控銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)a第1章緒論本緒論主要是從本課題的來(lái)源、目的、意義、應(yīng)解決的主要問(wèn)題及應(yīng)到達(dá)的技能要求來(lái)介紹機(jī)電一體化講授實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(數(shù)控銑床型)，并且敘述了海內(nèi)外生長(zhǎng)表面以及存在的問(wèn)題。最后簡(jiǎn)述了本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。課題的來(lái)源隨著種種學(xué)科的交織生長(zhǎng)，原來(lái)的純機(jī)器加工已經(jīng)生長(zhǎng)為機(jī)電一體化的加工機(jī)床，現(xiàn)在隨著種種控制技能的日趨完善，機(jī)電一體化的加工系統(tǒng)——數(shù)控機(jī)床已經(jīng)毫無(wú)疑問(wèn)成為了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的主力裝備。一方面，觀察表明，我國(guó)要成為“世界工場(chǎng)”，需要培訓(xùn)和造就數(shù)十萬(wàn)數(shù)控技能應(yīng)用領(lǐng)域的操縱人員、編程人員和維修人員，另一方面，來(lái)自機(jī)電一體化專業(yè)在實(shí)踐方面對(duì)付專門的講授用的儀器設(shè)備的需求，是本課題產(chǎn)生的主要的原因。目的和意義本產(chǎn)物立足于設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠滿足各大高等院校對(duì)講授用機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的需求，用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)控銑床。主要用于裝備高等院校，中等技能專業(yè)學(xué)校及種種技能學(xué)校的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，可用于數(shù)控機(jī)床，數(shù)控編程，數(shù)控原理等專業(yè)課程的講授實(shí)驗(yàn)與培訓(xùn)。本課題是要求在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下通過(guò)查閱相關(guān)的內(nèi)容的資料并進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)(包羅機(jī)器總體結(jié)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和控制軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))進(jìn)而最終完成適合講授實(shí)驗(yàn)使用的數(shù)控銑床。該機(jī)床能實(shí)現(xiàn)單軸定位及兩軸聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)，從而可以完成對(duì)塑料制品的銑、鉸等根本的切削運(yùn)動(dòng)，并能加工形狀簡(jiǎn)樸的零件。機(jī)電一體化系統(tǒng)的簡(jiǎn)介機(jī)電一體化技能的根本觀點(diǎn)是指將機(jī)器學(xué)、電子學(xué)、信息處置懲罰和控制及專用軟件等今世種種新技能進(jìn)行綜合集成的一種群體技能。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要有五個(gè)組成部門:動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、盤算機(jī)和傳感器,組成一個(gè)功效完善的柔性自動(dòng)化系統(tǒng),其中盤算機(jī)、傳感器和盤算機(jī)軟件是機(jī)電一體化技能的重要組成要素。機(jī)電一體化系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、功效多、效率高、精度高、能耗低的特點(diǎn),與傳統(tǒng)的機(jī)器產(chǎn)物比力,機(jī)電一體化產(chǎn)物至少有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。(1)原有的機(jī)構(gòu)產(chǎn)物中增加信息處置懲罰裝置及相應(yīng)軟件,來(lái)替代原有產(chǎn)物的部門機(jī)器控制機(jī)構(gòu),不但提高了自動(dòng)化水平,并且能大大提高產(chǎn)物質(zhì)量,同時(shí)也低落了生產(chǎn)本錢,提高經(jīng)濟(jì)效益。(2)以機(jī)電一體化技能為主的新型產(chǎn)物,與原機(jī)器產(chǎn)物相比,不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸,并且功效越發(fā)富厚,精度也得到提高。(3)將電子技能、傳感器技能、控制技能與機(jī)器技能各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái),形成綜合性優(yōu)勢(shì),可開(kāi)發(fā)出具有多種功效、智能化的高新技能產(chǎn)物。機(jī)電傳動(dòng)概述機(jī)電傳動(dòng)就是指以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)器的系統(tǒng)之總稱。它的目的就是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)器的啟動(dòng)，停止以及速度控制，完成種種生產(chǎn)工藝歷程的要求，包管生產(chǎn)歷程的正常進(jìn)行。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)生長(zhǎng)愈來(lái)愈高。現(xiàn)在機(jī)電傳動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由微型利用桿，敏感元件，盤算機(jī)，伺服機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部門組成。當(dāng)利用它時(shí)，電傳系統(tǒng)立刻將機(jī)器行動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)盤算機(jī)盤算放大后，通過(guò)電機(jī)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)行動(dòng)。電傳利用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比力簡(jiǎn)樸，體積和重量小，易于安裝和維修、利用靈敏度高，無(wú)滯后現(xiàn)象。由于可以敷設(shè)多條電纜，“生存力”大大增強(qiáng)。但就機(jī)電傳動(dòng)而言，它的生長(zhǎng)大要上經(jīng)歷了成組拖動(dòng)，單電機(jī)拖動(dòng)和多電機(jī)拖動(dòng)三階段?？刂破陂g經(jīng)過(guò)了四階段：1.打仗器與繼電器2.電機(jī)放大機(jī)控制3.磁放大器，大功率可控水銀整流器4.盤算機(jī)數(shù)字控制CNC。就本次設(shè)計(jì)而言，系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部門接納了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制部門接納比力先進(jìn)的微機(jī)與PLC控制。1.3.2數(shù)控加工的概述數(shù)控加工，是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝要領(lǐng)，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說(shuō)是一致的，但也產(chǎn)生了明顯的變革。以下是數(shù)控加工的特殊之處：工序會(huì)合：數(shù)控機(jī)床一般帶有可以自動(dòng)換刀的刀架、刀庫(kù)，換刀歷程由步伐控制自動(dòng)進(jìn)行，因此，工序比力會(huì)合。工序會(huì)合帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益：淘汰機(jī)床占地面積，節(jié)約廠房。淘汰或沒(méi)有中間環(huán)節(jié)(如半制品的中間檢測(cè)、暫存搬運(yùn)等)，既省時(shí)間又省人力。加工自動(dòng)化：數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，不需人工控制刀具，自動(dòng)化水平高。帶來(lái)的利益很明顯。對(duì)操縱工人的要求低落：一個(gè)普通機(jī)床的高級(jí)工，不是短時(shí)間內(nèi)可以培養(yǎng)的，而一個(gè)不需編程的數(shù)控加工操縱工人培養(yǎng)時(shí)間極短(如數(shù)控車工需要一周即可，還會(huì)編寫簡(jiǎn)樸的加工步伐)。并且，數(shù)控工在數(shù)控機(jī)床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機(jī)床上加工的零件精度要高，時(shí)間要省。低落了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度：數(shù)控工人在加工歷程中，大部門時(shí)間被排斥在加工歷程之外，非常省力。產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機(jī)床的加工自動(dòng)化，免除了普通機(jī)床上工人操縱時(shí)所產(chǎn)生的疲勞、粗心、預(yù)計(jì)等人為誤差，提高了產(chǎn)物的一致性。加工效率高：數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀等使加工歷程緊湊，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。3．柔性化水平高：傳統(tǒng)的通用機(jī)床，雖然柔性好，但效率低下；而傳統(tǒng)的專機(jī)，雖然效率很高，但對(duì)零件的適應(yīng)性很差，剛性大，柔性差，很難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的猛烈競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的產(chǎn)物頻繁改型。只要改變步伐，就可以在數(shù)控機(jī)床上加工新的零件，且又能自動(dòng)化操縱，柔性好，效率高，因此數(shù)控機(jī)床能很好適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。4.加工能力強(qiáng)：數(shù)控機(jī)床能精確加工種種輪廓，而有些輪廓在普通機(jī)床上無(wú)法加工。數(shù)控機(jī)床特別適合以下場(chǎng)所：a)不許報(bào)廢的零件。b)新產(chǎn)物研制。c)急需件的加工。1.3.3數(shù)控加工的設(shè)備數(shù)控加工所使用的主要設(shè)備---數(shù)控機(jī)床是信息技能與機(jī)器制造技能相結(jié)合的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代底子機(jī)器的技能水平與生長(zhǎng)趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床具有以下明顯特點(diǎn)：適合于龐大異形零件的加工。實(shí)現(xiàn)盤算機(jī)控制，排除人為誤差。通過(guò)盤算機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)精度賠償和優(yōu)化控制。加工中心、車削中心、磨削中心、電加工中心等帶有刀具庫(kù)并具有換刀功效，從而淘汰了人工裝夾的次數(shù)，提高了加工精度。數(shù)控機(jī)床使機(jī)器加工設(shè)備增加了柔性化的特點(diǎn)。柔性加工不但適合于多品種、中小批量生產(chǎn)也適合于大批量生產(chǎn)，且能瓜代完成兩種或更多種差別零件的加工，增加了自動(dòng)變更工件的功效，可實(shí)現(xiàn)夜間無(wú)人看管的操縱。由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床(加工中心)組成的柔性制造系統(tǒng)(FMS)具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包羅加工、裝配和查驗(yàn)等環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床可分別為三個(gè)條理：高等型數(shù)控機(jī)床：是指可以進(jìn)行龐大形狀的加工，具有多軸控制或工序會(huì)合、自動(dòng)化水平高、高度柔性的數(shù)控機(jī)床。普及型數(shù)控機(jī)床：具有人機(jī)對(duì)話功效，應(yīng)用較廣，代價(jià)適中，通常稱之為全功效數(shù)控機(jī)床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，精度中等，但代價(jià)自制，僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡(jiǎn)樸的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件。選用數(shù)控機(jī)床需遵循的原則是：實(shí)用性：是指明確數(shù)控機(jī)床來(lái)解決生產(chǎn)中的哪一個(gè)或哪幾個(gè)問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)性：是指所選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下，所支付的代價(jià)是最經(jīng)濟(jì)的大概是較為公道的。可操縱性：用戶選用的數(shù)控機(jī)床要與本企業(yè)的操縱和維修水平相適應(yīng)。穩(wěn)定可靠性：是指機(jī)床自己的質(zhì)量，選擇名牌產(chǎn)物能包管數(shù)控機(jī)床事情時(shí)的穩(wěn)定和可靠。PLC(可編程邏輯控制器)生長(zhǎng)的現(xiàn)狀及生長(zhǎng)的趨勢(shì)PLC生長(zhǎng)到現(xiàn)在共經(jīng)歷了四代?，F(xiàn)在的PLC接納16位以上的微處置懲罰器作為CPU外，內(nèi)存容量更大，還可以將打胎PLC連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)資源共享;還可以直接用于一些范圍較大的龐大控制系統(tǒng)；釀成語(yǔ)言除了可使用傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖等還可以使用高級(jí)語(yǔ)言；外設(shè)多樣化，可以配置CRT和打印機(jī)等。目前海內(nèi)外用于這方面控制系統(tǒng)的PLC主要是由幾大主要生產(chǎn)商提供的。即：Siemens(GER),GE(U.S),Rockwell(U.S),MitsubishiJap),OmronJap)這幾家主要的PLC供給商占據(jù)了PLC市場(chǎng)的75%~80%。現(xiàn)在的主要的PLC的廠商都會(huì)合在日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)度，海內(nèi)生產(chǎn)和制造PLC的工藝技能都還落后于這些國(guó)度。其生長(zhǎng)的趨勢(shì)是：1、人機(jī)界面越發(fā)友好PLC制造商紛紛通過(guò)收購(gòu)或聯(lián)合軟件企業(yè)、或生長(zhǎng)軟件財(cái)產(chǎn)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)，為用戶的開(kāi)發(fā)和維護(hù)低落了本錢，使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT的模式被遍及應(yīng)用。2、網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大增強(qiáng)PLC廠家在原來(lái)CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的底子上，逐漸增加了種種通訊接口，并且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來(lái)數(shù)據(jù)通訊技能生長(zhǎng)很快，用戶對(duì)開(kāi)放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)總線技能及以太網(wǎng)技能也同步生長(zhǎng)。3、開(kāi)放性和互操縱性大大生長(zhǎng)PLC在生長(zhǎng)歷程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，處于群雄盤據(jù)的局面，各自生長(zhǎng)自己的尺度，兼容性很差，這給用戶使用帶來(lái)未便，并增加了維護(hù)本錢。開(kāi)放是生長(zhǎng)的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)。4、PLC的功效進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范疇越來(lái)越遍及PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處置懲罰能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、龐大運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來(lái)越應(yīng)用于歷程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，除石化歷程等個(gè)體領(lǐng)域，PLC均有樂(lè)成能應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來(lái)PLC（順序控制）+DCS（歷程控制）的模式釀成PLC+IPC模式。5、產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)的生長(zhǎng)對(duì)PLC有重要影響以太網(wǎng)應(yīng)用非常遍及，與產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其本錢非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于1）硬件上如符合應(yīng)產(chǎn)業(yè)惡劣情況；2）通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域，還存在爭(zhēng)論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一歷程，各PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物。從PLC的生長(zhǎng)趨勢(shì)來(lái)看，PLC控制技能將成為今后產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化的主要手段。在未來(lái)的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中，PLC技能、呆板人技能、核CAD/CAM技能將成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。1.4海內(nèi)外動(dòng)態(tài)海內(nèi)研究的狀況近十幾年來(lái)，我國(guó)各級(jí)政府在產(chǎn)業(yè)控制盤算機(jī)及其系統(tǒng)，可編步伐邏輯控制器（PLC）、數(shù)控系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)呆板人等技能和財(cái)產(chǎn)都曾列入重點(diǎn)生長(zhǎng)籌劃，各項(xiàng)都有上千萬(wàn)元的投資，但真正能形成范圍性產(chǎn)物生產(chǎn)的財(cái)產(chǎn)卻寥寥無(wú)幾，在海內(nèi)市場(chǎng)的占有率不敷10％。跟蹤研究外洋先進(jìn)技能的生長(zhǎng)、加大市場(chǎng)調(diào)研力度是高新技能財(cái)產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的一個(gè)嚴(yán)肅的課題，不能不引起各條理決策者重視和積極支持。外資企業(yè)進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)時(shí)，在市場(chǎng)調(diào)研方面的資金投入是驚人的重視。相比之下，我國(guó)各級(jí)政府、各企事業(yè)特別是國(guó)營(yíng)企業(yè)在跟蹤研究和市場(chǎng)調(diào)研方面的投入?yún)s重視得不敷。同時(shí)機(jī)電一體化技能涉及的領(lǐng)域遍及，不可能全面生長(zhǎng)。就可編步伐邏輯控制器（PLC）而論，80年代末90年代初我國(guó)有三十多家企事業(yè)單位小批量生產(chǎn)中低檔產(chǎn)物系列。面對(duì)年需求量十幾萬(wàn)臺(tái)整機(jī)產(chǎn)物的龐大市場(chǎng)需求，大多數(shù)海內(nèi)的企事業(yè)單位都未能越過(guò)外洋大型企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壁壘，沒(méi)有一家企業(yè)能到達(dá)范圍性財(cái)產(chǎn)，紛紛退出競(jìng)爭(zhēng)，外洋企業(yè)險(xiǎn)些把持了市場(chǎng)。數(shù)控機(jī)床是干系到國(guó)度戰(zhàn)略職位和體現(xiàn)國(guó)度綜合國(guó)力水平的重要底子性財(cái)產(chǎn)。在整個(gè)機(jī)床行業(yè)不景氣的時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的生長(zhǎng)一枝獨(dú)秀，最近幾年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床無(wú)論在產(chǎn)量、品種照舊在高等機(jī)床的生產(chǎn)方面生長(zhǎng)很快。自1999年以來(lái)，機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)了止滑回升的好勢(shì)頭，尤其是隨著數(shù)控機(jī)床產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)，質(zhì)量和品質(zhì)可靠性的提高所取得的顯著成效，增長(zhǎng)較快。2003年數(shù)控機(jī)床出口額同比增長(zhǎng)了15.87%。數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為了今世機(jī)器行業(yè)的主流裝備。如海內(nèi)的北京第一機(jī)床廠就與大連理工大學(xué)等高?；ブa(chǎn)出XK4860五坐標(biāo)數(shù)控螺旋槳銑床等海內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)控機(jī)床。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速生長(zhǎng)，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)需求，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床僅占我國(guó)總消費(fèi)額的50%左右。臺(tái)灣、日本成為我國(guó)大陸數(shù)控機(jī)床進(jìn)口的主要來(lái)源地。外洋研究的狀況目前國(guó)際先進(jìn)制造業(yè)不停改進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)、提高傳統(tǒng)制造業(yè)的技能水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；機(jī)電一體化財(cái)產(chǎn)結(jié)構(gòu)不停調(diào)解，各行業(yè)不停融合，數(shù)控技能趨于模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體和智能化?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)前自動(dòng)化控制與儀器儀表領(lǐng)域技能生長(zhǎng)的第一熱點(diǎn)。電力電子技能成為改革傳統(tǒng)財(cái)產(chǎn)的底子，它拓寬了微電子技能的應(yīng)用領(lǐng)域，為機(jī)電一體化、新能源技能、核技能、航天技能、超導(dǎo)應(yīng)用、激光裝置、生物工程、新質(zhì)料技能提供了高性能、高精度、高效率和高質(zhì)量小型的電控設(shè)備和電源設(shè)備，成為生長(zhǎng)高新技能的底子。產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)度應(yīng)用機(jī)電一體化技能已十分遍及，不但在單機(jī)產(chǎn)物中占有重要位置，并且在生產(chǎn)制造系統(tǒng)內(nèi)也十分活潑。例如，盤算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、快速成型制造系統(tǒng)（RPM）、智能制造系統(tǒng)（IMS）等。機(jī)電一體化產(chǎn)物模塊化的生長(zhǎng)促進(jìn)了新產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)，品種不停增多，格式不停翻新，縮短了開(kāi)發(fā)周期。以驅(qū)動(dòng)為焦點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)模塊單位（簡(jiǎn)稱D）,以伺服為焦點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)控制模塊單位（簡(jiǎn)稱M）,以二根導(dǎo)線把各功效單位連接起來(lái)的總線或現(xiàn)場(chǎng)總線等，已形成了尺度化的產(chǎn)物。智能制造技能是21世紀(jì)機(jī)電一體化技能的重點(diǎn)生長(zhǎng)領(lǐng)域。所謂智能制造技能是指90年代初由日本提倡的''智能制造系統(tǒng)”(IMS)國(guó)際互助研究籌劃提出的技能。這個(gè)互助研究組織包羅日、美、歐盟、澳大利亞等，籌劃在十年中投資10億美元，設(shè)立100個(gè)研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，開(kāi)展智能制造的前期研究事情，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出能使人和智能設(shè)備都不受操縱者和版圖限制的互助系統(tǒng)。而數(shù)控加工的主力設(shè)備數(shù)控機(jī)床技能在外洋的生長(zhǎng)已經(jīng)出現(xiàn)出五大特點(diǎn)：1.高速、高效和復(fù)合加工機(jī)床生長(zhǎng)迅速2.機(jī)床更強(qiáng)調(diào)寧?kù)o和環(huán)保要求3.功效部件生長(zhǎng)迅速，已形成完整配套件財(cái)產(chǎn)4.控制系統(tǒng)功效越發(fā)完善、強(qiáng)大，開(kāi)放式結(jié)構(gòu)趨勢(shì)明顯5.機(jī)床的外觀、質(zhì)量水平更高1.5機(jī)電一體化技能的生長(zhǎng)與展望.數(shù)控化和綜合化將先進(jìn)的盤算機(jī)及多種控制技能手段、以及高精度和自動(dòng)化的工件定位系統(tǒng)相結(jié)合，從而形成研制和生產(chǎn)的加工中心，已成為數(shù)控加工技能生長(zhǎng)的一個(gè)重要趨勢(shì)。.小型化和組合化外洋已把切割銑削和模具沖壓多種加工要領(lǐng)組合在一臺(tái)機(jī)床上，制成多功效的沖床，它兼有切割銑削的多功效性和沖壓加工的高速高效的特點(diǎn)，可完成切割銑削龐大外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工任務(wù)．?dāng)?shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)a第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，包羅以下幾個(gè)要素：機(jī)器本體、能源部門、測(cè)試傳感部門、驅(qū)動(dòng)裝置、控制及信息處置懲罰單位，各要素之間通過(guò)接口相聯(lián)系。機(jī)器部門機(jī)器部門設(shè)計(jì)與闡發(fā)將憑據(jù)機(jī)器設(shè)計(jì)原理提出幾種機(jī)器設(shè)計(jì)方案，并對(duì)這些方案進(jìn)行比力選擇，闡發(fā)設(shè)計(jì)方案選擇的理由以及所接納方案的特點(diǎn)；同時(shí)，就設(shè)計(jì)歷程論述本人對(duì)有關(guān)設(shè)計(jì)的一些表述.本設(shè)計(jì)是一個(gè)主要用于講授實(shí)驗(yàn)用的數(shù)控銑床系統(tǒng)，是要對(duì)零件進(jìn)行銑削加工的。我們要論證講授實(shí)驗(yàn)用的數(shù)控銑床系統(tǒng)的總體方案，就需要對(duì)該系統(tǒng)有一個(gè)整體的了解。下圖就是數(shù)控銑床加工系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。要進(jìn)行總體方案論證，先要熟悉設(shè)計(jì)參數(shù)，我們才氣以此為依據(jù)進(jìn)行取舍。下面就是我們這次設(shè)計(jì)的參數(shù)。講授實(shí)驗(yàn)用的數(shù)控銑床系統(tǒng)，其事情參數(shù)如下：機(jī)床尺寸(寬長(zhǎng)高)：76014751400(mmmmmm)最大加工范疇(XYZ)：400300150(mmmmmm)主軸電機(jī)功率：60(W)主軸轉(zhuǎn)速：3000(r/min)事情臺(tái)尺寸160160(mm)空間加工范疇170160(mm)事情臺(tái)最大承重s50(kg)事情速度0?5(m/min)快速移動(dòng)速度8m/min數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)形式有許多，通過(guò)對(duì)其主要的結(jié)構(gòu)形式的闡發(fā)，大要上最常見(jiàn)的可分為如下兩類：＜1＞工件沿X坐標(biāo)偏向移動(dòng)的類型這類機(jī)床主要接納的是龍門式結(jié)構(gòu)，其事情的原理為：事情臺(tái)沿X偏向移動(dòng)。而Y坐標(biāo)則為打印頭在由雙立柱及橫梁組成的龍門上的運(yùn)動(dòng)，既可用于二、三坐標(biāo)作平面銑削，又可以擴(kuò)展為四坐標(biāo)機(jī)床用于切割管件和型材，還能組成五坐標(biāo)機(jī)床加工空間曲面。這類機(jī)床的規(guī)格尺寸較大。另外工件沿X坐標(biāo)偏向移動(dòng)式結(jié)構(gòu)另有兩種懸臂式的結(jié)構(gòu)，一者是為事情臺(tái)沿X坐標(biāo)偏向移動(dòng)，另一者為工件及夾具同時(shí)沿X坐標(biāo)偏向移動(dòng)，其規(guī)格尺寸都比龍門式的要小。＜2＞工件沿X,Y二坐標(biāo)偏向移動(dòng)的類型這類機(jī)床多為單純用于切割的二、三坐標(biāo)機(jī)床，其切割頭懸臂伸出，在水平面內(nèi)并無(wú)移動(dòng)；而工件則可以沿X、Y兩個(gè)偏向運(yùn)動(dòng)，這類機(jī)床的結(jié)構(gòu)比力簡(jiǎn)樸，規(guī)格尺寸也較小，最大2000x1500（mmmm）。工件沿二坐標(biāo)偏向移動(dòng)的類型又可分為十字事情臺(tái)式和工件與夾具移動(dòng)式兩種；前者工件與事情臺(tái)連動(dòng)，規(guī)格更小些；后者規(guī)格尺寸稍大，事情臺(tái)牢固不動(dòng)，而工件則由夾具夾持著移動(dòng)，大多是與自動(dòng)沖裁技能結(jié)合在一起成為可完成切割銑削，沖裁等多種加工功效的多功效機(jī)床。電氣控制系統(tǒng)方案要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化的數(shù)控銑床的有效控制，這樣的電氣控制系統(tǒng)有多種方案可以選擇。其中最主要的是接納：＜1＞接納單片機(jī)的控制系統(tǒng)；＜2＞接納了集成DSP芯片的控制板與PC機(jī)相聯(lián)系的控制系統(tǒng)；＜3＞接納PLC與PC機(jī)相聯(lián)系的控制系統(tǒng)。各控制系統(tǒng)方案的特點(diǎn)與比力：＜1＞接納單片機(jī)的控制系統(tǒng)所謂的單片機(jī)便是一塊集成了CPU、RAM、ROM（EPROM或EEPROM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘、多種功效的串行和并行I/O口的芯片。如Intel公司的8031系列等。除了以上根本功效外，有的單片機(jī)還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。歸納綜合起來(lái)說(shuō)，單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：（1）可靠性好。芯片自己是按產(chǎn)業(yè)測(cè)控情況要求設(shè)計(jì)的，其抗產(chǎn)業(yè)噪聲滋擾優(yōu)于一般通用CPU；步伐指令，常數(shù)，表格固化在ROM中不易破壞；許多信號(hào)通道都在一個(gè)芯片內(nèi)部，故可靠性高。（2）易于擴(kuò)展。片內(nèi)具有盤算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件，芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行I/O管腳，很容易組成種種范圍的盤算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（3）控制功效強(qiáng)。為了滿足產(chǎn)業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有富厚的條件分支、I/O口的邏輯操縱以及位處置懲罰指令。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的邏輯控制功效及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處置懲罰器。（4）單片機(jī)一般接納了面向控制的指令。（5）代價(jià)低廉。如低檔單片機(jī)代價(jià)只有幾元錢。開(kāi)發(fā)情況完備，開(kāi)發(fā)東西齊全，應(yīng)用資料眾多,后備人才富足。并且海內(nèi)大多數(shù)高校都開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。＜3＞接納PC與PLC相聯(lián)系的控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC）是以微處置懲罰器為焦點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)控制裝置。它是盤算機(jī)家屬中的一員，是為了產(chǎn)業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，主要用于取代繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，得到了樂(lè)成。這種控制裝置將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與盤算機(jī)技能結(jié)合在一起，具有高可靠性，靈活通用，易于編程，使用方便等特點(diǎn)，并且隨著技能的生長(zhǎng)，它的功效早已大大超出了邏輯控制的范疇，因此近年來(lái)在產(chǎn)業(yè)自動(dòng)控制，機(jī)電一體化，改革傳統(tǒng)財(cái)產(chǎn)方面得到遍及地應(yīng)用。雖然種種PLC的組成各不相同，但是在結(jié)構(gòu)上是根本相同的，一般由CPU,存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備（I/O）和其他的可選部件組成。CPU是PLC的焦點(diǎn)，它用于輸入種種指令，完成預(yù)定的任務(wù)。自整定，預(yù)測(cè)控制和模糊控制等先進(jìn)的控制算法也已經(jīng)在CPU中得到了應(yīng)用存儲(chǔ)器包羅隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM，通常將步伐以及所有的牢固參數(shù)固化在ROM中，RAM則為步伐運(yùn)行提供了存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與盤算中間變量的空間；輸入輸出系統(tǒng)（I/O）使歷程狀態(tài)和參數(shù)輸入到PLC的通道以及實(shí)時(shí)控制信號(hào)輸出的通道，這些通道可以有模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、脈沖量輸入等，使PLC的應(yīng)用十分遍及。在本控制系統(tǒng)中，PLC模塊除了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)床各軸的順序運(yùn)動(dòng)控制功效，還能實(shí)現(xiàn)X,Y軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制功效。所以選擇PC與PLC相聯(lián)系的控制系統(tǒng)。數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第3章數(shù)控銑床機(jī)器部門設(shè)計(jì)a第3章數(shù)控銑床機(jī)器部門設(shè)計(jì)數(shù)控銑床是由機(jī)器設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于平面零件加工的高效自動(dòng)化機(jī)床。由于數(shù)控銑床由盤算機(jī)控制，所以能自動(dòng)完成銑、鉆、鏜、鉸、攻螺紋等多種工序的加工，因此能使生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平大大提高。數(shù)控銑床整體上可以分別為電氣控制和機(jī)器本體兩大部門。微型數(shù)控銑床的機(jī)器本體，是系統(tǒng)電氣控制部門的控制東西。它的結(jié)構(gòu)和功效根本上決定了整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功效。微型數(shù)控銑床機(jī)器本體的組成和結(jié)構(gòu)數(shù)控銑床的分類和選型數(shù)控銑床可按多種要領(lǐng)分類。例如:按主軸在空間所處的狀態(tài)可分為立式數(shù)控銑床和臥式數(shù)控銑床;按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)和同時(shí)控制的坐標(biāo)數(shù)可分為三軸二聯(lián)動(dòng)、三軸三聯(lián)動(dòng)、四軸三聯(lián)動(dòng)、五軸四聯(lián)動(dòng)等;按加工精度又可分為普通數(shù)控銑床和高精度數(shù)控銑床。為了把數(shù)控銑床的特征表述得更清楚，常在立式或臥式數(shù)控銑床之后，同時(shí)說(shuō)明是什么控制系統(tǒng)、幾軸幾聯(lián)動(dòng)或其它特性。每臺(tái)數(shù)控銑床都有一定的規(guī)格和功效范疇，也有最佳的使用范疇。臥式數(shù)控銑床適合于加工箱體零件、泵體、閥體和殼體等。立式數(shù)控銑床適于加工龐大輪廓、曲面及板類零件等。規(guī)格相近的臥式數(shù)控銑床比立式數(shù)控銑床代價(jià)要高，但臥式數(shù)控銑床的工藝性比力遍及。實(shí)際的數(shù)控銑床選型歷程，主要是:（1）按己定的主要被加工零件來(lái)選擇數(shù)控銑床的規(guī)格（主要指事情臺(tái)尺寸、坐標(biāo)數(shù)量、坐標(biāo)行程以及主軸功率等），一般應(yīng)使事情臺(tái)面稍大于零件尺寸，以便給安裝夾具留出空間;（2）憑據(jù)典范零件要害部位的加工精度選擇機(jī)床的精度品級(jí)（定位精度、銑圓精度）;（3）選擇數(shù)控系統(tǒng)的功效:（4）選擇自動(dòng)換刀裝置;（5）選擇數(shù)控銑床的附件和技能辦事等。本系統(tǒng)中，數(shù)控銑床主要用于講授演示，讓學(xué)生了解數(shù)控銑床的根本結(jié)構(gòu)、功效和控制要領(lǐng)。因此，數(shù)控銑床的根本組成和結(jié)構(gòu)主要憑據(jù)講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)確定。微型數(shù)控銑床機(jī)器本體的結(jié)構(gòu)憑據(jù)系統(tǒng)擬到達(dá)的種種實(shí)驗(yàn)功效，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)臥式微型數(shù)控銑床。為了確保實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性和靈活性，微型數(shù)控銑床的機(jī)器本體始終貫徹模塊化設(shè)計(jì)原則。整個(gè)機(jī)器本體由:（1）X軸系;（2）Y軸系;（3）Z軸系這三大模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1機(jī)器本體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖上述三個(gè)模塊在結(jié)構(gòu)上具有很大的獨(dú)立性和相對(duì)完整性。這樣可以使講授演示實(shí)驗(yàn)越發(fā)簡(jiǎn)樸明了，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)有一定的系統(tǒng)性。機(jī)電一體化事情臺(tái)的設(shè)計(jì)由于是用于講授實(shí)驗(yàn)，所以機(jī)電一體化事情臺(tái)的設(shè)計(jì)尺寸是憑據(jù)機(jī)床原尺寸進(jìn)行了縮小，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-1。機(jī)電一體化事情臺(tái)有三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸:X,Y,和Z軸。憑據(jù)系統(tǒng)的功效設(shè)計(jì)，X軸、Z軸由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以方便實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng);Y軸由交換伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，給學(xué)生學(xué)習(xí)伺服驅(qū)動(dòng)提供條件。這樣的設(shè)計(jì)使學(xué)生可以學(xué)到種種電機(jī)的控制要領(lǐng)，使整個(gè)系統(tǒng)的功效籠罩面更廣。事情臺(tái)的主要參數(shù)機(jī)電一體化事情臺(tái)的主要技能參數(shù)如表3-1所示。表3-1事情臺(tái)的主要技能參數(shù)技術(shù)規(guī)格單位參數(shù)事情臺(tái)尺寸：長(zhǎng)*寬mm200*200行程X軸mm300Y軸mm300Z軸mm300進(jìn)給速度（X、Y、Z軸）mm/min1-1200快移速度（X、Y、Z軸）mm/min1500X、Z軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)X軸和Z軸均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩者的事情原理相同:步進(jìn)電機(jī)軸與滾珠絲杠之間用聯(lián)軸節(jié)直接相聯(lián)，由步進(jìn)電機(jī)動(dòng)員滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間的傳動(dòng)比為1;再由滾珠絲杠動(dòng)員滑臺(tái)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。X軸的機(jī)器結(jié)構(gòu)如圖3-2所示?；_(tái)與三個(gè)直線軸承套聯(lián)結(jié)，由兩根相互平行的直線軸承支撐，每根直線軸承由兩個(gè)支承牢固;滑臺(tái)垂直偏向上所受的力通過(guò)直線軸承通報(bào)給支承，再通報(bào)到底座上;直線軸承不但蒙受了X軸滑臺(tái)垂直偏向上的力，還對(duì)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用。為了限定事情臺(tái)在劃定的范疇內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在X向?qū)к壍膬蓚€(gè)極限位置設(shè)置兩個(gè)靠近開(kāi)關(guān)作為限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)事情臺(tái)靠近限位開(kāi)關(guān)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)發(fā)出極限位置報(bào)替信號(hào)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行處置懲罰；同樣，還設(shè)置了另一個(gè)靠近開(kāi)關(guān)作為事情臺(tái)X軸向的原位檢測(cè)開(kāi)關(guān)。Z軸和Y軸上的位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)的設(shè)置跟X軸是相同的。同時(shí)，為了讓學(xué)生對(duì)事情臺(tái)的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，分別在X軸、Y軸的兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)之間安頓了刻度尺，通過(guò)刻度尺可以讀出事情臺(tái)的位移量。圖3-2X軸的機(jī)器結(jié)構(gòu)如上所述，X軸向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的。對(duì)滾珠絲杠接納兩端牢固的支承方法。在裝配時(shí)，除了應(yīng)嚴(yán)格包管兩直線軸承導(dǎo)軌平行、運(yùn)動(dòng)靈活外，還應(yīng)該嚴(yán)格包管滾珠絲杠與直線軸承導(dǎo)軌之間的平行，且運(yùn)動(dòng)靈活。Z軸的機(jī)器結(jié)構(gòu)與X軸根本相同，如圖3-3所示。它安裝在Y軸滑臺(tái)上。由于Z軸的進(jìn)給偏向與重力偏向平行，直線軸承只包管進(jìn)給偏向，不蒙受Z軸滑臺(tái)以及安裝在其上的主軸所受的重力。當(dāng)進(jìn)給偏向與重力偏向相同時(shí)，重力成了進(jìn)給驅(qū)動(dòng)力;當(dāng)進(jìn)給偏向與重力偏向相反時(shí)，重力成了進(jìn)給阻礙力。這對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制是非常倒霉的。解決這個(gè)問(wèn)題的有效途徑是設(shè)計(jì)一個(gè)平衡重，抵消重力對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)力的影響。理論上這個(gè)平衡重的質(zhì)量應(yīng)該便是Z軸滑臺(tái)的質(zhì)量與主軸質(zhì)量的和。圖3-3Z軸的機(jī)器結(jié)構(gòu)機(jī)器部門設(shè)計(jì)與盤算已知條件1．微型數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)給電機(jī)1.5KW1400r/min最洪流平拖動(dòng)力100kg=1000N進(jìn)給最大速度縱向2.3m/min橫向2.3m/min升降臺(tái)0.77m/min工件最大重量20kg=200N機(jī)動(dòng)范疇縱向300mm橫向300mm升降150mm2．工藝數(shù)據(jù)工件加工余量：最大銑削寬度7mm最大銑削深度40mm刀具數(shù)據(jù)：高速鋼圓柱銑刀直徑①32?①40mm斜刀齒數(shù)3?4工藝數(shù)據(jù)：主軸轉(zhuǎn)速150?190r/min走刀速度40?60mm/min每齒切厚為0.05?0.2mm取0.1mm盤算3．機(jī)床進(jìn)給部件重量預(yù)計(jì)縱向（X軸）事情臺(tái)，長(zhǎng)500mm，約重15kg=150N橫向（Z軸）事情臺(tái)，約為30kg=300N升降（丫軸）部門運(yùn)動(dòng)件約重50kg=500N為了防備升降臺(tái)自行下滑，原機(jī)床設(shè)置有單向逾越離合器及摩擦片制動(dòng)器，并且為了包管事情可靠，將摩擦阻力調(diào)到略大于升降臺(tái)的重力，在數(shù)控改革后仍要保存此功效，這樣在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)下降的阻力最大，按600N盤算。滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)選擇滾珠螺桿時(shí),首先要盡量地觀察清楚運(yùn)轉(zhuǎn)條件再?zèng)Q定設(shè)計(jì),這是最根本的原則。并且，選擇的要素有負(fù)荷重量、沖程、力距、定位精度、重復(fù)定位精度、剛性、導(dǎo)程、螺帽孔徑等，各個(gè)要素之間都有干系，其中一項(xiàng)要素改變就會(huì)引起其他要素的改變，必須注意各要素之間的均衡。X（縱）向銑削力的盤算憑據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)高速鋼圓柱銑刀Fz=9.81CFZae0.86af0.72apZdo-0.86其參數(shù)按實(shí)際加工歷程中平均銑削條件銑削為準(zhǔn)選?。喝FZ=68.2ae=5mmai=0.1mmap=30mmZ=4do=36mm所以FZ=9.8168.25-0.860.10.7230436-0.36=3735（N）對(duì)圓柱銑刀逆銑加工PH=（1?1.2）FZ取PH=1.1FZ=1.12793（N）=3.072（kNPV=(0.2?0.3)FZ取PV=0.25FZ=0.252793(N)=0.698(kN)Po=(0.35?0.4)FZ取Po=0.375FZ=0.3752793(N)=1.047(kN)則=3150(N)=3.15(kN)強(qiáng)度盤算由于是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，我們接納的是兩根直線軸承作為導(dǎo)向裝置，使用銑床的燕尾型導(dǎo)軌事情時(shí)的軸向力Pm作為近似設(shè)計(jì)盤算。Pm=KPx+f'(Py+Pz+G)K=1.4f'=0.2Py=0Px=2P/3=23.15/3=2.1(kN)Pz=Po=1.047(kN)G=159.8=147(kN)=0.147(kN)所以Pm=1.42.1+0.2(1.047+0.147)=3.178(kN)壽命值Li=60niTi/106=601015000/106=9取fw=1.2fH=1.1則最大動(dòng)負(fù)載憑據(jù)最大負(fù)載Q的值，可查表選取滾珠絲杠的型號(hào)。如選FC1B255,其動(dòng)負(fù)載為11.67kN,遠(yuǎn)大于Q值，所以強(qiáng)度足夠。剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受事情負(fù)載Pm引起的導(dǎo)程變革量：/L1=PmLo/EF=3.1785/(200n421,8252)=0.00210-2(mm)=0.02(um)滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變革量/L2很小，可忽略。即/L=/L1所以導(dǎo)程變形總誤差為/=100/L/Lo=1000.02/0,5=4(um/m)查表知選取用T5級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為30um/m,故剛度足夠。效率盤算丫二3。38‘6=10’則傳動(dòng)效率n=tanY/tan(Y+6)=tan3o38'/tan(3o38’+10’)=0.956穩(wěn)定性驗(yàn)算由于接納兩端牢固的方法，穩(wěn)定性足夠。具體參數(shù)如表3-1。表3-1公稱直徑?25mm根本導(dǎo)程5mm鋼球直徑?3.175mm絲杠大徑?24.5mm額定動(dòng)負(fù)荷11.67kN額定靜負(fù)荷28.5kN其型號(hào)為:FC1B255—3.175—T5/4005-52.Z（橫）向用上述同樣要領(lǐng)可選用Z（橫）向滾珠絲杠螺母副為T5級(jí)精度絲杠FC1B255強(qiáng)度足夠、剛度足夠，穩(wěn)定性足夠，傳動(dòng)效率n=0.956。具體參數(shù)如表3-2。表3-2公稱直徑?25mm根本導(dǎo)程5mm鋼球直徑?3.175mm絲杠大徑?24.5mm額定動(dòng)負(fù)荷11.67kN額定靜負(fù)荷28.5kN憑據(jù)對(duì)實(shí)物的丈量，橫向進(jìn)給絲杠的總長(zhǎng)度為500mm,其中事情長(zhǎng)度為300mm，故該絲杠的尺度型號(hào)為：FC1B255—3.175—T5/4005-5導(dǎo)軌、軸承的選擇1.直線軸承的選用在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中接納直線軸承對(duì)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用?！鼋Y(jié)構(gòu)與特長(zhǎng)線性軸承是由外筒、鋼珠、鋼珠保持器與兩端扣環(huán)所組成。?保持器裝置于外筒之內(nèi)，由兩端扣環(huán)牢固，使鋼珠在軌道面重復(fù)循環(huán)而不至脫落。?外筒經(jīng)充實(shí)的熱處置懲罰而到達(dá)相當(dāng)?shù)挠捕龋源_保運(yùn)動(dòng)時(shí)的寧?kù)o性及壽命。?鋼珠保持器由樹(shù)脂成形，它可以淘汰鋼珠與保持器間之噪音與磨耗。?容許使用溫度為80℃以內(nèi)。1．高精度、高剛度、低噪音線性軸承具有高硬度的外筒和鋼珠，加上制造上嚴(yán)格要求，所以具有高精度；使用高拉力樹(shù)脂保持器，淘汰了噪音量。2．裝配容易線性軸承可蒙受任何偏向之負(fù)荷，商品尺度化、規(guī)格化，與其配合之組件加工容易，在裝配上容易到達(dá)要求。軸承選擇：接納兩端牢固支承方法。牢固端接納兩個(gè)角打仗軸承面劈面安裝來(lái)蒙受軸向力和徑向力。由于是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所受的載荷比力輕，所以憑據(jù)絲桿的軸徑。選擇代號(hào)為：7204C的軸承，D=20,D=47,B=14.2.聯(lián)軸器的選擇盤算：1.T=9550*P/N=9550*1.5/1400=10.23N.M2.3.3.4執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的盤算及選擇.步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量、步距角和降速比的選擇脈沖當(dāng)量6p、步距角eb,絲杠螺距t和降速比i之間的干系為6p=0b?t/360i一般數(shù)控銑床6p取為0.01mm/stept=5mm為了使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸,則選取減速比i=1;則.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的盤算由Tq=366p[Fs+|j(G+FZ)]/(2n0bn)(N?cm)式中：FS一一銑削進(jìn)給抗力(N)FZ一一垂直進(jìn)給抗力(N)G一一事情臺(tái)及工件夾具總重量(N)取6p=0.01mm/stepFS=P=3150(N)FZ=PV=698(N)n=0.6p=0.2G=1000N則Tq=360.01[3150＋0.2(1000＋698)]/(23.140.750.6)=444.6(N?cm).確定步進(jìn)電機(jī)最高事情頻率fmax=1000V快/6pV快=2.3m/min=0.038m/sfmax=10000.038/0.01=3800(Hz).步進(jìn)電機(jī)的選擇查表得Tq/Tjm=0.866步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Tjm=Tq/0.866=445/0.866=513(N?cm)綜合以上條件及加工要求選用110BYG260A步進(jìn)電機(jī)，三相六拍事情方法。110BYG260A步進(jìn)電機(jī)主要技能參數(shù)如表3-3：表3-3步距角o最大靜轉(zhuǎn)矩N?cm最高空載啟動(dòng)頻率step/s運(yùn)行頻率step/s相數(shù)電壓V相電流A外徑mm長(zhǎng)度mm軸徑mm重量N0.75/1.58001500700028041101681465數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第四部門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)a第四部門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)RS-232串行通信電纜連接PC和PLC,PC作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)，PC機(jī)主要用來(lái)體例PLC步伐，有時(shí)也發(fā)送控制信息。各功效模塊是由PLC直接控制的，如PLC控制20GM，20GM是位置控制單位，它既可以實(shí)現(xiàn)單軸定位控制，又可以實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)位置控制。控制方案硬件設(shè)計(jì)將編程電纜連于20GM上，利用PC機(jī)上的定位軟件“FXVPS-E^20GM輸入定位步伐（此時(shí)，20GM的狀態(tài)開(kāi)關(guān)拔向手動(dòng)位置“MANU”）；PLC設(shè)置為運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行PLC，打仗器KM2的主觸頭閉合，驅(qū)動(dòng)器SH-20806c得電；20GM的狀態(tài)開(kāi)關(guān)拔向自動(dòng)位置“AUTO”，運(yùn)行20GM；按''復(fù)位”按鈕，X軸復(fù)位，Z軸復(fù)位；中止PLC運(yùn)行或PLC斷電，打仗器KM2的主觸頭斷開(kāi)，驅(qū)動(dòng)器SH-20806C斷電。其控制步伐接線圖如下圖單軸定位控制步伐接線圖一個(gè)盤算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，除了使事情臺(tái)準(zhǔn)確定位以外，還必須控制刀具相對(duì)付工件以給定的速度，沿著指定的路徑，切削工件輪廓。這個(gè)事情首先是由插補(bǔ)器完成的。所謂插補(bǔ)，實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)之間數(shù)據(jù)點(diǎn)的“密化”，即插補(bǔ)出起點(diǎn)和終點(diǎn)之間各點(diǎn)的坐標(biāo)值。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，機(jī)電一體化事情臺(tái)的X軸和Z軸能夠兩軸聯(lián)動(dòng)，具有插補(bǔ)功效。設(shè)計(jì)中接納三菱公司的FX2N-20GM定位模塊來(lái)進(jìn)行位置控制。驅(qū)動(dòng)器則接納四通公司的SH-20806C兩相混淆式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。由于FX2N-20GM與SH-20806C之間存在信號(hào)電平不匹配，故還需信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊SC-01進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。兩軸聯(lián)動(dòng)圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)軌跡順序示意圖.1.1PLC的型號(hào)及性能在數(shù)控銑床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，PLC接納日本三菱公司FX2N系列可編程控制器中的FX2N-80MT，它有40個(gè)輸入點(diǎn)和40個(gè)輸出點(diǎn)，M為根本單位，T為晶體管輸出（無(wú)接點(diǎn)，直流負(fù)載用）。FX系列是由電源、CPU、存儲(chǔ)器和輸入輸出器件組成的單位型可編程控制器，并且具有AC電源、DC輸入型的內(nèi)裝DC24V電源作為傳感器的幫助電源。有富厚的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，輸入類型為DC24V輸入，輸出類型有繼電器輸出、晶體管輸出和雙向可控硅開(kāi)輸出三種?？v然出現(xiàn)10ms以內(nèi)的瞬中斷電，可編程控制器仍可繼承事情。FX2N系列的尺度型可編程控制器內(nèi)裝有帶備用電池的8K步RAM存儲(chǔ)器，最大可擴(kuò)充到16K步:內(nèi)含計(jì)時(shí)器和高速計(jì)數(shù)器;具有脈沖捕獲功效、輸入中斷功效和定時(shí)中斷功效、計(jì)數(shù)中斷功效；具有平方根、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和PID運(yùn)算功效。FX2N系列可編程控制器除了RS232接口外，另有專用的編程接口，可通過(guò)連接電纜與PC機(jī)連接。利用在PC機(jī)上運(yùn)行的專用軟件，可接納SFC（順序功效圖）方法編程，也可用指令字或梯形圖編程，三種方法可以相互轉(zhuǎn)換；利用可輸入漢字的外圍設(shè)備可以給步伐添加漢字注釋并顯示。該軟件還具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功效，可監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)。別的，該P(yáng)LC還具有“RUN寫入”功效，PC機(jī)使用相應(yīng)的編程軟件，可在PLC運(yùn)行時(shí)改變步伐。.1.2PLC的電路設(shè)計(jì).可編程控制器的電源電路FX2N系列可編程控制器接納AC電源，自己具有AC/DC換流功效，可以作為擴(kuò)展模塊的DC5V和24V輸入電源，以及傳感器的DC24V供給電源。其電源電路的組成和外部配線原理如圖4-1所示。不能將AC電源接在直流輸入輸出端子或直流電源端子上，不然會(huì)燒毀可編程控制器。根本單位的接地端子，要用截面2mm以上的電線，實(shí)行第三種接地。.可編程控制器的DC輸入電路FX2N系列可編程控制器的DC輸入形式為接點(diǎn)輸入或NPN開(kāi)路集電極晶體管輸入，輸入電路與PLC內(nèi)部電路時(shí)間接納光耦合絕緣;輸入信號(hào)電壓為DC24V,輸入信號(hào)電流為7mA,輸入ON電流為4.5mA以上，輸入OFF電流為1.5mA以下，輸入應(yīng)答時(shí)間約l0ms,輸入接通時(shí)LED指示燈亮。傳感器的輸入電流可以由可編程控制器內(nèi)部的DC24V電流供給，也可利用外部電源供給。利用外部電源驅(qū)動(dòng)光電開(kāi)關(guān)等傳感器時(shí)，該外部電源的電壓應(yīng)為24V4V，傳感器的輸出晶體管應(yīng)選NPN開(kāi)路集電極型，且輸出晶體管要有足夠的擊穿電壓。接點(diǎn)輸入和傳感器輸入的原理如圖4-2所示。圖4-1PLC電源電路示意圖圖4-2PLC信號(hào)輸入電路示意圖.可編程控制器的輸出電路FX2N-80MT是晶體管輸出型PLC，其端子是4點(diǎn)大眾輸出型負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源，應(yīng)選用DC5--30V的穩(wěn)壓電源。內(nèi)部電路與輸出電路之間用光耦合器斷絕，各個(gè)公用模塊之間是相互離開(kāi)的，當(dāng)有輸出時(shí)LED指示燈亮。最大電阻負(fù)載為:0.5A/1點(diǎn)、0.8A/4點(diǎn)或l.6A/8點(diǎn)（Y0,Y1以外），0.3A/1點(diǎn)（Y0,Y1）；最大感性負(fù)載為：12W/DC24V（Y0,Y1以外），7.2W/DC24V（Y0,Y1）；最大燈負(fù)載為:1.5W/DC24V（Y0,Y1以外），0.9W/DC24V（Y0、Y1）。開(kāi)路漏電流為:0.1mA/DC30V。響應(yīng)時(shí)間在0.2ms以下（其中，Y0,Y1為高速響應(yīng)輸出，在DC5V0.1A時(shí)，響應(yīng)頻率在20kHz以下:在DC12V?24VO.1A時(shí)，響應(yīng)頻率在10kHz以下），并且另有輕負(fù)載時(shí)晶體管OFF時(shí)間變長(zhǎng)的特點(diǎn)。當(dāng)響應(yīng)性要求高，而負(fù)載較輕時(shí)，可以虛設(shè)負(fù)載電阻，以增大電流。由于該P(yáng)LC的輸出電路無(wú)內(nèi)置保險(xiǎn)，為了防備負(fù)載短路等線路妨礙破壞輸出元件，燒毀PLC的基板配線，應(yīng)選用適合負(fù)載的保險(xiǎn)。并且，對(duì)付同時(shí)ON有危險(xiǎn)的正反轉(zhuǎn)打仗器等負(fù)載，除了用PLC內(nèi)部步伐聯(lián)鎖之外，還一定要實(shí)施PLC的外部聯(lián)鎖。對(duì)付FX2N-80MT，其輸出端子的同時(shí)接通率不能高于80%。其輸出電路如圖4-3所示。圖4-3PLC輸出電路示意圖步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在數(shù)控銑床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，有4處地方用到了四通公司的兩相混淆式步進(jìn)電機(jī)。其中，機(jī)電一體化事情臺(tái)的X、Z軸需要的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，接納57BYG250E,這種步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.90/1.80，接納DC24V電源，雙極恒流方法驅(qū)動(dòng)。電機(jī)安裝時(shí)用前端蓋安裝止口定位。步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)1.FX2N-20GM性能FX2N-20GM定位模塊是日本三菱公司的FX2N系列模塊之一，內(nèi)置7.8K步RAM，可以單獨(dú)使用，也可作為PLC的專用單位。FX2N-20GM通過(guò)專用連接電纜FX2N-GM-5EC與PLC連接。它輸出脈沖系列，允許用戶使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)單位來(lái)進(jìn)行位置控制。一個(gè)FX2N-20GM模塊可以控制兩根軸，具有線性/圓弧插補(bǔ)功效。FX2N-20GM的定位可以使用相對(duì)坐標(biāo)，也可使用絕對(duì)坐標(biāo)，命令單位mm,deg（度）、inch,pls（脈沖）等幾種。接納自動(dòng)梯形模式加快/減速，最大速度為脈沖200kHz,15300cm/min?；亓悴倏v可以自動(dòng)也可手動(dòng)，DOG（近點(diǎn)）信號(hào)機(jī)器零點(diǎn)回歸，提供DOG搜索功效，通過(guò)電氣啟動(dòng)點(diǎn)設(shè)置可以進(jìn)行自動(dòng)電氣零點(diǎn)回歸，接納具有ABS檢測(cè)功效MR-J2和MR-H型伺服電機(jī)時(shí)，可進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)。FX2N-20GM的主要控制輸入信號(hào)有:FWD（手動(dòng)正轉(zhuǎn)）、RVS（手動(dòng)反轉(zhuǎn)）、ZRN（機(jī)器零點(diǎn)回歸）、5丁八區(qū)?。ㄗ詣?dòng)開(kāi)始）、STOP（停止）、單步操縱輸入、DOG（近點(diǎn)信號(hào)）,LSF（正向旋轉(zhuǎn)極限）、LSR（反向旋轉(zhuǎn)極限）、SVRDY（伺服準(zhǔn)備）、SVEND伺服結(jié)束）、PGO（零點(diǎn)信號(hào)）等，控制輸出信號(hào)有:FP（正向旋轉(zhuǎn)脈沖）、RP（反向旋轉(zhuǎn)脈沖）、CLR（清除計(jì)數(shù)器）等。別的，另有12種系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、27種定位參數(shù)設(shè)置和19種110控制參數(shù)設(shè)置，可通過(guò)特殊數(shù)據(jù)寄存器來(lái)變動(dòng)步伐設(shè)置（系統(tǒng)設(shè)置除外），如表4-1所示。FX2N-20GM配有一種專用的定位語(yǔ)言（Cod指令）溫順序控制語(yǔ)言（根本指令和應(yīng)用指令）。步伐可通過(guò)專用編程?hào)|西寫入FX2N-20GM，就可進(jìn)行定位操縱，也可用PLC中的步伐來(lái)進(jìn)行位置控制。PLC使用FROM,TO指令可對(duì)20GM的參數(shù)進(jìn)行讀寫操縱。指令格式如下：設(shè)20GM的模塊地點(diǎn)為#0，則第一條指令執(zhí)行結(jié)果是將20GM中D9004的數(shù)據(jù)（X軸的當(dāng)前位置值）讀到PLC的數(shù)據(jù)寄存器D30中，第二條指令的執(zhí)行結(jié)果是把PLC的數(shù)據(jù)寄存器D350中數(shù)據(jù)（應(yīng)存放運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大速度值）送到20GM的D9208中。20GM的大部門參數(shù)均可由PLC進(jìn)行讀寫操縱，少部門參數(shù)只能進(jìn)行讀操縱。表4-120GM的參數(shù)設(shè)置2.SH-20806c性能SH-20806C型驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)四通電機(jī)公司的45,57,86BYG系列以及其它品牌兩相混淆式步進(jìn)電機(jī)。接納改進(jìn)半步運(yùn)行模式。由于接納了H橋恒相流驅(qū)動(dòng)方法，并允許較大的輸入電壓范疇（DC24V?70V），包管了電機(jī)的快速響應(yīng)。該驅(qū)動(dòng)器接納單脈沖控制方法。輸入控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置光耦斷絕，接納共陽(yáng)極接法。要求控制信號(hào)提供至少6mA的驅(qū)動(dòng)電流，信號(hào)可使用尺度TTL電平，較高的信號(hào)幅值有利于提高信號(hào)的抗滋擾能力。其控制信號(hào)有:（1