高效帶鋸床的關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用ppt(開題報(bào)告)

1、高效帶鋸床的關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用,報(bào)告人：xxxxxx專業(yè)：機(jī)械工程 指導(dǎo)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(jī)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(jī)械加工行業(yè)不可缺少的切割下料設(shè)備。,在發(fā)達(dá)國(guó)家，帶鋸床已基本占鋸切領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。美國(guó)帶鋸床產(chǎn)量達(dá)到國(guó)內(nèi)鋸床總產(chǎn)量的80%~90%；日本和德國(guó)采用帶鋸下料的工藝超過了70%和50%。,中國(guó)已連續(xù)多年成為世界最大數(shù)控切割機(jī)床消費(fèi)國(guó)和進(jìn)口國(guó)， 2006～2010年期間，國(guó)內(nèi)帶鋸床企業(yè)和一些外資帶機(jī)床企業(yè)逐步擴(kuò)大市場(chǎng)份額。,選題背景,由此可見帶鋸床自動(dòng)化將是未來的發(fā)展方向。而以40CrMo為例，國(guó)內(nèi)帶鋸床的鋸切

3、效率為70~80cm2/min，德國(guó)貝靈格的鋸切效率可達(dá)430cm2/min，故提高鋸切效率，實(shí)現(xiàn)高精度鋸切力的控制亦是未來的焦點(diǎn)。,2002～2005年，進(jìn)口數(shù)控帶鋸機(jī)床在中國(guó)數(shù)控切割機(jī)床消費(fèi)中占62%，2010年則為33%。,半自動(dòng)帶鋸床,全自動(dòng)帶鋸床,德國(guó)貝靈格全自動(dòng)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(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析；研究線

4、性、非線性問題等。,a.機(jī)床橫梁的模態(tài)分析,b.輪子的應(yīng)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(dòng)帶鋸床控制機(jī)主要有：可編程控制器（PLC），單片機(jī)、CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)）。其中PLC以功能強(qiáng)勁、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉而尤為突出。,可編程控制器（PLC）是一類可編程的存儲(chǔ)器，用其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)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(jī)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(shí)用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)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(yīng)用最為廣泛的控制器。,a.市場(chǎng)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(qiáng)力鋸切機(jī)理的研究。,2.研究帶鋸床鋸切過程中抑制振動(dòng)技術(shù)。,3.數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒鋸切力鋸切，達(dá)到恒功率作業(yè)，實(shí)現(xiàn)效率最大化。,研究意義,1.通過高效金屬帶鋸床強(qiáng)力鋸

6、切機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究，研究鋸切力、進(jìn)給力、進(jìn)給速度、鋸切速度等因素對(duì)鋸切效率的影響，對(duì)高效帶鋸床的設(shè)計(jì)有重要意義。,課題研究的意義,2.通過對(duì)帶鋸床鋸切過程中重要部件振動(dòng)特性的分析及抑振技術(shù)的研究，對(duì)抑制帶鋸床的振動(dòng)、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(shí)現(xiàn)帶鋸床恒定鋸切力鋸切，對(duì)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(jī)理,長(zhǎng)沙工業(yè)

7、高等?？茖W(xué)校的李新和、唐植瑤研究了雙金屬帶鋸條鋸削力的計(jì)算，建立了帶鋸條刀齒模型、推出了鋸削力計(jì)算的實(shí)驗(yàn)公式，并確定了公式中各參數(shù)的意義和取值方法。,a.當(dāng)量齒模型,b.切削抗力示意圖,c.切削抗力計(jì)算公式,研究現(xiàn)狀：帶鋸床鋸切機(jī)理,Tae和Hee對(duì)斜向分齒帶鋸條的鋸切抗力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合理論推導(dǎo)，他們確定了鋸切抗力的計(jì)算模型，首先是實(shí)驗(yàn)測(cè)試單個(gè)齒的鋸切抗力，根據(jù)齒的幾何形狀導(dǎo)出鋸切抗力的公式，最終得到總的鋸切抗力。,a.測(cè)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(jī)床振動(dòng)特性分析中的應(yīng)用,M. Mahboubkhah，M. J. Nategh和S. Esmaei lzadeh Khadem對(duì)六桿并聯(lián)機(jī)床的工作臺(tái)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性分析，得出了其在自激振動(dòng)下達(dá)到共振的情況，接著采用有限元法對(duì)某種型號(hào)的六桿機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)行響應(yīng)分析，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)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(jī)床振動(dòng)特性分析中的應(yīng)

9、用,西安交通大學(xué)的朱育權(quán)、千學(xué)明、林曉平通過ANSYS軟件建立了1CL50機(jī)床立柱的幾何模型，分析了該立柱的各階振型，并針對(duì)各階振型優(yōu)化機(jī)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(jī)床振動(dòng)的檢測(cè)和控制,S.K. Choudhury和M.S. Sharath設(shè)計(jì)了一個(gè)抑制機(jī)床振動(dòng)的控制系統(tǒng)，它通過測(cè)量刀具和工件之間的相對(duì)位移來檢測(cè)振動(dòng)，通過處理反饋給電磁驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)刀具的進(jìn)給，并結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)對(duì)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(cè)和控制系統(tǒng),b.振動(dòng)控制前后檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)和表面輪廓對(duì)比,研究現(xiàn)狀,機(jī)床振動(dòng)的檢測(cè)和控制,Dong-Hoon Kim、Jun-Yeob Song、Suk-Keun Cha等設(shè)計(jì)了一個(gè)顫振補(bǔ)償系統(tǒng)，從傳感器檢測(cè)刀具和材料之間的相對(duì)位移，然后通過算法估計(jì)補(bǔ)償值，達(dá)到自主控制顫振的目的。,a.振動(dòng)測(cè)試裝置和測(cè)得的信號(hào),b.控制系統(tǒng)框圖,研究現(xiàn)狀,PLC在帶鋸床控制中的應(yīng)用,中南大學(xué)的曾蕓在其碩士論文《臥式

11、帶鋸床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究》中對(duì)測(cè)量進(jìn)給量的變化、工件截面形狀和尺寸變化對(duì)進(jìn)給力的影響做了大量的工作，通過測(cè)量進(jìn)給油缸無桿腔的壓力間接確定進(jìn)給壓力F，并設(shè)計(jì)了通過進(jìn)給壓力F反饋，基于PLC邏輯控制，調(diào)節(jié)進(jìn)給速度的液壓系統(tǒng)。,a.進(jìn)給壓力和工件截面的關(guān)系曲線,b.流量反饋進(jìn)給系統(tǒng),研究現(xiàn)狀,PLC在帶鋸床控制中的應(yīng)用,丁時(shí)鋒、李清香針對(duì)雙立柱帶鋸機(jī)設(shè)計(jì)了基于PLC的自動(dòng)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(jī),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(yīng)用及參數(shù)自整定,哈爾濱理工大學(xué)的楊明貴、張?jiān)②w炎對(duì)帶鋸床鋸切機(jī)理進(jìn)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(cè)兩夾緊鉗口夾緊力的變化量ΔF，將其反饋給他們?cè)O(shè)計(jì)的模糊PID控制系統(tǒng)，控制進(jìn)給油缸的牽引速度，實(shí)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(yīng)用及參數(shù)自整定,馮衛(wèi)星、樊澤明等對(duì)智能閥門定位進(jìn)行PID的控制，他們通過對(duì)誤

13、差進(jìn)行相平面的分析，對(duì)不同大小的誤差采用不同的控制策略，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證。,a.誤差相平面分析,b.實(shí)物圖,c.速度和誤差隨動(dòng)圖,研究現(xiàn)狀,PID的應(yīng)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(duì)PID自整定的規(guī)則進(jìn)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(jìn)，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(duì)比,研究現(xiàn)狀,P

14、ID的應(yīng)用及參數(shù)自整定,N. KANAGARAJ、R. KUMAR和P. SIVASHANMUGAM針對(duì)壓力控制，在較多經(jīng)驗(yàn)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(shè)定,b.PID模糊控制器的總體結(jié)構(gòu),c.仿真結(jié)果,研究?jī)?nèi)容,研究?jī)?nèi)容,1.高效金屬帶鋸床強(qiáng)力鋸切機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究。,（1）對(duì)直徑為50～100mm的45號(hào)鋼、40CrMo、304L、H1

15、3等8種圓柱形材料進(jìn)行鋸切實(shí)驗(yàn)，測(cè)量鋸切力、進(jìn)給力、進(jìn)給速度、鋸切速度以及各材料特性（如硬度）。（2）根據(jù)測(cè)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(cè)遇不知名材料時(shí)可用的鋸切效率。,研究?jī)?nèi)容,研究?jī)?nèi)容,2.高效帶鋸床抑制振動(dòng)技術(shù)研究。,（1）用有限元法（ansys軟件）對(duì)帶鋸條和鋸輪進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析。（2）研究檢測(cè)振動(dòng)和主動(dòng)控制振動(dòng)的方案。,研

16、究?jī)?nèi)容,研究?jī)?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(jìn)現(xiàn)有的帶鋸床控制系統(tǒng)，提高其自動(dòng)化程度。,技術(shù)路線,技術(shù)路線,進(jìn)度安排,2012年11月～2012年12月 查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定研究方案。 2012年12月下旬～2013年2月上旬：結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究高效帶鋸床的強(qiáng)力鋸切機(jī)理；高效帶鋸床數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的總體方案設(shè)計(jì)。 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(shí)現(xiàn)方案實(shí)施；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。 2013年4月下旬～2013年5月上旬：用有限元方法對(duì)帶鋸床重要部件進(jìn)行振動(dòng)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(dòng)的方案，并與之前進(jìn)行對(duì)比分析。 2013年8月上旬～2013年9月上旬：整理總結(jié)前期研究?jī)?nèi)容，開始撰寫畢業(yè)論文。,主要參考文獻(xiàn),[1] 郭北濤.國(guó)內(nèi)外金切鋸床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].制造技術(shù)與

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