鋼管徑向打孔機及PLC控制系統(tǒng)設計開題報告

開題報告一、研究背景、研究意義、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(一)研究背景與意義本課題是研究鋼管徑向打孔機設計，根據(jù)鋼管鉆孔力學分析，利用SolidWorks、西門子、step7等軟件分析設計，優(yōu)化鉆孔鉆孔時定位不精準，鉆孔偏移的問題。徑向的含義：指在徑向平面內通過一個軸心線的方向，沿著直徑或者半徑的直線方向，或垂直于軸的直線方向。隨著計算機在機械領域的廣泛應用以及技術的快速發(fā)展，采用計算機設計分析方法進行復雜的結構設計計算將會大大地提高設計效率和設計質量，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，采用徑向鉆孔的機械結構越來越多，并且在整個設備中起著舉足輕重的作用，因此，能夠快速化、自動化的進行徑向打孔越來越重要，對于非標設備也會縮短組裝周期，實現(xiàn)快速交付，節(jié)約資源，降低成本，對于礦用挖掘機的生產(chǎn)制造和使用方面具有十分重要的意義。(二)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，標準設備和非標設備使用的越來越多，在各行各業(yè)和各種設備中起到的作用越來越明顯，但我國目前多采用人工單個產(chǎn)品進行鉆孔，無法滿足設備的快速交期，因此對鋼管徑向打孔進行設計是非常有意義和適應我國機械行業(yè)發(fā)展需求的。在正確地分析負荷和合理地建立模型的基礎上，對其進行模擬分析，從而提高設計質量，減少實驗環(huán)節(jié)等，這對我國鋼管徑向打孔機的機械設計是有一定的理論指導和實際參考價值。鋼管徑向打孔機結構負載，工作環(huán)境惡劣，負荷會隨著產(chǎn)品不同、環(huán)境不同而產(chǎn)生變化，因此在設計中需要保證強度計算、安全順暢的連續(xù)性工作能力，還需要運用力學分析，以保證打孔機的可靠性和性能的最優(yōu)化。二、研究內容目標：設計目標是為了完成鋼管類自動打孔加工上料機械設計，計算機控制系統(tǒng)設計。主要完成執(zhí)行機構的設計，其中包括機械部分設計、控制系統(tǒng)設計。機械設計：包括主運動動系統(tǒng)、進給運動、輔助運動的設計。以及通過使用CAXA二維設計軟件，進行裝配圖和零件圖的繪制。設計參數(shù)：(1)管材尺寸長400mm，φ20*400mm，壁厚：5mm；(2)切割尺寸精度：左孔徑10mm，右孔徑8mm，孔距300mm(3)切削速度5mm/s；空載最快移動速度：600mm/min：對結構三維建模：應用SolidWorks軟件對鋼管徑向打孔機結構進行三維建模，模擬其結構是否滿足設計需求。對結構靜力學分析：用材料力學，理論力學進行靜力學分析并得到等效剪力圖和彎矩圖，校核其強度和剛度是否滿足設計要求。對結構進行優(yōu)化：利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，結合SolidWorks分析得出的結果對鋼管徑向打孔機結構進行優(yōu)化。對電氣性能分析：應用西門子step7軟件對鋼管徑向打孔機進行電氣設計，模擬其電氣原理是否滿足設計需求。三、擬采用哪些方法及手段1.機械部分：(1)傳動部分：通過1.步進電機經(jīng)過2.聯(lián)軸器使鉆機在6.滾珠絲杠與10.滑塊在9.直線導軌上實現(xiàn)進給與后退。圖1進給簡圖1.步進電機2.聯(lián)軸器6.滾珠絲杠9.直線導軌10.滑塊(2)進給部分：通過3.普通電機經(jīng)過皮帶傳動使4.旋轉軸帶動5.鉆頭旋轉，完成鉆孔動作。圖2鉆機簡圖3.普通電機4.旋轉軸5.鉆頭(3)送料部分：通過8.液壓缸帶動7.推板實現(xiàn)上下料工作。7.推板收回，自動裝入一根鋼管，然后8.液壓缸前推，到達鉆孔位置，鉆孔完畢后7.推板再次收回使鉆好孔的鋼管下落并重新裝入一根新的鋼管。圖3送料裝置簡圖7.推板8.液壓缸(4)機構簡圖：通過1.步進電機經(jīng)過2.聯(lián)軸器使鉆機在6.滾珠絲杠與10.滑塊在9.直線導軌上實現(xiàn)進給與后退。5.鉆頭通過3.普通電機的作用下保持旋轉。在加工完一根鋼管后，8.液壓缸收回7.推板使鋼管下落，完成一次鉆孔。圖4機構簡圖1.步進電機2.聯(lián)軸器3.普通電機4.旋轉軸5.鉆頭6.滾珠絲杠7.推板8.液壓缸9.直線導軌10.滑塊2.控制部分控制部分選用plc實現(xiàn)控制單片機：單片機（Single-ChipMicrocomputer）是一種集成電路芯片，又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。它體積小，集成度高，重量輕，價格便宜，性價比高。PLC：可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運算控制器，可以將控制指令隨時載入內存進行儲存與執(zhí)行?？删幊炭刂破饔蒀PU、指令及數(shù)據(jù)內存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉換等功能單元組成。它可靠性高，抗干擾能力強，編程容易，安裝方便，運行速度快。綜上所述，此機床采用西門子S7-200系列PLC圖5控制系統(tǒng)框圖動作流程圖如下圖6動作流程圖按下啟動按鈕，普通電機與步進電機啟動，鉆頭隨著導軌進給，給鋼管鉆孔完畢后，鉆頭收回，液壓缸啟動推動推板，使鋼管下落。全部流程結束之后重復程序，以實現(xiàn)連續(xù)工作。工件零件圖如下：圖7零件圖四、完成題目所需要的實驗和實習條件網(wǎng)絡調查法：通過百度、谷歌等搜索引擎和抖音、快手等APP進行有目的、有計劃、有系統(tǒng)地搜集有關鋼管徑向打孔機的結構及作用的視頻，對課題充分了解。文獻研究法：根據(jù)鋼管徑向打孔機的課題，通過知網(wǎng)、萬方、國家知識產(chǎn)權公共服務網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫來獲得相關文獻，用以研究和比較，從而全面、正確地了解掌握有關鋼管徑向打孔機分析課題意義，了解現(xiàn)有鋼管徑向打孔機現(xiàn)存不足及優(yōu)化方法。實物模擬法：依照實物原型的主要特征，通過SolidWorks三維軟件進行鋼管徑向打孔機結構進行建模，然后基于材料力學對鋼管徑向打孔機進行靜力學分析，用模型來簡介研究原型，對優(yōu)化后的鋼管徑向打孔機進行靜力學分析，證明其結構的可靠性、安全性等。使用西門子step7軟件對鋼管徑向打孔機進行電氣模擬，為鋼管徑向打孔機優(yōu)化提供了重要理論參考依據(jù)。思維方法：通過類比推理、抽象概括、思辯想像、分析綜合、頭腦風暴等手段進行了解鋼管徑向打孔機的結構及作用，充分了解課題。五、研究方案及工作計劃1、研究方案(1)收集相關文獻資料，了解鉆孔機的結構及各部分作用、國內外起機械行業(yè)的目前現(xiàn)狀及未來發(fā)展的趨勢，充分理解課題的意義。 (2)結構三維建模：參考機械設計手冊，搭建鋼管徑向打孔機的結構，未了快速方便的進行結構分析并得到最終的結果，同時保證分析的效率和準確性，第一對設備的形狀、尺寸、材料等做出初步的構思，比如，去除對于分析影響不打的特征（倒角、圓孔等），由于SolidWorks軟件在機械三維建模方面功能強大，因此首先選用SolidWorks建立三維數(shù)模。2、工作計劃(1)完成開題任務，提交開題報告和文獻綜述：2023年2月2日—2023年2月17日；(2)完成開題答辯：2023年2月18日—2023年2月22日；(3)完成至少50%設計任務：2023年2月23日—2023年4月02日；(4)完成中期檢查答辯：2023年4月03日—2023年4月09日；(5)完成查重工作：2023年4月10日—2023年5月21日；(6)完成評閱：2023年5月22日—2023年5月28日；(7)完成答辯：2023年5月29日—2023年6月04日。六、參考文獻[1]劉明暉,一種自動鉆孔系統(tǒng)及方法[J].湖南省,湖南江濱機器,2021-04-13.36-38[2]陳傳洪,可鉆多孔的可調式一體鉆孔機[J].重慶市,重慶宏工工程機械股份有限公司,2020-10-11.31-32[3]張星,陳菡菡,徐維雄等.高精度DMCS系統(tǒng)鉆孔機的設計[J].吉首大學學報(自然科學版),2021,42(02):50-55.DOI:10.13438/ki.jdzk.2021.02.009.45-48[4]楊揚.一種家具設計用多功能鉆孔裝置及其鉆孔方法[P].黑龍江?。篊N114193170B,2023-02-10.[5]周紹陽.一種機床配件加工用鉆孔裝置[P].江蘇省：CN218460924U,2023-02-10.[6]劉彩鳳.一種圓管鉆孔機[P].廣東?。篊N218396016U,2023-01-31.[7]薛帥,薛繼彪.一種用于金屬制品加工的鉆孔機[P].河北省：CN218395984U,2023-01-31.[8]丘邦超,李沛中,柯曉鴻,楊猛,李慶.鉆孔設備及鉆孔方法[P].廣東?。篊N115592822A,2023-01-13.[9]翁成林,王平芬.一種高效型機械加工用鉆孔裝置[P].湖北?。篊N218253040U,2023-01-10.[10]閆保永,孟祥輝.Φ200mm定向鉆孔一次成孔技術與裝備的研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2022,49(05):49-52+58.DOI:10.19835/j.issn.1008-4495.2022.05.009.49-52[11]葉翼鼎.鉆孔攻絲一體機[P].浙江省：CN114102147A,2022-03-01.[12]顧其俊,陳光明,王君明,楊文強.一種高精密全自動軸承外圈徑向鉆孔機[J].軸承,2017(02):19-21+67.DOI:10.19533/j.issn1000-3762.2017.02.004.19-21[13]盧孔寶,陳光明.非標軸承端蓋鉆孔機改進設計[J].軸承,2016(06):19-22.DOI:10.19533/j.issn1000-3762.2016.06.005.20-21[14]閆文吉.PCB鉆孔機位置伺服控制技術研究[D].南京航空航天大學,2014.2-3[15]陳險花.一種電路板生產(chǎn)用固定螺絲口鉆孔設備[P].廣東?。篊N114311133A,2022-04-12.[16]魏紀偉,徐衛(wèi)東,袁森.一種用于不同尺寸軸承徑向鉆孔的夾具[P].河南省：CN215824328U,2022-02-15.[17]陳永輝,龔建生,許海東.一種軸套徑向鉆孔裝置[P].江蘇：CN206998394U,2018-02-13.[18]陳樹立,張?zhí)炝?一種圓環(huán)類工件徑向鉆孔去毛刺裝置[P].安徽：CN206393379U,2017-08-11.[19]侯紅葉,賀旭光,朱建軍,查直方,張超.一種徑向鉆孔夾具[P].河北：CN202861853U,2013-04-10.[20]張玉恩.銷軸類零件徑向鉆孔夾具[J].金屬加工(冷加工),2011(20):34-35.[21][1]ThomsenS,HansenMH,LillethorupJP,etal.Anaffordableandminiatureicecoringdrillforrapidacquisitionofsmallicebergsamples[J].HardwareX,2020,7:e00101.29-30[22]48thSMENorthAmericanManufacturingResearchConference,NAMRC48(CancelledduetoCOVID-19)SmallDiameter-deepHoleDrillingforHard-to-machineMetals2022.09.065-7[23]Business-Manufacturing;NewManufacturingStudyFindingsHaveBeenReportedbyResearchersatNanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics(DrillingForceModelforForcedLowFrequencyVibrationAssistedDrillingofTi-6al-4vTitaniumAlloy)[J].Chemicals&Chemistry,2019.3-5[24]AkshayHejjaji,DilpreetSingh,SagarKubher,DineshKalyanasundaram,SuhasiniGururaja.MachiningdamageinFRPs:Laserversusconventionaldrilling[J].CompositesPartA,2016,82.4-5[25]MikhailovaN,