新型变径旋锻机控制系统的研发

摘要

变径旋锻机是刺针加工中的重要设备，主要用来生产刺针的半成品—针坯，即将等径线材锻造成三段直径依次减小的针坯。目前，企业现有的变径旋锻机存在柔性化程度低、加工效率较低及加工质量不够稳定等问题，本文将针对这些实际的工程问题，提出以保质设计(DFQ:Design for Quality)思想方法为指导，开展基于PLC控制方式的新型变径旋锻机控制系统的研发工作，使该控制系统能够更好地满足工程实际需求，达到提高柔性化和加工效率、改善加工质量等目的。
　　本文的主要研究工作包括:
　　(1)结合保质设计方法和控制系统的一般设计过程，提出新型变径旋锻机控制系统研发的总体框架。
　　(2)分析变径旋锻机的加工工艺以及企业的生产需求，并采用质量功能配置(QFD:Quality Function Deployment)方法将企业需求转化为变径旋锻机控制系统的关键技术特性，以制定出控制系统的设计目标，然后在此基础上进行变径旋锻机控制系统的总体设计及方案优选，最后给出总体控制方案。
　　(3)根据总体控制方案，进行变径旋锻机控制系统的硬件设计和软件设计，并分别进行优化，以保证设计结果符合预期目标。
　　(4)完成变径旋锻机控制系统的样机试制。分析变径旋锻机各工艺因素对针坯加工质量的影响情况，并设计正交试验选取变径旋锻机各工艺因素的最佳水平组合。将变径旋锻机调整至最佳控制状态后，进一步分析控制系统输出的稳定性以及温度控制的效果，最后通过对比样机和原变径旋锻机进行了系统的整体性能评价，以验证系统的实现情况。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 旋锻机的国内外研究现状

1．3 机床控制系统的研究状况及发展趋势

1．4 保质设计

1．5 本文研究的主要内容

2 变径旋锻机控制系统研发的总体框架

2．1 保质设计的思想与方法

2．2 变径旋锻机控制系统研发的总体框架

2．2．1 一般控制系统的研发

2．2．2 变径旋锻机控制系统研发的总体框架

2．3 本章小结

3 变径旋锻机控制系统总体规划与配置

3．1 QFD方法概述

3．1．1 质量屋

3．1．2 QFD的分解配置模型

3．2 基于QFD的系统总体规划

3．2．1 变径旋锻机及其加工过程简介

3．2．2 需求提取与工程技术特性转换

3．2．3 系统规划矩阵

3．3 总体功能配置

3．3．1 各功能部件分析

3．3．2 基于Pugh法的方案优选

3．3．3 总体功能组成

3．4 总体方案

3．5 本章小结

4 变径旋锻机控制系统硬件设计

4．1 设计要求

4．2 各模块设计

4．2．1 输出设备及其执行机构

4．2．2 输入设备

4．2．3 人机交互设备

4．2．4 PLC控制器

4．3 电气原理图和控制柜设计

4．3．1 电气原理图设计

4．3．2 控制柜设计

4．4 基于FMEcA法的硬件分析及改进

4．4．1 FMECA法

4．4．2 推进辅助装置的FMECA分析和改进

4．5 本章小结

5 变径旋锻机控制系统软件设计

5．1 PLC程序设计简介

5．2 控制任务分块

5．3 控制逻辑及顺序功能图

5．3．1 控制逻辑

5．3．2 顺序功能图

5．4 各功能模块设计

5．4．1 初始化程序

5．4．2 主程序

5．4．3 系统异常检测程序

5．4．4 温度测控程序

5．4．5 人机交互程序

5．5 软件可靠性分析与改进

5．5．1 软件可靠性概述

5．5．2 PLC程序的可靠性设计

5．6 本章小结

6 变径旋锻机控制系统的实现和分析

6．1 正交试验法概述

6．1．1 正交试验的原理

6．1．2 正交试验一般步骤

6．2 工艺控制参数优化

6．2．1 样机试制

6．2．2 正交试验设计

6．2．3 试验结果分析

6．3 性能分析

6．3．1 稳定性分析

6．3．2 温度控制的时域分析

6．4 整体评价

6．5 本章小结

7 总结和展望

7．1 论文总结

7．2 论文展望

参考文献