行了動態(tài)特性分析，得出了其在自激振動下達到共振的情況，接著采用有限元法對某種型號的六桿機床工作臺進行響應分析，從理論和實驗兩方面進行論證，最終提出了優(yōu)化結(jié)構(gòu)的措施。,a.有限元模型,b.有限元法模擬圖,研究現(xiàn)狀,有限元法在機床振動特性分析中的應

9、用,西安交通大學的朱育權(quán)、千學明、林曉平通過ANSYS軟件建立了1CL50機床立柱的幾何模型，分析了該立柱的各階振型，并針對各階振型優(yōu)化機床立柱的結(jié)構(gòu)。,a.有限元模型,b.模態(tài)分析,研究現(xiàn)狀,機床振動的檢測和控制,S.K. Choudhury和M.S. Sharath設計了一個抑制機床振動的控制系統(tǒng)，它通過測量刀具和工件之間的相對位移來檢測振動，通過處理反饋給電磁驅(qū)動器，驅(qū)動刀具的進給，并結(jié)合實際的實驗對比，取得了減小振幅33%，表面

10、光潔度提高了22%的效果。,a.檢測和控制系統(tǒng),b.振動控制前后檢測到的振動信號和表面輪廓對比,研究現(xiàn)狀,機床振動的檢測和控制,Dong-Hoon Kim、Jun-Yeob Song、Suk-Keun Cha等設計了一個顫振補償系統(tǒng)，從傳感器檢測刀具和材料之間的相對位移，然后通過算法估計補償值，達到自主控制顫振的目的。,a.振動測試裝置和測得的信號,b.控制系統(tǒng)框圖,研究現(xiàn)狀,PLC在帶鋸床控制中的應用,中南大學的曾蕓在其碩士論文《臥式

11、帶鋸床進給系統(tǒng)設計和研究》中對測量進給量的變化、工件截面形狀和尺寸變化對進給力的影響做了大量的工作，通過測量進給油缸無桿腔的壓力間接確定進給壓力F，并設計了通過進給壓力F反饋，基于PLC邏輯控制，調(diào)節(jié)進給速度的液壓系統(tǒng)。,a.進給壓力和工件截面的關(guān)系曲線,b.流量反饋進給系統(tǒng),研究現(xiàn)狀,PLC在帶鋸床控制中的應用,丁時鋒、李清香針對雙立柱帶鋸機設計了基于PLC的自動控制系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)，提高了鋸切的效率。,a.雙立柱液壓帶鋸機,b.液

12、壓系統(tǒng)原理圖,c.PLC系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,研究現(xiàn)狀,PID的應用及參數(shù)自整定,哈爾濱理工大學的楊明貴、張元、趙炎對帶鋸床鋸切機理進行了研究，得出鋸切力是影響鋸切效率的重要因素，并通過檢測兩夾緊鉗口夾緊力的變化量ΔF，將其反饋給他們設計的模糊PID控制系統(tǒng)，控制進給油缸的牽引速度，實現(xiàn)等面積切削。,a.鋸削受力圖b.仿真曲線c.控制系統(tǒng)框圖,研究現(xiàn)狀,PID的應用及參數(shù)自整定,馮衛(wèi)星、樊澤明等對智能閥門定位進行PID的控制，他們通過對誤

13、差進行相平面的分析，對不同大小的誤差采用不同的控制策略，最后通過實驗對比進行驗證。,a.誤差相平面分析,b.實物圖,c.速度和誤差隨動圖,研究現(xiàn)狀,PID的應用及參數(shù)自整定,Alberto Leva和Martina Maggio在很多研究人員的基礎(chǔ)上，對PID自整定的規(guī)則進行研究，提出了一種新的自整定的規(guī)則，并通過仿真加以改進，為PID參數(shù)自整定的規(guī)則法提供了新的方法。,a.PID參數(shù)自整定的規(guī)則,b.新方法與原方法的對比,研究現(xiàn)狀,P

14、ID的應用及參數(shù)自整定,N. KANAGARAJ、R. KUMAR和P. SIVASHANMUGAM針對壓力控制，在較多經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將模糊控制技術(shù)嵌入到PID控制器中，以ARM7微控制器為載體，研究模糊規(guī)則來控制PID參數(shù)的整定。,a.模糊控制的輸入輸出設定,b.PID模糊控制器的總體結(jié)構(gòu),c.仿真結(jié)果,研究內(nèi)容,研究內(nèi)容,1.高效金屬帶鋸床強力鋸切機理實驗研究。,（1）對直徑為50～100mm的45號鋼、40CrMo、304L、H1

15、3等8種圓柱形材料進行鋸切實驗，測量鋸切力、進給力、進給速度、鋸切速度以及各材料特性（如硬度）。（2）根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，分析各參數(shù)與鋸切效率之間的關(guān)系；分析材料本身的特性和鋸切效率之間的關(guān)系。根據(jù)所得的規(guī)律，推出效率最大化的理論模型；推測遇不知名材料時可用的鋸切效率。,研究內(nèi)容,研究內(nèi)容,2.高效帶鋸床抑制振動技術(shù)研究。,（1）用有限元法（ansys軟件）對帶鋸條和鋸輪進行動態(tài)特性分析。（2）研究檢測振動和主動控制振動的方案。,研

16、究內(nèi)容,研究內(nèi)容,3.高效帶鋸床鋸切效率最大化及其控制系統(tǒng)研究。,（1）基于PLC和PID研究高效帶鋸床鋸切效率最大化的控制方案。（2）改進現(xiàn)有的帶鋸床控制系統(tǒng)，提高其自動化程度。,技術(shù)路線,技術(shù)路線,進度安排,2012年11月～2012年12月 查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻資料，確定研究方案。 2012年12月下旬～2013年2月上旬：結(jié)合實驗數(shù)據(jù)研究高效帶鋸床的強力鋸切機理；高效帶鋸床數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)的總體方案設計。 2013年2

17、月下旬～2013年4月上旬： 高效帶鋸床數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)方案實施；進行實驗結(jié)果驗證。 2013年4月下旬～2013年5月上旬：用有限元方法對帶鋸床重要部件進行振動特性分析。2013年5月下旬～2013年7月下旬： 根據(jù)分析結(jié)果研究抑制振動的方案，并與之前進行對比分析。 2013年8月上旬～2013年9月上旬：整理總結(jié)前期研究內(nèi)容，開始撰寫畢業(yè)論文。,主要參考文獻,[1] 郭北濤.國內(nèi)外金切鋸床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].制造技術(shù)與

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