3mz143c外圈沟道磨床的改进设计(附件)
3MZ143C外圈沟道磨床是一款磨削轴承外圈沟道，提高改善轴承外圈沟道尺寸精度、圆度、粗糙度以及曲率的机床。是轴承加工厂家磨削外圈沟道的一台机床，但其在实际应用当中任然存在一些问题，因此就有了本课题，本课题来源于与江苏儒豪精密机械有限公司校企合作项目。外沟磨床是CNC控制的磨床，但设备厂家的通用设定程序对于各个轴承企业不是很适应，如缺少闭环分析控制等，同时外沟磨床使用的步进电机也有一些自身的缺陷，如步进电机的失步等。为此需要提高生产效率和产品质量稳定控制。为外沟磨床增加闭环控制，也就是要增加检测装置用来检查尺寸的偏差范围，同时针对步进电机失步等问题，也为其设计一个闭环控制。全部的气缸和检测装置的运动是由PLC来完成的，这就是本论文研究的重点。关键词 检测装置、闭环分析控制、步进电机、PLC
目录
1 绪论1
1.1 设计的背景、目的及意义1
1.2 3MZ143C外圈沟道磨床的主要用途1
1.3 3MZ143C外圈沟道磨床的机械传动系统1
1.4 3MZ143C外圈沟道磨床主要性能（基本技术参数）3
2 检测装置的设计5
2.1 测量机构5
2.2 运料导轨的设计6
2.3 电感式装置的选用7
2.4 运料夹的使用8
2.5 传感器的使用8
3 分选装置的气动部分设计9
3.1 整体方案设计9
3.2 气动原理设计9
3.3 气动元器件的来源10
4 PLC的设计14
4.1 检测装置的控制系统设计14
4.2 PLC外部接线图 16
4.3 检测过程流程图17
5 3MZ143C外圈沟道磨床的步进电机17
5.1 步进电动机控制系统的研究现状17
5.2 步进电动机的开环控制19
5.3 步进电动机的闭环控制20
6 反应式步进电动机的结构及工作原理20
6.1 反应式步进电机的工作原理20
6.2 有传感器的位置检测22
6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.3 开环控制系统和闭环控制系统22
总结24
致谢25
参考文献26
1.绪论
本次机床的改进包括：设计检测装置、气压传动部分、PLC电气控制、步进电机的闭环控制部分。
检测装置：通过测爪和传感器对每一个加工好的轴承外圈进行检测，判断偏差范围，合格工件和不合格工件分离，连续出现不合格工件时对PLC发出一个反馈，由PLC调整步进电机。
气压传动部分：通过空气压缩机将自然界中的空气进行压缩，通过管道传送给气缸，利用气缸的运动来传递能量和传送信号。
PLC电气控制部分：PLC是Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器的缩写，结合电感式接近开关和磁性开关来实现信号的输入，通过控制电磁阀线圈的得电来实现气缸的运动顺序，从而达到分选合格工件的目的。该方法使用方便、可靠性高，普遍应用于现代工业生产。
1.1设计的背景、目的及意义
本课题来源于与江苏儒豪精密机械有限公司校企合作项目。外沟磨床是CNC控制的磨床，但设备厂家的通用设定程序对于各个轴承企业不是很适应，如缺少闭环分析控制、步进电机失步等问题，通过本课题研究，提高生产效率和产品质量稳定控制。
1.2 3MZ143C外圈沟道磨床的主要用途
3MZ143型自动球轴承外圈沟磨床是用于加工外径Φ18~Φ30mm的球轴承外圈之沟道。本机床适于大批大量的生产，加工精度等级为E~D级。适合多种尺寸的小型轴承外圈。
1.3 3MZ143C外圈沟道磨床的机械传动系统
1.床头
（1）床头采用两滚轮一支承块式的机械无心夹持形式
图11 机械无心夹持原理图
其原理为：工件（2）夹持在上下两滚轮（1）和固定支承（3）之间，工件中心和下滚轮中心一致在一条直线上或可稍向外偏些，而上滚轮中心大致在两滚轮中心连线和工件外圆相切位置、务使定位可靠，上下料方便，上下滚轮外圆在上机床工作以前，必须在专用装备上精磨成双曲面形状，并且滚轮轴线相对于砂轮轴线的偏角应与其在机床上与工件轴线的偏角相同（即下述偏角）。
上下滚轮轴线相对于工件（2）轴线在水平内分别偏过1°1°30′左右。这样上下滚轮在同一调速马达托运下获得转速相同的回转运动，并带动工件（2）使其绕着相反方向转动。在上滚轮的压力作用下，使工件（2）和支撑块（3）接触，由于滚轮轴线和工件轴线有一个角度偏移，产生一轴向分力，使工件在轴向紧靠在内定位板上而实现了工件的正确定位。工件和挡板之间约有0.20mm左右间隙。
此种机械无心夹持，在磨削过程中需采用顺磨方式（即砂轮和工件的转向相同）。两滚轮的转向必须与工件一致（如图11）。使用时应加以注意。
同时，机床加工之毛坯需满足下列要求：
毛坯外径需进行精密加工，尺寸差为0.005mm，（定程考核为0.003mm），否则将直接影响加工尺寸分散。
毛坯外圆与端面垂直度为0.005/10，表面粗糙度Ra0.32μm，否则影响内孔的磨削精度。
毛坯外圆和圆度0.001~0.0012mm，圆柱度0.0015，否则外圆的圆度将直接复映到内孔（沟）上，且还会引起振动。
毛坯加工余量必须大致相同，内外圆的同轴度为0.02mm，余量宜在0.12内，否则会影响磨孔尺寸分散和降低生产效率。
本文集中研究3MZ143C外圈沟道磨床的磨削部分，所以集中介绍机床的滚轮以及磨削部分，其他部分诸如上下料装置、磨架以及补偿不做详细解释，只是大概介绍过程，不做图解。
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图 12 工作原理图
床头由卧式马达通过同步齿形带（1）、张紧轮（2），同时带动上下齿带轮，使上下两滚轮（3）获得转向相同的回转运动。滚轮的转速通过交流马达变频调速0~1600r/min的无极调整。工件（4）夹持在固定支承块（5）和上下两滚轮（3）之间。
2.磨架
磨架采用密集钢球套筒结构形式，套筒在钢球上移动，电主轴通过静止变频器可获得60000r/min转速。
目录
1 绪论1
1.1 设计的背景、目的及意义1
1.2 3MZ143C外圈沟道磨床的主要用途1
1.3 3MZ143C外圈沟道磨床的机械传动系统1
1.4 3MZ143C外圈沟道磨床主要性能（基本技术参数）3
2 检测装置的设计5
2.1 测量机构5
2.2 运料导轨的设计6
2.3 电感式装置的选用7
2.4 运料夹的使用8
2.5 传感器的使用8
3 分选装置的气动部分设计9
3.1 整体方案设计9
3.2 气动原理设计9
3.3 气动元器件的来源10
4 PLC的设计14
4.1 检测装置的控制系统设计14
4.2 PLC外部接线图 16
4.3 检测过程流程图17
5 3MZ143C外圈沟道磨床的步进电机17
5.1 步进电动机控制系统的研究现状17
5.2 步进电动机的开环控制19
5.3 步进电动机的闭环控制20
6 反应式步进电动机的结构及工作原理20
6.1 反应式步进电机的工作原理20
6.2 有传感器的位置检测22
6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.3 开环控制系统和闭环控制系统22
总结24
致谢25
参考文献26
1.绪论
本次机床的改进包括：设计检测装置、气压传动部分、PLC电气控制、步进电机的闭环控制部分。
检测装置：通过测爪和传感器对每一个加工好的轴承外圈进行检测，判断偏差范围，合格工件和不合格工件分离，连续出现不合格工件时对PLC发出一个反馈，由PLC调整步进电机。
气压传动部分：通过空气压缩机将自然界中的空气进行压缩，通过管道传送给气缸，利用气缸的运动来传递能量和传送信号。
PLC电气控制部分：PLC是Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器的缩写，结合电感式接近开关和磁性开关来实现信号的输入，通过控制电磁阀线圈的得电来实现气缸的运动顺序，从而达到分选合格工件的目的。该方法使用方便、可靠性高，普遍应用于现代工业生产。
1.1设计的背景、目的及意义
本课题来源于与江苏儒豪精密机械有限公司校企合作项目。外沟磨床是CNC控制的磨床，但设备厂家的通用设定程序对于各个轴承企业不是很适应，如缺少闭环分析控制、步进电机失步等问题，通过本课题研究，提高生产效率和产品质量稳定控制。
1.2 3MZ143C外圈沟道磨床的主要用途
3MZ143型自动球轴承外圈沟磨床是用于加工外径Φ18~Φ30mm的球轴承外圈之沟道。本机床适于大批大量的生产，加工精度等级为E~D级。适合多种尺寸的小型轴承外圈。
1.3 3MZ143C外圈沟道磨床的机械传动系统
1.床头
（1）床头采用两滚轮一支承块式的机械无心夹持形式
图11 机械无心夹持原理图
其原理为：工件（2）夹持在上下两滚轮（1）和固定支承（3）之间，工件中心和下滚轮中心一致在一条直线上或可稍向外偏些，而上滚轮中心大致在两滚轮中心连线和工件外圆相切位置、务使定位可靠，上下料方便，上下滚轮外圆在上机床工作以前，必须在专用装备上精磨成双曲面形状，并且滚轮轴线相对于砂轮轴线的偏角应与其在机床上与工件轴线的偏角相同（即下述偏角）。
上下滚轮轴线相对于工件（2）轴线在水平内分别偏过1°1°30′左右。这样上下滚轮在同一调速马达托运下获得转速相同的回转运动，并带动工件（2）使其绕着相反方向转动。在上滚轮的压力作用下，使工件（2）和支撑块（3）接触，由于滚轮轴线和工件轴线有一个角度偏移，产生一轴向分力，使工件在轴向紧靠在内定位板上而实现了工件的正确定位。工件和挡板之间约有0.20mm左右间隙。
此种机械无心夹持，在磨削过程中需采用顺磨方式（即砂轮和工件的转向相同）。两滚轮的转向必须与工件一致（如图11）。使用时应加以注意。
同时，机床加工之毛坯需满足下列要求：
毛坯外径需进行精密加工，尺寸差为0.005mm，（定程考核为0.003mm），否则将直接影响加工尺寸分散。
毛坯外圆与端面垂直度为0.005/10，表面粗糙度Ra0.32μm，否则影响内孔的磨削精度。
毛坯外圆和圆度0.001~0.0012mm，圆柱度0.0015，否则外圆的圆度将直接复映到内孔（沟）上，且还会引起振动。
毛坯加工余量必须大致相同，内外圆的同轴度为0.02mm，余量宜在0.12内，否则会影响磨孔尺寸分散和降低生产效率。
本文集中研究3MZ143C外圈沟道磨床的磨削部分，所以集中介绍机床的滚轮以及磨削部分，其他部分诸如上下料装置、磨架以及补偿不做详细解释，只是大概介绍过程，不做图解。
/
图 12 工作原理图
床头由卧式马达通过同步齿形带（1）、张紧轮（2），同时带动上下齿带轮，使上下两滚轮（3）获得转向相同的回转运动。滚轮的转速通过交流马达变频调速0~1600r/min的无极调整。工件（4）夹持在固定支承块（5）和上下两滚轮（3）之间。
2.磨架
磨架采用密集钢球套筒结构形式，套筒在钢球上移动，电主轴通过静止变频器可获得60000r/min转速。
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