多面数控磨抛机的设计与试验研究

发布时间：2017-06-30 09:07

  本文关键词：多面数控磨抛机的设计与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文的研究目的在于开发一种石材多面数控磨抛机床,该数控磨抛机能够在一次装夹中完成除底面外的多面磨削和抛光,大大提高了设备加工效率和加工精度。本文通过调研国内外石材加工机械发展现状,结合厦门本地的实际需求,设计了磨抛机的机械结构;搭建了以CMOS相机为核心的机器视觉硬件和软件平台;以SMC6480控制器为基础,建立了磨抛机控制系统的硬件系统,并开发了数控系统的软件平台;最后利用XL-80激光干涉仪对机床的定位精度和重复定位精度,采用三坐标测量仪研究了工艺参数对工件材料去除量的影响。本文的主要工作内容如下:(1)通过对国内外石材加工机床的调研,结合厦门本地的实际需求,设计了磨抛机的总体机械结构,磨抛机采用龙门式结构,在横梁和立柱上均安装有磨削模块,磨削模块包括磨削电主轴和和驱动电主轴进行进给运动的气缸。采用气缸驱动能实现工件与磨削电主轴的软接触,有效的保护电主轴,该模块可在步进电机的驱动下沿着滑块导轨进行直线运动,完成对工件的磨抛加工。根据各轴的受力情况选取了合适的步进电机、滑块导轨和滚珠丝杆等主要传动部件;利用ANSYS软件对磨抛机进行了静态和动态分析,分析结果可得床身的刚度满足使用的要求。另外由于石材加工中会产生大量的粉尘,本文将磨头和工件封闭在一个空间内,这种方法既能实现对滑块导轨、轴承等传动件的保护,又能防止磨削废液四处飞溅,达到了良好的防水防尘效果。(2)采用基于机器视觉的方法,提取工件的表面轮廓并将边缘轮廓的数据应用于数控加工中。本文选定Mindvision公司的DLC-300CMOS相机和YX-0612镜头作为图像获取单元,搭建了机器视觉的硬件平台。利用MATLAB软件对相机进行标定,对获取到的图像进行灰度化、图像滤波、图像边缘检测,再利用数学形态学处理,提取了光滑的图像边缘,并将图像边缘角点坐标作为数控加工的起止点。(3)设计了磨抛机数控加工的硬件系统和软件系统。本文中采用开环控制,在自制的控制箱内集成控制器、驱动器、变频器、串口转模拟量输出模块、电磁阀等控制单元,采用SMC6480控制器对步进电机驱动器和电磁阀进行控制,采用串口转模拟量输出模块对变频器进行控制,实现电主轴的调速。利用MFC设计了数控加工系统的软件,将软件分为手动操作模式和自动操作模式,手动操作模式适用于机床调试,自动操作模式适用于工件的自动加工。根据不同的加工需求,自动操作模式又可分为单面磨削、双面磨削和三面磨削三种模式。(4)利用RENISHAW的XL-80激光干涉仪对磨抛机定位精度和重复定位精度进行检测,然后在了解石材的材料去除机理的基础上结合工厂的实际加工经验和磨抛机本身的特性,采用CARL ZEISS的SPECTRUM三坐标测量仪研究了磨盘型号、主轴转数、磨削压力等参数对工件材料去除量的影响。
【关键词】：结构设计 机器视觉 数控系统 加工工艺 三坐标测量
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU63;TG596
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-17
• 1.1 石材磨抛加工设备发展现状11-15
• 1.1.1 石材行业发展现状11-12
• 1.1.2 石材磨抛设备发展现状12-15
• 1.2 课题研究的目的和意义15-16
• 1.3 课题主要研究内容16-17
• 第二章 数控磨抛机结构设计与有限元分析17-41
• 2.1 总体方案的确定17-19
• 2.1.1 磨削形式的选择17-18
• 2.1.2 总体布置形式和总体尺寸18-19
• 2.2 电主轴及其进给装置设计19-22
• 2.2.1 电主轴的选型19-20
• 2.2.2 气缸的选型20-22
• 2.3 进给传动件的设计22-34
• 2.3.1 滑块导轨的选型22-27
• 2.3.2 滚珠丝杆的选型27-31
• 2.3.3 驱动电机的选型31-33
• 2.3.4 转台的选型33-34
• 2.4 床身的有限元分析34-38
• 2.4.1 静态分析34-37
• 2.4.2 模态分析37-38
• 2.5 冷却和防水防尘设计38-40
• 2.5.1 冷却水泵选型38-39
• 2.5.2 防水防尘设计39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 基于机器视觉的石材表面轮廓提取41-59
• 3.1 机器视觉系统硬件设计41-44
• 3.2 工业相机标定44-48
• 3.2.1 成像几何模型44-46
• 3.2.2 相机的标定46-48
• 3.3 轮廓提取48-57
• 3.3.1 图像预处理48-51
• 3.3.2 图像边缘检测51-55
• 3.3.3 数学形态学处理55-57
• 3.4 石材尺寸的提取57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 磨抛机控制系统设计59-72
• 4.1 总体结构设计59
• 4.2 控制系统硬件设计59-65
• 4.2.1 工控机60
• 4.2.2 步进电机控制60-62
• 4.2.3 电主轴控制62-63
• 4.2.4 气缸控制63-65
• 4.3 控制系统软件设计65-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 磨抛机精度检测及磨削试验研究72-83
• 5.1 磨抛机定位精度和重复定位精度检测72-74
• 5.2 磨削原理74-77
• 5.2.1 压痕断裂力学模型74-76
• 5.2.2 切削加工模型76-77
• 5.3 工艺参数对材料去除率的影响77-81
• 5.4 本章小结81-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 总结83-84
• 6.2 研究展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 个人简历90

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本文编号：501324