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外文翻譯
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名
班 級
學 號
指導教師
外文資料名稱: Integrated Machine and Control
Design for Reconfigurable
Machine Tools
外文資料出處: The University of Michigan Ann Arbor, MI 48109-2125
附 件: 1.外文資料翻譯譯文
2.外文原文
指導教師評語：
簽名：
年 月 日
可重構(gòu)機床的一體化及控制設(shè)計
D. M.蒂爾伯里和S.庫塔
周云譯
摘要：在本文中，我們講述了可重構(gòu)機床的設(shè)計程序系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。該設(shè)計的出發(fā)點是實現(xiàn)部分操作的自動化。這些操作可分解為一系列的機床必須執(zhí)行的功能，這些功能再映射到每個有相關(guān)的機械控制模塊的模板上。機床一旦被組裝好，它的控制模塊就被連接在一起了，操作順序控制模塊，用戶界面控制模塊，以及模式轉(zhuǎn)換邏輯控制設(shè)計模塊。本文詳細說明了可重構(gòu)機床的一體化及控制設(shè)計。
一、引言
在當今競爭激烈的市場，制造系統(tǒng)必須迅速響應(yīng)不斷變化的客戶需求，減少產(chǎn)品的生命周期。傳統(tǒng)的傳輸線是專為大批量的生產(chǎn)，固定的自動化模式設(shè)計的，因此，不能輕易適應(yīng)變化的產(chǎn)品設(shè)計。另一方面，傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)為基于“彈性”的廣義制造系統(tǒng)可提供的靈活性，但通常是緩慢和昂貴的，因為他們沒有任何特別的優(yōu)化產(chǎn)品或產(chǎn)品系列。
美國密歇根大學正努力發(fā)展可重構(gòu)加工系統(tǒng)[3] [4]的理論和技術(shù) ，以取代以往每次生成新產(chǎn)品時都要從頭建立新系統(tǒng)的做法，使現(xiàn)有的系統(tǒng)可以重組產(chǎn)生新的部分。在本文中，我們描述了如何運用一體機和控制設(shè)計的戰(zhàn)略使機床能夠快速方便地配置和重新配置。
可重構(gòu)機床是為了滿足新產(chǎn)品系列的需要而準確提供相關(guān)功能而設(shè)計的，鑒于一系列操作的執(zhí)行，它還可以配置適當?shù)慕M裝機模塊，其中的每個作用模塊在程序上配有一個與它相關(guān)的控制模塊，當這些機械模塊組裝好以后，控制模塊便連接在一起了，機床就可以開始工作，因此，大規(guī)模的操作緩慢的專一控制系統(tǒng)的設(shè)計將不再需要。第二部分介紹了如何設(shè)計機床的一套基本模塊以及模塊間的準確連接，第三部分介紹了如何控制程序庫中的相似組裝模塊。第四部分介紹了機械模塊和控制模塊在機床中的應(yīng)用。文章最后提出了今后的工作情況說明。
二、機械設(shè)計
密歇根大學正在進行制造系統(tǒng)配置方面的演講，主要問題是關(guān)于系列產(chǎn)品的描述和生產(chǎn)中提取時所需的加工工序部分的講解 [7] 。這些操作根據(jù)工件的配合公差，執(zhí)行順序和期望的系統(tǒng)周期被分組，其目的就是實現(xiàn)每個操作“組”在一臺單獨機床上的生產(chǎn)工作。該操作組在這里能夠鉆出一系列與V6和V8氣缸蓋上的凸輪塔配合的孔，如圖1所示。可重構(gòu)機床輸入的設(shè)計程序是操作組的加工工序，刀位生產(chǎn)過程能夠產(chǎn)生相關(guān)數(shù)據(jù)。樣本數(shù)據(jù)包括定位和鉆孔的信息，如圖2所示。
可重構(gòu)機床設(shè)計過程包括三個主要階段：明確任務(wù)，模塊的選擇和評價[14 ] 。經(jīng)過簡短的文獻回顧，這三個階段將在本節(jié)中概述。
(a) V6 汽缸蓋 (b) V8 汽缸蓋
圖1、兩個示例零件。將要進行的操作是鉆出與凸輪塔配合的定位孔。
V8引擎上的兩個定位孔在一條直線上。V6引擎上的一個陣列有八個孔。
圖2、在圖1所示零件上鉆孔的操作順序（刀位）。
CL文件由CAD程序包（例如IDEAS）生成，包括鉆孔位置與主軸速度、刀具、冷卻劑相關(guān)的信息。
圖3、高水平的操作程序顯示出因果的相關(guān)性和并行性。
這個抽象表征的順序操作來源于圖2CL數(shù)據(jù),并將被用來設(shè)計序列分析的控制。
1、有關(guān)的研究
由于可重構(gòu)在加工系統(tǒng)中是一個比較新的概念，即使有的話，已經(jīng)出版的有關(guān)組合機床設(shè)計的文學作品也是很少的。但是，組合機床已在市場上好幾年了，一些以往發(fā)表的有關(guān)組合機器人，組合機床和裝配的文章的確與可重構(gòu)機床有一定關(guān)系。例如， Shinno和Ito [17] ， [18] ， [19] ， [20]提出過一種機床結(jié)構(gòu)配置的方法，他們把機床結(jié)構(gòu)分解成簡單的幾何形式，例如：箱，缸等。Yan 和 Chen [21], [1]把這種方法擴展到了加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。Ouyang等人[12]把Ito的這種方法應(yīng)用到了組合機床系統(tǒng)中，形成了一種機床模塊的列舉法。Paradis 和 Khosla [15]明確了最適合執(zhí)行的模塊化裝配配置的特定任務(wù)。Chen [2]找到了一個最佳的配置結(jié)構(gòu)用于處理問題的特定任務(wù)，他的步驟是根據(jù)組裝的關(guān)聯(lián)矩陣，并采用傳統(tǒng)算法來解決優(yōu)化問題。在系統(tǒng)方面，Rogers 和 Bottaci [16]論述了可重構(gòu)制造系統(tǒng)的意義，Owen等人[13]開發(fā)了一種用于教育的模塊化重組制造系統(tǒng)綜合計劃。
在我們的運作中，運動圖和布局結(jié)構(gòu)（即螺旋理論，圖論等）是用來捕獲可重構(gòu)機床特點的傳統(tǒng)方法。這些數(shù)學方案常用于綜合布局，功能分解，和繪圖程序；具體細節(jié)可以在[9]找到。
2、任務(wù)說明
明確一臺可重構(gòu)機床設(shè)計的任務(wù)，需要分析刀具位置數(shù)據(jù)，以確定完成所期望的運動所必需的一系列功能。分為三個步驟：首先，用產(chǎn)生的曲線圖來抽象的表示運動，然后，把這些圖表分解成功能，最后，這些功能再映射到程序庫中的機械模塊上。
機床的結(jié)構(gòu)圖對系統(tǒng)的備用配置進行列舉，提供了圖表的識別方法。圖表表示法也被用于分配機械模塊到圖元素。一個圖表是由一組頂點連接在一起的邊緣。當使用圖作為機床結(jié)構(gòu)的抽象表示時,我們定義兩個不同類型的頂點:0型和1型。一個頂點表示有兩個端口的物理對象，每個端口代表在對象上的位置，可以連接到鄰近的對象。一0型頂點的輸入和輸出端口是互不干擾的,而1型頂點的輸入和輸出端口是互相正交的。加工任務(wù)也分為0型或1型,這取決于刀具是平行還是垂直于工件。
圖4顯示了一個0型任務(wù)圖。四個1型頂點與幾個0型頂點相結(jié)合以三維形式創(chuàng)建了一個機床結(jié)構(gòu)。因為0型頂點不改變方向，它們可以在各種組合中被用來作為墊片。原點表示機床的基準。原點的選擇不是唯一的，不同的選擇將導致不同的機床設(shè)計。結(jié)構(gòu)功能被分配到圖的頂點;運動功能（如需要）被分配到邊緣。例如，圖4舉的例子，如何在X，Y，Z方向平移運動可分配給圖形的邊緣，表示了邊緣的兩個頂點所代表的有形物體之間的相對運動。
圖4、一個圖代表一種機床結(jié)構(gòu)。
平移運動 (TX; TY ; TZ)被分配到圖的邊緣。頂點有結(jié)構(gòu)的功能。
機床的基本功能是通過工具和工件間的物理運動來描述的。這些運動功能可由類似變化的模塊 [11]來表示 ，我們期望的機床功能將被編碼到模塊T上，然后根據(jù)操作順序進行必要的加工運動來完成加工任務(wù)。在圖2中，該工藝文件包含了工具在笛卡爾坐標系中的位置和運動。例如，第一運動可被分解為：
P1處可表示工具在該處的位置和運動方向，用于定位，而F1處則表示進給運動?？梢缘贸?，任何兩個相鄰的位置的運動轉(zhuǎn)換可以可以被分解為：
其他的運動描述可以類似表示。
對于各種類型的加工操作，模板常被作為一個起點，用來確定進行加工任務(wù)所需要的不同運動功能。例如，模板銑削和鉆井作業(yè)表明運動功能所必需的主軸旋轉(zhuǎn)，工具進給和工具定位。通過使用此模板，我們可以把精確的進給和定位信息提供給加工過程，便可以得出確切的必要的運動參數(shù)，如工具旋轉(zhuǎn)， X軸方向的直線運動,Y，Z軸方向的進給運動，以及Z軸方向的工具定位運動如圖5所示。
圖5、功能分解模板
在運動分解階段每一個被確定的運動函數(shù)都會被映射在如上所示的曲線圖上，不同位置的特定函數(shù)可以生成多種解決方案。由于理論上的直線運動是交替出現(xiàn)的，所以他們在圖形中的順序也是交替變化的。在函數(shù)的繪制中，螺旋運動（包括純轉(zhuǎn)動運動）和機床結(jié)構(gòu)的布局是最重要的信息。
3、模塊選擇
我們可以根據(jù)任務(wù)明確階段繪制到圖表中的運行情況在模塊庫中選擇商品模塊，模塊庫中的存儲數(shù)據(jù)包含代表其運動或結(jié)構(gòu)功能的同質(zhì)變換矩陣，各種運動信息的變化矢量，代表模塊剛度的規(guī)則矩陣，模塊連接的信息，和電源要求（如軸和滑塊等活動模塊）。
模塊選擇的第一步是比較模塊間的相似變換矩陣，進行適當?shù)倪x擇以滿足任務(wù)的要求，該產(chǎn)品的所有模塊矩陣應(yīng)等于預期的任務(wù)矩陣：T= T1T2...Tn。再次，對于某一特定模塊的結(jié)構(gòu)配置我們會有許多可能的選擇。圖6顯示了不同的滑塊，軸和一些結(jié)構(gòu)要素，可以根據(jù)圖4進行組裝。
一個配有CAD模型和變換矩陣的滑行模塊如圖7所示。它能夠在一個方向上做直線運動，通過變量μ1表明次運動在其變換矩陣內(nèi)。它的數(shù)據(jù)庫記錄如表1所示，不僅存儲著其變換矩陣，而且還有制造商,模塊名稱，初始位置，功率大小和運動范圍等。一些變量參數(shù)可根據(jù)模塊的最小限量，初始値，最大位移等信息而被擴大。
圖6、如圖4所示結(jié)構(gòu)可以被認為是不同模塊的選擇
圖7、機械模塊的典型示例。左邊為一組合機床的CAD模型，其右邊為變換矩陣。
表格1
這臺機器模塊的數(shù)據(jù)庫信息和文件如圖7
4、評價
一旦一套有效運行的模塊被選中,由此產(chǎn)生的機械設(shè)計就必須進行評估?？芍貥?gòu)機床的評價標準由以上的系統(tǒng)程序合成，包括工件包層，自由度數(shù)，使用的模塊的數(shù)量和動態(tài)剛度。
機床的自由度數(shù)必須保持符合最低要求，以降低驅(qū)動功率，盡量減少錯誤鏈。每個活動實例表明，由該方法生成的具有精確的自由度數(shù)的設(shè)計必須執(zhí)行在給定部分所需的加工操作[10]。機床設(shè)計方案如圖8所示，這是由圖1零件使用的方法產(chǎn)生的。
由此產(chǎn)生的設(shè)計就必須進行預期的準確性的評估。整個機床的剛度，性能方面最重要的因素之一，根據(jù)模塊矩陣和連接方法估計。
(a)V6機床 (b)V8機床
圖8、可重構(gòu)機床的兩個不同設(shè)計
三、控制設(shè)計
由于機床是根據(jù)模塊組成原理配置的，因此我們可以控制它的運作。在這項工作中，我們把重點放在邏輯控制的順序安排和機械模塊的協(xié)調(diào)性上；有些機床具有獨立的系統(tǒng)形式[6] ，它可以控制著每一個運動構(gòu)件，這就是我們提及到的機械控制模塊。在機械設(shè)計方面，我們常把從動件與主動件連接在一起。而在控制設(shè)計方面，還必須用“膠水”模塊把機械控制模塊連接起來。可重構(gòu)的總體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示：與圖8的兩個機器結(jié)構(gòu)類似，但它沒有Y軸向的控制模塊。如圖所示，機械控制模塊處于最低層，直接作用于機械系統(tǒng)。用戶界面控制模塊是在最高層，與用戶按鈕和顯示屏相連接。控制模塊的操作聯(lián)接可以被界定為某部分加工的高水平的操作聯(lián)接，如圖3所示。三個模塊處理模式切換邏輯。在本節(jié)中，我們簡要地描述這些類型的每一個控制模塊以及它們的互動與協(xié)調(diào)。
圖9、該模塊化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
1、 機床控制模塊
每臺機床控制模塊有一個明確的界面規(guī)格:它接收來自一給定設(shè)置的離散信號,并將結(jié)果反饋到給定設(shè)置?？刂颇K將連續(xù)控制，如軸的伺服控制。這種持續(xù)的控制采用標準的PID算法來設(shè)計，來自機模塊定義的軸參數(shù)有慣量，功率，絲桿節(jié)距等。此外，每臺機床控制模塊將包含與機械模塊相關(guān)的任何機器服務(wù)的控制，如潤滑或冷卻劑。因此,每臺機床控制模塊是一個獨立的控制器，可以進行設(shè)計，可以單獨地測試機器的其余部分。
設(shè)計一個機械控制模塊必須做到只用一個庫存的機械模塊。每當機械模塊用在機械設(shè)計中，控制模塊可用于相關(guān)的控制設(shè)計。控制模塊有自己的處理能力，可以單獨使用, I/O和網(wǎng)絡(luò)連接到該控制系統(tǒng)的其余部分，也可用作一個在集中樣式中實施的一體機控制器，。
如圖10所示是一個機械控制模塊例子的幻燈片。模塊可以接受四個命令：移動到x位置，停止，緩慢移動到x的正方向，緩慢移動到x負方向。當它已經(jīng)完成了預期的操作,它返回到“已做”的響應(yīng)。一個看門狗定時器被包含(但未顯示), 如果預先設(shè)定的時間已過而已完成的響應(yīng)沒有發(fā)出，就會返回一個“錯誤”的響應(yīng)。
2、操作程序
模塊的操作順序是指從高級別序列提取刀位數(shù)據(jù)，如圖3所示。該控制模塊的主要結(jié)構(gòu)是一個必須操作的部分的序列，需要等待每個步驟的完成。圖11給出了圖8（b）機器的操作順序模塊和圖3的操作數(shù)序。在設(shè)計中，僅是將錯誤傳遞到用戶界面的簡單錯誤處理被合并，但為了簡單起見在圖中沒有顯示出來。如果接受到一個“重置”命令，主軸停止轉(zhuǎn)動，滑動到初始位置。V6機床的操作順序是類似的，但是有跟多的操作，因為有兩個被列序的線性軸。如圖9的總體結(jié)構(gòu), 操作程序控制模塊有兩個端口：一個連接到自動模式控制模塊，另一個連接到?jīng)_突檢查。到操作層序界面控制模塊如圖12所示。
圖10、滑動控制器。滑動控制器包括（在箱體內(nèi)）伺服控制器。
當滑動到指定位置并在允許公差范圍內(nèi)，一“已做”的響應(yīng)被反饋回來。
圖11、操作程序模塊,顯示出操作和事件的整體序列。模塊界面如圖12所示。
任何時候收到重置指令，為了簡單起見顯示只部分事件痕跡。錯誤事件的痕跡被刪除。
圖12、操作程序控制模塊的框圖顯示端口和共享事件。
被模塊接收到的事件是斜體，與上一級的模塊共享事件是粗體。
3、 模塊化控制結(jié)構(gòu)
用戶界面控制模塊與用戶通過一組按鈕來控制控制系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉，控制模式之間的切換，單補通過操作順序。其主要功能是通過其余的控制器傳遞用戶命令并向用戶顯示機器的現(xiàn)狀。
機床控制器有幾種不同的模式。在自動模式，操作程序執(zhí)行不斷;另一種模式可以執(zhí)行的操作順序只有一次。在同步模式下，一個按鈕命令必須用于啟動操作程序的每一步，在手動模式下，通過同時移動有源元件一部分的手動進給命令，，更好的控制命令是可行的。不是重復每個控制模式的操作順序，而是使用序列的表示形式。該模式切換邏輯決定適當?shù)臅r間發(fā)送“開始”事件到操作程序。
沖突的檢查控制模塊的主要功能是傳遞來自操程序中的命令和手動模式模塊給適當?shù)臋C器控制模塊。它可以使用機器模塊定義的數(shù)據(jù)庫，并用數(shù)據(jù)庫開檢查引起一些機械干擾的違規(guī)指令。由于定義完善的界面到到低層次的機控制模塊，沖突檢查的設(shè)計可以通過高層次的控制指令來做。物理I/ O的詳細信息由機器控制模塊來處理。
如上所述,每個控制模塊是由通過一個接收某一語言對的有限狀態(tài)機器來表示的。(允許事件的序列)。我們已經(jīng)表明隨著這些語言中的一些定義完善的條件和模塊連接，整體控制結(jié)構(gòu)可以保證無死鎖[8];舉所有合并后的邏輯控制器可能的序列，這將是不切實際的，不需要驗證。
四、可重構(gòu)性能
已有機械模塊可用于多種不同機器設(shè)計，與每個機械模塊相關(guān)的控制模塊合并到整個機床的控制設(shè)計中。本機庫和控制模塊既可以通過縮短了設(shè)計周期顯著地減少新的加工體系的前置時間，提升時間產(chǎn)能，因為在它們連接之前每個模塊可單獨進行測試。
對于某些部分的變化（如圖1所示的V6和V8發(fā)動機缸蓋之間），機床將需要重新配置，可通過增加一個軸或改變主軸。當這種類型的重組發(fā)生時，操作程序控制模塊和沖突檢查（如新機械干擾的產(chǎn)生）需要作出改變。
因為它們擁有一個定義完善的界面,因此每個單獨的控制模塊可以獨立地改變。只要重新設(shè)計的控制模塊有同樣的離散事件接口,由此產(chǎn)生的系統(tǒng)被保障是自由死鎖。例如,一個摩擦補償控制算法可以被加到一個滑控制模塊。這樣做會提高該模塊的性能,但唯一的改變必須在最低級的模塊中。
五、結(jié)論和未來的工作
從歷史上看，機床設(shè)計已具有一定的經(jīng)驗基礎(chǔ)。在這項研究中，我們介紹了一種基于數(shù)學基礎(chǔ)上的可重構(gòu)機床的相關(guān)性能評價以及其相關(guān)的控制設(shè)計。這項研究工作已被應(yīng)用到新一代機床配置和模塊化設(shè)計中去，該系統(tǒng)的設(shè)計工序是以加工要求為出發(fā)點的。
方法指出，合成機床可以配有機械模塊的程序庫以便于數(shù)據(jù)的收集與存儲，自動控制，并準備把它用于任何機械設(shè)計。該方法還能夠確保將所有的可行運動和一些差異明顯的構(gòu)造進行系統(tǒng)的列舉，以減少錯失一個良好設(shè)計的機會。
我們已經(jīng)開發(fā)了一個基于Java機械設(shè)計加工的自動化程序，目前，我們正準備把控制設(shè)計程序并入到現(xiàn)有的框架內(nèi)。我們也擴大了現(xiàn)有的設(shè)備和控制模塊庫，連續(xù)變量控制的獨立區(qū)域也正在逐漸正規(guī)化。
致謝
作者想要感謝ERC成員的支持以及他們提供的資料。MEAM畢業(yè)的學生Eric Endsley, Morrison Lucas, and Yong-Mo Moon為這篇文章的寫作提供了幫助。
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在安裝有三菱PLC編程調(diào)試軟件GX Developer"的計算機內(nèi)追加安裝GX Simulator后，就能夠在1臺計算機實現(xiàn)PLC離線狀態(tài)下的順控程序調(diào)試工作。GX Simulator仿真軟件可對三菱A系列、FX系列、Q系列PLC的用戶程序進行離線仿真與調(diào)試，能夠更有效地完成順控程序調(diào)試工作，從而縮短設(shè)計開發(fā)周期，降低費用。GX Simulator軟件具有如下PLC仿真功能：
①監(jiān)視、測試PLC內(nèi)部軟元件、內(nèi)存功能。利用GX Simulator可在PLC離線的狀態(tài)下成批量監(jiān)視軟元件的狀態(tài)，并可強制開、閉位軟元件和改變字軟元件的當前值進行軟元件測試。
②能夠模擬外部機器運行I／O系統(tǒng)設(shè)定功能。GX Simulator可在I／O系統(tǒng)設(shè)定中通過使用位軟元件的ON／OFF條件和字軟元件的值的組合對話界面的設(shè)定，就能夠模擬來自外部的輸入。
③能夠進行軟元件緩沖存儲器的保存讀取的工具功能。
④模擬和外部機器通信串行通信功能。GX Simulator可以通過該功能來模擬外部機器的串行通
信模塊，進行可編程控制器與外部機器的串行通信模塊之間傳輸通訊格式是否正確的驗證工作。
⑤能夠進行軟元件，緩沖存儲器的保存讀取。通過該功能可以保存PLC內(nèi)的軟元件、存儲器、特殊功能模塊的緩沖存儲器的數(shù)據(jù)，并可以將其用于以后調(diào)試工作中。
一、仿真軟件的功能是將程序在虛擬的PLC中啟動運行,如果沒有編好的程序,如何進行仿真?所以,在安裝仿真軟件GX-Simulator之前,必須先安裝編程軟件GX-Developer,并且版本要互相兼容。
二、安裝好編程軟件和仿真軟件后,在桌面或者開始菜單中并沒有仿真軟件的圖標。因為仿真軟件被集成到編程軟件GX-Developer中了，其實這個仿真軟件相當于編程軟件的一個插件。
三、接下來我們做一個實例：
（1）啟動編程軟件GX-Developer，創(chuàng)建一個新工程。
（2）編寫一個簡單的梯形圖。
（3）可以通過菜單欄啟動仿真。
（4）也可以通過快捷圖標啟動仿真。
（5）上面兩種方式都可以啟動仿真，這個小窗口就是仿真窗口，顯示運行狀態(tài)，如果出錯會有說明。
（6）啟動仿真后程序開始模擬PLC寫入過程。
（7）這時程序已經(jīng)開始運行。
（8）并且可以通過軟件元件測試來強制一些輸入條件ON。
四、對機體加工專用機床主軸，滑臺，夾具的調(diào)整和整機循環(huán)動作進行順序控制的PLC程序仿真測試如下：
1.運行三菱PLC編程軟件GX-Developer，打開PLC程序；
2.在菜單欄工具中啟動仿真；
3.啟動仿真后程序開始模擬PLC寫入過程；
4．這時程序已經(jīng)開始運行，這個小窗口就是仿真窗口，顯示運行狀態(tài)，如果出錯會有說明；
使用GX Simulator進行仿真測試，其作順序如下：
① 按圖啟動軟元件內(nèi)存監(jiān)視功能；
②按圖從軟元件存儲器監(jiān)視畫面的[軟元件存儲器]一[位軟元件窗口]或者[字軟元件窗口]中添加要進行監(jiān)視／測試的軟元件。
③在[軟元件窗口]中通過雙擊要測試的元件X000～X063改變其ON／OFF的狀態(tài)，如第1次雙擊X000導通，第2次雙擊將X000關(guān)閉。另外可以啟動時序圖功能，通過[軟元件登陸]功能來監(jiān)測若干輸出的時序，其仿真監(jiān)視結(jié)果如圖所示。通過圖例的監(jiān)視結(jié)果，可以分析控制程序是否符合設(shè)計要求，而在這過程中無需PLC硬件，若測試結(jié)果與設(shè)計要求不合，只需返回GX Developer環(huán)境中對設(shè)計程序進行修改，然后再進行仿真測試，直到符合設(shè)計要求為止。
④通過選擇GX Devekoper菜單的[工具]一[梯形邏輯圖測試終了]結(jié)束仿真調(diào)試。
5．通過以上仿真對所設(shè)計的PLC程序進行仿真測試過程，仿真窗口無錯誤提示，達到指定的目的，說明仿真結(jié)果狀態(tài)正常。
8
畢 業(yè) 設(shè) 計 附 件 三
PLC仿真報告
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名
班 級
學 號
指導教師
完成日期 2011年6月6日
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
課題： 兩端面鉸孔機床總體設(shè)計及電氣控制部分設(shè)計
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學 生 姓 名
班 級
學 號
指 導 教 師
專 業(yè) 系 主 任
發(fā) 放 日 期 2011年 2 月 20 日
一、設(shè)計內(nèi)容
根據(jù)零件加工要求，設(shè)計一臺兩端面鉸孔機床，具體進行兩端面鉸孔機床總體設(shè)
計及電氣控制部分設(shè)計，主要內(nèi)容有：
1.確定機床總體結(jié)構(gòu)方案；
2.根據(jù)機床的總體電氣控制要求，繪制機床總體電氣分布圖；
3.按照儀表面板要求，進行操縱臺面板的設(shè)計；
4.進行主電路設(shè)計，繪制控制系統(tǒng)的電路圖；
5.選定PLC的型號，分配輸入/輸出點，繪制輸入/輸出端子接線圖；
6. 進行PLC編程，編制機床主軸、滑臺、夾具的調(diào)整和整機循環(huán)的動作程序。
二、設(shè)計依據(jù)
1．課題來源：江蘇高精機電設(shè)備裝備公司；
2．被加工零件：兩端面鉸孔零件（附零件圖）；
3．工件材料：HT250；
4．加工內(nèi)容：兩端面鉸4個孔（φ12）；
5. 生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批大量；
6．批量：本機床設(shè)計、制造一臺；
7．控制對象：機床的動力頭、兩個進給滑臺；
8．伺服機構(gòu)：交流伺服系統(tǒng)；
9．控制方式：采用日本三菱PLC控制器。
三、設(shè)計要求
1．機床整體布局要合理、美觀，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修；
2．機床應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，控制動作要準確、可靠；
3．機床各動力部件用電氣控制；
4．用PLC對電機進行控制，實現(xiàn)滑臺快進、工進、快退等一系列動作；
5．設(shè)計圖樣總量：折合成A0幅面在2張以上；工具要求：應(yīng)用計算機軟件繪圖；過
程要求：裝配圖需提供手工草圖；
6．畢業(yè)設(shè)計說明書按學校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字數(shù)不少于1萬字；
7．查閱文獻資料10篇以上，并有不少于3000漢字的外文資料翻譯；
8．到相關(guān)單位進行畢業(yè)實習，撰寫不少于3000字實習報告；
9．撰寫開題報告。
四、畢業(yè)設(shè)計物化成果的具體內(nèi)容及要求
1、畢業(yè)成果要求：
1）畢業(yè)設(shè)計說明書 1 份
2）繪制機床電氣總體分布圖 1 張
3）繪制操縱臺面板圖 1 張
4）繪制機床電路圖 2 張
5）繪制PLC輸入/輸出接線圖 1 張
2、控制程序：
程序清單、程序設(shè)計說明書和PLC仿真測試報告。
3、外文資料翻譯（英譯中）要求：
1）外文翻譯材料中文字不少于3000字；
2）內(nèi)容必須與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)；
3）所選外文資料應(yīng)是近10年的文章，并標明文章出處。
五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
2月20日～2月21日
布置任務(wù)
2月21日～3月19日
調(diào)查研究，畢業(yè)實習，方案論證，總體設(shè)計
3月20日～4月7日
技術(shù)設(shè)計（部件設(shè)計）
4月7日～5月7日
工作設(shè)計（零件設(shè)計）
5月8日～5月25日
撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書
5月26日～5月27日
畢業(yè)設(shè)計預答辯
5月28日～6月6日
修改資料
6月7日～6月8日
評閱材料
6月9日～6月10日
畢業(yè)答辯
6月11日～6月15日
材料整理裝袋
六、 主要參考文獻：
1．陳旭東主編. 機床夾具設(shè)計[M]. 北京市：清華大學出版社, 2010.
2．段有艷著. 圖解PLC機電控制技術(shù)[M]. 北京市：中國電力出版社, 2010.
3．王兆明編著. 電氣控制與PLC技術(shù)[M]. 北京市：清華大學出版社, 2010.
4．李名望編著. 機床夾具設(shè)計實例教程[M]. 北京市：化學工業(yè)出版社, 2009.
5．楊林建主編. 機床電氣控制技術(shù)[M]. 北京市：北京理工大學出版社, 2008.
6．許曉旸編著. 專用機床設(shè)備設(shè)計[M]. 重慶市：重慶大學出版社, 2003.
7．徐宏海等編著. 數(shù)控機床刀具及其應(yīng)用[M]. 北京市：化學工業(yè)出版社, 2005.
8．王健石主編. 機械加工常用刀具數(shù)據(jù)速查手冊[M]. 北京市：機械工業(yè)出版社, 2005.
9．高春甫，賀新升，陸爽著. 三菱可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京市：機械工業(yè)出版社, 2010.
10．洪應(yīng)著. 三菱系列PLC入門與應(yīng)用實例[M]. 北京市：中國電力出版社, 2010.
七、其他
八、專業(yè)系審查意見
系主任：
年 月 日
九、機械工程學院意見
院長：
年 月 日
5
畢業(yè)實習報告
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名 周 云
班 級 B機制077
學 號 0710101706
指導教師 袁 健
日 期 2011年3月19日
實習報告
一、概述
畢業(yè)實習是我們機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成分，也是畢業(yè)設(shè)計不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其目的在于通過實習使我們獲得基本生產(chǎn)的感性知識，理論聯(lián)系實際，擴大知識面，提高動手操作能力，同時畢業(yè)實習又是鍛煉我們業(yè)務(wù)能力和素質(zhì)提高的重要渠道，培養(yǎng)當代大學生吃苦耐勞的精神。通過畢業(yè)實習，我們可以更好更直接的了解產(chǎn)業(yè)狀況，了解本專業(yè)的發(fā)展前景，了解國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，以及對公司的運作、管理、產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等各個方面都有了深刻的認識，有效地快速地提高了我們將來工作的能力。通過這次畢業(yè)實習，進一步鞏固和深化所學的理論知識，彌補以前單一理論教學的不足,為學習和畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。
二、實習過程
實習期間，我們到江蘇長虹集團和江動集團參加畢業(yè)實習的工作。江蘇長虹集團是從事汽車焊裝、涂裝和總裝生產(chǎn)線的規(guī)劃、設(shè)計、制造的專業(yè)化公司。江動集團主要生產(chǎn)單缸機、多缸機、汽油機、拖拉機以及發(fā)電機組。由于我的畢業(yè)設(shè)計課題是兩端面鉸孔機床總體設(shè)計及電氣控制部分設(shè)計，所以我的畢業(yè)實習主要在江動集團進行。在江動集團參加畢業(yè)實習過程中，我主要了解了一些加工機體的組合機床。用于加工機體的組合機床有很多，主要是對機體的粗鏜、半精鏜、精鏜等，以及對汽缸蓋等部位進行鉆、擴、鉸等加工，不同型號的機體加工應(yīng)該使用不同的夾具。
三、實習內(nèi)容
江蘇江淮動力股份有限公司是高科技民營企業(yè)—重慶東銀集團旗下專業(yè)生產(chǎn)中、小功率發(fā)動機的大型企業(yè)，位居中國企業(yè)500強、中國農(nóng)機行業(yè)上市公司之列。
公司創(chuàng)建于1945年，1959年開始生產(chǎn)發(fā)動機，現(xiàn)有員工6000人。公司擁有自主版權(quán)和江動特色的節(jié)能單缸機、輕型多缸機、通用汽油機、小馬力單缸機和拖拉機、發(fā)電機組（柴、汽油）等六大系列400多個品種的優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品覆蓋全國30個省、市和自治區(qū)，同時遠銷歐美亞非等40多個國家和地區(qū)。2008年，公司產(chǎn)銷各類發(fā)動機及終端產(chǎn)品120萬臺，實現(xiàn)出口創(chuàng)匯1.28億美元，連續(xù)十一年雄居全國同行第一。江動 “JD”商標系“中國馳名商標”，“江動”牌發(fā)動機被評為“中國名牌產(chǎn)品”。
江蘇江淮動力股份有限公司專門成立了省級技術(shù)中心和企業(yè)博士后流動站，現(xiàn)有在站博士一名以及四名教授級高工，產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗豐富；另投資了四千萬元建成了通過國家CNAL認證的試驗中心，擁有AVL、尖科、上海內(nèi)燃機研究所、德國ABB等公司高端測試設(shè)備，為研究最新技術(shù)提供了保障。
該企業(yè)對人才資源的管理有著一套獨特的方案：
1.構(gòu)建公司人才工程，加強人才隊伍建設(shè)：
實施職位分析，建立素質(zhì)模型，規(guī)范職位管理；建立“225人才工程”。建立精英人才20人，中堅人才隊伍200人，技術(shù)、管理、業(yè)務(wù)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)等基層骨干500人的人才工程；實施“322人才梯隊計劃”。1個總經(jīng)理崗位后備梯隊3人，1個副總經(jīng)理崗位梯隊后備2人，1個部門經(jīng)理崗位后備梯隊2人；實施職業(yè)生涯規(guī)范，建立人才培養(yǎng)通道；多渠道、多形式拓展員工培訓。
2.拓寬渠道，吸引優(yōu)秀人才：
與高校合作，吸收應(yīng)屆畢業(yè)生；建立內(nèi)部人才網(wǎng)絡(luò)，吸引管理、技術(shù)、營銷人才；借用網(wǎng)絡(luò)平臺，廣羅社會人才；利用獵頭渠道，選拔優(yōu)秀人才。
3.采用集團化人力資源管理模式，建立兩級人力資源管理體系：
在股份公司層面上構(gòu)建人力資源管理平臺，為事業(yè)部、子公司提供人力資源技術(shù)支持、指導和服務(wù)，并實施監(jiān)督；統(tǒng)一人力資源管理政策、制度，子公司結(jié)合本事業(yè)部建立細則；規(guī)范人事管理權(quán)限，規(guī)范兩級管理運作；建立與上級有關(guān)政府部門良好的聯(lián)系，共同協(xié)調(diào)解決外部事件。
4.導入現(xiàn)代人力資源管理技術(shù)，提升人力資源管理能力：
運用工作分析技術(shù)，建立職位體系，為招聘、人力資源配置、培訓、薪酬、績效奠定基礎(chǔ)；應(yīng)用人力測評體系，提高選人的信度和效度；建立市場領(lǐng)先、體現(xiàn)公平、一致的戰(zhàn)略薪酬體系；運用平衡計分卡，建立有效的戰(zhàn)略績效管理體系。
實習過程中，我們了解到組合機床在加工機體部分時，為保證加工精度，使用多軸對機體上一個面的多個孔進行同時加工，減少了工件間的搬運，節(jié)約時間，提高了生產(chǎn)效率。組合機床對多孔鉆削加工具有較大的優(yōu)勢，它按孔的坐標分布位置實行一次加工，保證了孔的坐標位置尺寸精度，而原有機床采用多工序加工，加工效率低，加工尺寸不容易保證，而且位置精度也不高。改進后，采用一次裝夾，同時對進氣和排氣孔進行鏜加工，提高了加工效率。其次，夾具采用一面兩銷定位，保證了導管孔及氣門閥座孔對定位銷孔的位置精度。夾緊方式采用液壓夾緊，改變了原來的手動夾緊，提高了工作的效率，和對相應(yīng)部分進行了計算、分析、校核。組合機床提高了生產(chǎn)效率，又能滿足工件的加工精度，并且減少了工人的勞動強度，較好的實現(xiàn)了設(shè)計的要求。
四、分析
組合機床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
五、實習感想
大學畢業(yè)實習報告是學生完成大學四年全部課程后的最重要的實踐環(huán)節(jié)。為了這次畢業(yè)實習，做準備、搜集素材，了解有關(guān)的設(shè)計技術(shù)和注意事項。通過這次實習過程我知道了，理論與實踐的差距，實際操作會使得主觀理論想法不完美，因為實踐中有很多外在因素的干擾，由此我得到了一個新的想法，就是理論知識有時是用來給我們把握大方向的，而實際做的時候，會讓我們注重一些小的細節(jié)，很多時候只有動手才會知道怎么去做，理論與實踐要相結(jié)合，這對我畢業(yè)后的工作是個不小的幫助。
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