畢業(yè)論文--面軌跡切削加工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目: 平面軌跡切削加工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 </p><p>

2、;　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　職 稱(chēng) 實(shí)驗(yàn)師 </p><p>　　2011 年 06 月07日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了平面軌跡切削加工控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)由機(jī)械工作臺(tái)、電氣控制系統(tǒng)、控制軟件三大部分組成。其中，

3、機(jī)械工作臺(tái)由X、Y、Z、C四軸工作臺(tái)、刀庫(kù)及液壓系統(tǒng)等組成。通過(guò)研究了解本系統(tǒng)各個(gè)硬件部分如PLC、雙軸定位模塊、變頻器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)等元器件的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)、選擇原因、各組件之間的相互配合等。學(xué)會(huì)選擇各元器件、繪制電路圖、搭建系統(tǒng)電路，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，通過(guò)所給實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬平面軌跡切削加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)X、Z軸的聯(lián)動(dòng)、Y軸伺服控制、C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、主軸的正反轉(zhuǎn)及變頻調(diào)速等，并最終在蠟?zāi)Ｒ幻嫔香?/p>

4、削出 “中”。</p><p>　　關(guān)鍵詞：平面軌跡切削加工；雙軸定位模塊；PLC；變頻器；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article is designed for Cutting plane trajectory control system. Micr

5、o-machining center is composed of mechanical table, electrical control systems and control software . And the machine table is componented by the X, Y, Z, C four-axis table, tool storage ,hydraulic systems and so on. T

6、hrough the experiment and study to understand the advantages and disadvantages and the reasons for such selection of the various hardware components such as the test bed PLC, inverter, stepping motor driver</p>&l

7、t;p>　　Key words: Cutting plane trajectory; Programmable Controller; Inverter; </p><p>　　Stepper Motor Driver; Servo motor drive</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　平面軌跡切削加

8、工控制系統(tǒng)可以一次完成工件的銑、鉆、鏜、鉸、攻螺紋等工作，因其為采用PLC控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，可排除許多人為干擾因素，因而具有高生產(chǎn)率和質(zhì)量穩(wěn)定性的特點(diǎn)。</p><p>　　此畢業(yè)設(shè)計(jì)需用PLC控制平面軌跡切削加工系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行加工。PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，已成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。四十年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線(xiàn)邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到

9、數(shù)據(jù)控制的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了從單體簡(jiǎn)單控制到運(yùn)動(dòng)控制，過(guò)程控制及集散控制等體系列功能。 </p><p>　　本課題的解決方案為利用PLC程序設(shè)計(jì)搭建切削系統(tǒng)，以實(shí)驗(yàn)臺(tái)為支撐平臺(tái)，通過(guò)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平面軌跡切削系統(tǒng)的工作。具體體現(xiàn)為刀具在蠟?zāi)Ｉ系倪\(yùn)動(dòng)軌跡。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)按以下步驟進(jìn)行：</p

10、><p>　　1.熟悉被控對(duì)象，制定控制方案。分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求。</p><p>　　2. 根據(jù)控制要求，確定控制的操作方法（手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、單步等），應(yīng)完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件），以及必須的保護(hù)和連鎖；還要確定所有的控制參數(shù)（轉(zhuǎn)步時(shí)間、計(jì)算長(zhǎng)度、模擬精度等）</p><p&g

11、t;　　3.選擇PLC。選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。</p><p>　　4.分配PLC的I/O地址。根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入/輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I/O接線(xiàn)圖和編制程序。</p><p>　　5. 設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　目 錄</b&g

12、t;</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2 本課題研究的目的和意義1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件選型4</p><p>　　2.1 總體方案4</p><p>　　2.

13、2 總控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖4</p><p>　　2.3可編程控制器（PLC）5</p><p>　　2.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3.2系統(tǒng)類(lèi)型5</p><p><b>　　2.3.3規(guī)格6</b></p><p>　　2.3.4輸出類(lèi)型7</p><

14、p><b>　　2.3.5選擇7</b></p><p>　　2.4變頻器及三相交流異步電動(dòng)機(jī)8</p><p>　　2.4.1變頻器定義8</p><p>　　2.4.2工作原理8</p><p>　　2.4. 3操作面板9</p><p>　　2.4.4接線(xiàn)方法9</p

15、><p>　　2.4. 5三相異步交流電動(dòng)機(jī)10</p><p>　　2.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)10</p><p>　　2.5.1步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇10</p><p>　　2.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇13</p><p>　　2.6伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)15</p><p>　　2.

16、6.1伺服驅(qū)動(dòng)器17</p><p>　　2.6.2伺服電機(jī)18</p><p>　　2.7 NC運(yùn)動(dòng)控制模塊19</p><p>　　2.7.1定義19</p><p>　　2.7.2功能19</p><p>　　2.7.3選擇19</p><p>　　2.8繼電器(KA)與接觸器

17、（KM）19</p><p>　　2.8.1繼電器19</p><p>　　2.8.2接觸器20</p><p>　　2.8.3接觸器與繼電器的區(qū)別20</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.1總體設(shè)計(jì)方案22</p><p>　　3.2 總控制系統(tǒng)工

18、作流程圖22</p><p>　　3.3輸入輸出線(xiàn)表22</p><p>　　3.4步驟一：步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)23</p><p>　　3.4.1控制系統(tǒng)原理圖23</p><p>　　3.4.2控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖24</p><p>　　3.4.3程序24</p><p>　　3.4.4

19、工作原理25</p><p>　　3.5步驟二：交流伺服電機(jī)控制25</p><p>　　3.5.1控制系統(tǒng)原理圖25</p><p>　　3.5.2控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖25</p><p>　　3.5.3程序26</p><p>　　3.5.4工作原理28</p><p>　　3.6步驟

20、三：步進(jìn)電機(jī)C軸旋轉(zhuǎn)28</p><p>　　3.5.1步進(jìn)電機(jī)C軸控制接線(xiàn)圖28</p><p>　　3.5.2程序29</p><p>　　3.5.3工作原理30</p><p>　　3.6步驟四：變頻調(diào)速30</p><p>　　3.6.1變頻調(diào)速接線(xiàn)圖30</p><p>　

21、　3.6.2程序31</p><p>　　3.6.3工作原理31</p><p>　　3.7本章小結(jié)31</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　附錄一：文獻(xiàn)翻譯33</p><p>　　附錄二：文獻(xiàn)檢索46</p><p><

22、;b>　　附錄三：程序49</b></p><p><b>　　謝 辭57</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　平面軌跡切削加工系統(tǒng)是由PLC控制系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備

23、組成的用于加工平面中各種復(fù)雜形狀工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。此系統(tǒng)備有刀庫(kù)，具有自動(dòng)換刀功能，是對(duì)工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的自動(dòng)化機(jī)床。它也是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時(shí)間、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，對(duì)加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。</

24、p><p>　　本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)化平面軌跡切削加工系統(tǒng)由機(jī)械工作臺(tái)、電氣控制系統(tǒng)、控制軟件三大部分組成。其中，機(jī)械工作臺(tái)由X、Y、Z、C四軸工作臺(tái)、刀庫(kù)及液壓系統(tǒng)等組成。</p><p>　　早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍

25、。PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，已成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。四十年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線(xiàn)邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)據(jù)控制的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了從單體簡(jiǎn)單控制到運(yùn)動(dòng)控制，過(guò)程控制及集散控制等一系列功能。</p><p>　　1.2 本課題研究的目的和意義</p><p>　　工件在切削系統(tǒng)上經(jīng)一次裝夾后，控

26、制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高[3]。 </p><p>　　此切削系統(tǒng)由于工序的集中和自動(dòng)換刀，減少了工件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開(kāi)動(dòng)時(shí)間的80％左右(普通機(jī)床僅為15～20％)；同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)

27、和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)[5]。</p><p>　　PLC的優(yōu)點(diǎn)如下： </p><p><b>　　1.應(yīng)用簡(jiǎn)便</b></p><p>　　(1)應(yīng)用靈活、安裝簡(jiǎn)便</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)與模塊化的軟件

28、設(shè)計(jì)，是PLC不僅適用大小不同、功能復(fù)雜的控制要求，而且適應(yīng)工程流程變化較多的場(chǎng)合。</p><p><b>　　(2)變成簡(jiǎn)化</b></p><p>　　PLC采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖形式編程，直觀易懂。因此，不僅程序開(kāi)發(fā)速度快，而且程序的可讀性強(qiáng)，軟件維護(hù)方便。</p><p>　　(3)操作方便、維修容易</p>&l

29、t;p>　　工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫(xiě)好操作說(shuō)明書(shū)，操作人員經(jīng)短期培訓(xùn)就可以使用。另外，PLC具有完善的監(jiān)視和診斷功能，對(duì)其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)和異常狀態(tài)等有明顯的提示，使維修人員能及時(shí)、轉(zhuǎn)缺德判斷故障點(diǎn)，迅速替換故障模塊或插件，恢復(fù)生產(chǎn)。</p><p><b>　　2.可靠性高</b></p><p>　　PLC的可靠性高，主要是因

30、為它在硬件及軟件兩方面都采取了嚴(yán)格的措施。</p><p>　　在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再者是合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化安裝，使他易于抗沖擊振動(dòng)。對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采用了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式，例如，在輸入輸出電路中采用了光隔離措施，做到電浮空；各個(gè)I/O端口除采用常規(guī)模擬器濾波以外，還加上數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的

31、電源電路，以防止電源回路中串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路形式，支持模塊在線(xiàn)插拔，調(diào)試時(shí)不會(huì)影響PLC的正常運(yùn)行。</p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)方面也采取了很多特殊措施，設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)WDT定時(shí)刷新，一旦程序出現(xiàn)了死循環(huán)，使之能立即跳出，重新啟動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。上述有效措施，保證了PLC的高可靠性。所以它的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）超過(guò)4~5萬(wàn)小時(shí)，某些優(yōu)秀產(chǎn)品更高達(dá)十幾萬(wàn)小時(shí)以上。<

32、;/p><p>　　3.抗電磁干擾性能好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　PLC是按直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，產(chǎn)品在相當(dāng)寬的環(huán)境溫度、濕度，規(guī)定的機(jī)械振動(dòng)、沖擊以及額定的電源電壓與頻率變化、電源瞬間中斷電源電壓降低等因素作用下，均能正常工作。</p><p><b>　　4.功能完善</b></p><p>　　PLC的

33、基本功能包括邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)值換算，不僅控制等。其擴(kuò)展功能還有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)回路控制、高速計(jì)數(shù)、通信連網(wǎng)、中斷控制及特殊功能函數(shù)運(yùn)算功能，可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄、人機(jī)對(duì)話(huà)，使控制水平大大提高。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件選型</p><p><b>　　2.1 總體方案</b></p><p>　

34、　2.2 總控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖</p><p><b>　　總控制接線(xiàn)圖見(jiàn)附頁(yè)</b></p><p>　　2.3可編程控制器（PLC）</p><p>　　圖2-1 OMRON CP1H-X40DT-D PLC</p><p><b>　　2.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p

35、><b>　　2.3.2系統(tǒng)類(lèi)型</b></p><p>　　圖 2-2 最大通用輸入輸出點(diǎn)數(shù)圖</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的是CP1H-X40DT-D型號(hào)的PLC，其輸出接口為晶體管型。</p><p><b>　　2.3.3規(guī)格</b></p><p>　　(1)輸入規(guī)格（XA

36、/A型）</p><p>　　X/XA型CP1H擁有24個(gè)輸入點(diǎn)，如圖2-3所示。0.00~0.11位共12點(diǎn)，1通道1.00~1.11位共12點(diǎn)，2個(gè)通道合計(jì)24點(diǎn)。</p><p>　　圖2-3 X/XA型輸入端子臺(tái)排列圖</p><p>　　X/XA型CP1H的通用輸入端子可以根據(jù)PLC的系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行選擇和分配。</p><p><

37、;b>　　(2)輸出規(guī)格</b></p><p>　　X/XA型CP1H擁有16個(gè)輸出點(diǎn)，如圖2-4所示。100通道100.00~100.07位共8點(diǎn)，101通道101.00~101.07位共8點(diǎn)，合計(jì)16點(diǎn)。</p><p>　　圖2-4 X/XA型輸出端子臺(tái)排列圖</p><p>　　X/XA型CP1H的通用輸出端子可以根據(jù)PLC的系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行

38、脈沖輸出。</p><p><b>　　2.3.4輸出類(lèi)型</b></p><p><b>　?、倮^電器輸出型</b></p><p>　　繼電器型可接交流220V或直流24V負(fù)載，沒(méi)有極性要求。 繼電器型的負(fù)載電流比較大，可以達(dá)到2A。但是繼電器型響應(yīng)時(shí)間比較慢（約10ms-20ms）。而且它是機(jī)械元件，動(dòng)作次數(shù)（壽命）

39、會(huì)受到限制，且與負(fù)載容量有關(guān)，隨著負(fù)載容量的增加，觸點(diǎn)壽命幾乎按級(jí)數(shù)減少。</p><p><b>　?、诰w管輸出型</b></p><p>　　晶體管型只能接直流24V負(fù)載，有極性要求。晶體管型負(fù)載電流為0.2-0.3A。其響應(yīng)時(shí)間比較快，約0.2ms-0.5ms，甚至可以達(dá)到10。晶體管型的是電子原件，只有老化，沒(méi)有使用壽命限制。</p><

40、p><b>　　③脈沖輸出型</b></p><p><b>　?、躊WM輸出型</b></p><p><b>　　2.3.5選擇</b></p><p>　　繼電器輸出型電流大，響應(yīng)慢，有機(jī)械壽命，適用于驅(qū)動(dòng)中間繼電器、接觸器的線(xiàn)圈、指示燈等動(dòng)作頻率不高的場(chǎng)合。晶體管輸出型電流小，頻率高，壽

41、命長(zhǎng)，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。在高頻應(yīng)用場(chǎng)合，如果同時(shí)需要驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，可以加其他設(shè)備（如中間繼電器，固態(tài)繼電器等）方式驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　因此，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是晶體管輸出型PLC（OMRON CP1H-X40DT-D）</p><p>　　2.4變頻器及三相交流異步電動(dòng)機(jī)</p><p>　　2.4.1變頻器定義&

42、lt;/p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件吧電壓、頻率固定的交流電變成電壓、頻率可調(diào)的交流電的變換器。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊），二是控制電路（開(kāi)關(guān)電源板、控制電路板）。CPU就安裝在控制電路板上，變頻器的操作軟件燒錄在CPU上，同一型號(hào)的變頻器軟件是固定的，唯一例外的就是三晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求更改。</p><p><b>　

43、　2.4.2工作原理</b></p><p>　　交流變頻技術(shù)的原理是把工頻50HZ的交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電，通過(guò)改變交流電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的（即VVVF技術(shù)）。</p><p>　　我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再

44、把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率[10]。</p><p>　　圖2-5變頻器的基本原理框圖</p><p>　　2.4. 3操作面板</p><p>

45、　　圖2-6 變頻器操作面板</p><p><b>　　2.4.4接線(xiàn)方法</b></p><p>　　圖2-7變頻器接線(xiàn)圖</p><p>　　端子規(guī)格：螺絲尺寸M3（母螺絲） 緊固力矩 0.5～0.6N·m</p><p>　　頻率設(shè)定電位器（VR）規(guī)格：10kΩ，1/4W以上的電位器[4]</p&

46、gt;<p>　　繼電器輸出接點(diǎn)規(guī)格：1c無(wú)電壓接點(diǎn)，250VAC 0.5A（電阻負(fù)荷）</p><p>　　開(kāi)路式集電極輸出規(guī)格：最大額定值50VCD,50mA</p><p>　　注：在頻率設(shè)定中使用4~20mA信號(hào)時(shí)，一定要連接200、1/4W的電阻。（如不連接電阻，變頻器可能燒壞）</p><p>　　2.4. 5三相異步交流電動(dòng)機(jī)</p

47、><p>　　三相交流異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。由于本系統(tǒng)中，三相交流異步電動(dòng)機(jī)用來(lái)帶動(dòng)刀具進(jìn)行切削，需要較大的轉(zhuǎn)矩，但是對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的精度卻基本沒(méi)有要求，故選擇三相交流異步電動(dòng)機(jī)可以很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求，還能降低成本。</p><p>　　綜合考慮以上因素，在粗加工時(shí)主軸速度較低,切削深度和切削用量較大,輸出較大轉(zhuǎn)矩，而精加工

48、時(shí)主軸速度較高,切削深度和切削用量較小,輸出轉(zhuǎn)矩較小,即主軸滿(mǎn)足恒功率調(diào)速要求。故根據(jù)JB/T 1009-1991選擇YS 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)為：代號(hào)45，功率16W，電流0.09A，轉(zhuǎn)速2800r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.4N.m，其具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)</p><p><b>

49、　　圖2-8步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器</b></p><p>　　2.5.1步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 SH-20403</p><p>　　細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。</p><p><b>　?。ㄒ唬┙?/p>

50、線(xiàn)圖</b></p><p>　　圖2-9步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)接線(xiàn)圖</p><p><b>　?。ǘ┬阅苤笜?biāo)</b></p><p>　　表2-3電氣性能（環(huán)境溫度Tj=25℃時(shí)）</p><p>　　表2-4使用環(huán)境及參數(shù)</p><p><b>　?。ㄈ╇娫措妷?/p>

51、</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)保證了可以適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶(hù)可根據(jù)各自的情況在10V到40VDC之間選擇。一般來(lái)說(shuō)較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩，但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗和升溫 [7]。</p><p><b>　?。ㄋ模┹敵鲭娏鬟x擇</b></p><p>　　本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相

52、（峰值），通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開(kāi)關(guān)的第5、6、7三位可組合出八種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)八種輸出電流，從0.9A到3A，以配合不同的電機(jī)使用 [8]。</p><p>　　表2-5輸出電流選擇</p><p><b>　　（五）細(xì)分選擇</b></p><p>　　本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分七種運(yùn)行模式，利

53、用驅(qū)動(dòng)器面板上的六位撥碼開(kāi)關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài) [8]。</p><p><b>　　表2-6細(xì)分選擇</b></p><p>　　將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱(chēng)為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無(wú)關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波

54、，而是N級(jí)近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。</p><p>　　2.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p><b>　　圖2-10步進(jìn)電機(jī)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┒x</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)

55、變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由于脈沖信號(hào)數(shù)與步距角的線(xiàn)性關(guān)系，加上步進(jìn)電

56、機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單[1]。</p><p><b>　?。ǘ┨攸c(diǎn)</b></p><p>　　(1)進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 </p><p>　　(2)外表允許的最高溫度。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)

57、的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 </p><p>　　(3)機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 </p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)

58、越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 </p><p>　　(4)機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速

59、轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲1]。 </p><p>　?。ㄈ┎竭M(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)</p><p>　　(1)電機(jī)固有步距角</p><p>　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°

60、/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角可以稱(chēng)之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 </p><p>　　(2)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)</p><p>　　是指電機(jī)內(nèi)部的線(xiàn)圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9&#

61、176;/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶(hù)主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿(mǎn)足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則‘相數(shù)’將變得沒(méi)有意義，用戶(hù)只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 </p><p><b>　　(3)保持轉(zhuǎn)矩</b></p><p&

62、gt;　　是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　?。ㄈ┙z杠的選擇</b&

63、gt;</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇滾珠絲桿，綜合各種因素選擇內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠(JB/T 9893-1999), 此絲杠的規(guī)格代號(hào)為1604；公稱(chēng)直徑=16mm；公稱(chēng)導(dǎo)程=4mm；</p><p>　?。ㄋ模┎竭M(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可知，Z軸運(yùn)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩最大，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的重量為 ，加上步進(jìn)電機(jī)、固定板、刀具等的重量共

64、為10kg.滾珠絲杠所需驅(qū)動(dòng)扭矩為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　T：驅(qū)動(dòng)扭矩</b></p><p>　　Fa：導(dǎo)向面上的摩擦阻力</p><p>　?。簩?dǎo)向面上的摩擦系數(shù)</p><p><b>　　g：重力加速度<

65、/b></p><p>　　Ph：進(jìn)給絲杠的導(dǎo)程</p><p><b>　?。哼M(jìn)給絲杠的正效率</b></p><p>　　滾珠絲杠=0.003，=0.96</p><p>　　推出： </p><p><b>　　=0.195</b>&l

66、t;/p><p>　　故選擇56BYG250D-SASSBL-0241型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，此電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：相數(shù)：2；步距角：0.9/1.8；靜態(tài)相電流：2.4A；相電阻:1.5;相電感：5.4mH；保持轉(zhuǎn)矩：1.72N.m；定位轉(zhuǎn)矩：0.07 N.m；空載啟動(dòng)頻率：3.0KHZ；重量：1kg；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：460g/ ；驅(qū)動(dòng)電壓：48VDC。</p><p>　?。ㄎ澹┎竭M(jìn)電機(jī)與絲杠的配合計(jì)算</

67、p><p>　　根據(jù)以上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及絲杠的選擇，可知步距角為0.9，絲杠的導(dǎo)程為4mm.由此可計(jì)算出當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器毎發(fā)出一個(gè)脈沖絲杠移動(dòng)的距離S</p><p><b>　　S=4mm</b></p><p><b>　　=0.01mm</b></p><p>　　2.6伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)<

68、;/p><p>　　由于在刀具進(jìn)給方向上，需要對(duì)被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制，而實(shí)現(xiàn)精確位置控制的一個(gè)基本條件是需要有高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度都要求太高時(shí)，傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)將面臨一系列問(wèn)題，且實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度大，成本較高。而交流伺服電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)卻能以較低的成本獲取極高的位置控制精度，所以在本系統(tǒng)中Y軸方向的運(yùn)動(dòng)采用伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)進(jìn)行進(jìn)給2.6.1伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器</p>&l

69、t;p>　?。ㄒ唬┧欧姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器控制面板</p><p>　　圖2-11伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制面板</p><p><b>　　表2-7面板說(shuō)明</b></p><p>　?。ǘ?qū)動(dòng)器的各個(gè)接口</p><p>　　圖2-12伺服驅(qū)動(dòng)器接口圖</p><p>　?。ㄈ?qū)動(dòng)器的工作原理<

70、/p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器的工作目的，主要是根據(jù)伺服控制器送出的指令（P,V,T）工作。同步電機(jī)并非完全同步于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)器必須進(jìn)行修正工作，使電機(jī)工作穩(wěn)定不失步。本系統(tǒng)通過(guò)PLC將動(dòng)作信息傳輸輸給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)內(nèi)部的位置控制單元、速度控制單元及驅(qū)動(dòng)單元的配合去驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠，以完成PLC程序中所要求的動(dòng)作。</p><p><b>　　2.6.2伺服

71、電機(jī)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┒x</b></p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機(jī)可使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。其主要分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。</p><p>&

72、lt;b>　?。ǘ┲饕攸c(diǎn)</b></p><p>　　當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。</p><p><b>　?。ㄈ┕ぷ髟?lt;/b></p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似.其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接

73、在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。 </p><p>　　

74、交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)： </p><p><b>　　(1)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 </b></p><p>　　由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)如圖3中曲線(xiàn)1所示，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更

75、接近于線(xiàn)性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。 </p><p>　　(2)運(yùn)行范圍較廣 </p><p><b>　　(3)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 </b></p><p>　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻

76、大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線(xiàn)）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線(xiàn)） </p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。 交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線(xiàn)性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效

77、率低，因此與同容量直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.7NC運(yùn)動(dòng)控制模塊</p><p><b>　　2.7.1定義 </b></p><p>　　NC運(yùn)動(dòng)控制模塊是一種快速高精度的運(yùn)動(dòng)控制模塊，分為CJ、CS、C200H系列，對(duì)應(yīng)不同的CPU模塊，和內(nèi)置脈沖控制比較，N

78、C模塊可以實(shí)現(xiàn)多軸插補(bǔ)，內(nèi)存序列操作及示教，中斷進(jìn)給以完成更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　2.7.2功能 </b></p><p><b>　?。?）高速響應(yīng)</b></p><p>　　定位控制單元對(duì)于來(lái)自CPU 單元的指令在2 毫秒內(nèi)做出響應(yīng)</p><p>　?。?）存儲(chǔ)器操作和

79、直接操作</p><p>　　有兩種不同的控制方法。第一種是存儲(chǔ)器操作，在這種操作中定位所需的信息被傳輸?shù)絇CU，然后對(duì)應(yīng)定位控制具體化；第二種是直接操作，在這種操作中目的位置和目的速度每次都要由CPU 單元設(shè)置。</p><p>　　（3）控制軸的數(shù)量和輸出類(lèi)型</p><p>　　PCU可以有1、2或者4個(gè)軸。使用2或4個(gè)軸的型號(hào)，對(duì)于所有的軸線(xiàn)線(xiàn)性線(xiàn)性插都可以

80、實(shí)現(xiàn)。對(duì)于任何數(shù)目的控制軸，開(kāi)放式控制器輸出，或者線(xiàn)路激勵(lì)器輸出都是可得的。要根據(jù)控制軸的數(shù)量和期望的輸出類(lèi)型選擇最適當(dāng)?shù)男吞?hào)。</p><p>　?。?）可由軸來(lái)選擇的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和脈沖序列輸入類(lèi)型的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以與PCU相連。對(duì)不同的允許混合使用不同類(lèi)型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的軸可以設(shè)置不同的操作模式。</p><p><b&g

81、t;　?。?）中斷進(jìn)給</b></p><p>　　當(dāng)一個(gè)中斷在脈沖輸出過(guò)程中輸入時(shí)，定位僅僅繼續(xù)進(jìn)行一定的數(shù)量然后停止。</p><p>　?。?）定位和速度控制范圍</p><p>　　定位可以在－1,073,741,823 至1,073,741,823 個(gè)脈沖位置范圍內(nèi)被執(zhí)行，速度在每1 個(gè)脈沖單位中在1 至500,000 pps 范圍內(nèi)。這意味著

82、在大范圍內(nèi)以精</p><p>　　確的速度定位是可能的。</p><p><b>　　2.7.3選擇</b></p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)平面軌跡切削加工控制系統(tǒng)，即只設(shè)計(jì)系統(tǒng)滿(mǎn)足平面內(nèi)的切削即可，故選擇雙軸定位模塊來(lái)控制X、Z軸的聯(lián)動(dòng)，已達(dá)到完成切削“中”字的要求，雙軸定位模塊的型號(hào)為CJ1W-NC213</p><

83、p>　　2.8繼電器(KA)與接觸器（KM）</p><p><b>　　2.8.1繼電器 </b></p><p><b>　　(1)定義</b></p><p>　　繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。</p><p><b&

84、gt;　　(2)工作原理</b></p><p>　　當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開(kāi)的電器。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中[15]。</p><p><b>　　(3)作用</b></p><p>　　繼電器一般都

85、有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）。 </p><p><b>　　2.8.2接觸器</b></p><p><b>　　

86、(1)定義</b></p><p>　　接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線(xiàn)圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線(xiàn)圈）觸頭系統(tǒng)（常開(kāi)觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。</p><p><b>　　(2)分類(lèi)</b></p><p>　　1)按控制線(xiàn)圈的電壓分</p&

87、gt;<p>　　直流接觸器、交流接觸器 </p><p><b>　　2)按操作機(jī)構(gòu)分</b></p><p>　　電磁式接觸器、永磁式接觸器</p><p><b>　　3)按驅(qū)動(dòng)方式分</b></p><p>　　液壓式接觸器、氣動(dòng)式接觸器 </p><p&g

88、t;<b>　　4)按動(dòng)作方式分</b></p><p>　　直動(dòng)式接觸器、轉(zhuǎn)動(dòng)式接觸器</p><p><b>　　(3)工作原理</b></p><p>　　當(dāng)接觸器的電磁線(xiàn)圈通電后，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開(kāi)；常開(kāi)觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜

89、鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開(kāi)觸頭斷開(kāi)[11]。</p><p>　　2.8.3接觸器與繼電器的區(qū)別</p><p>　　繼電器：輔助觸點(diǎn)比較多，用于控制電路、電流小，沒(méi)有滅 弧裝置，可在電量或非電量的作用下動(dòng)作。其輔助觸點(diǎn)電流一般小于10A，多數(shù)在5A</p><p>　　接觸器：輔助觸點(diǎn)少，用于主電路，電流大，觸頭可以通過(guò)大電流，用于主

90、回路較多。有滅弧裝置，一般只能在電壓作用下動(dòng)作[12]。 </p><p>　　圖2-13 西門(mén)子接觸器 圖2-14 西門(mén)子繼電器</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　原點(diǎn) 復(fù)位 中

91、間位置 Y軸前進(jìn)到加工面進(jìn)行加工 主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 加工“中”字 Y軸退回 C軸旋轉(zhuǎn)</p><p>　　3.2 總控制系統(tǒng)工作流程圖</p><p><b>　　總控制流程圖見(jiàn)附頁(yè)</b></p><p><b>　　3.3輸入輸出線(xiàn)表</b></p><p&g

92、t;　　表3-1 I/O分配</p><p>　　3.4步驟一：步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)</p><p>　　3.4.1控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖3-2 步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　實(shí)驗(yàn)原理：PLC接受外部操作信號(hào)發(fā)送給CJ1W—NC213(三菱PLC的兩軸定位模塊)，CJ1W—NC213接受命令并控制驅(qū)動(dòng)器使運(yùn)動(dòng)

93、軸按軌跡運(yùn)動(dòng)[13]。</p><p>　　3.4.2控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖</p><p>　　圖3-3步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖</p><p><b>　　3.4.3程序 </b></p><p><b>　　3.4.4工作原理</b></p><p>　　PLC接受外部操

94、作信號(hào)發(fā)送給兩軸定位模塊CJ1W-NC213，CJ1W-NC213接受命令并控制驅(qū)動(dòng)器使運(yùn)動(dòng)軸按軌跡運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)先實(shí)現(xiàn)X、Y、軸的復(fù)位,然后X軸運(yùn)動(dòng)，Z軸運(yùn)動(dòng)，使刀具對(duì)準(zhǔn)到中間位置。X、Y軸聯(lián)動(dòng)，從而在蠟?zāi)ど闲纬伞爸小弊帧?lt;/p><p>　　3.5步驟二：交流伺服電機(jī)控制</p><p>　　3.5.1控制系統(tǒng)原理圖</p>

95、<p>　　圖3-4 典型控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.5.2控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖</p><p>　　圖3-5 交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖</p><p><b>　　3.5.3程序</b></p><p><b>　　3.5.4工作原理</b></p><p>

96、;　　合上QF1和QF3，PLC通電，交流伺服系統(tǒng)接通控制電壓，PLC使輸出103.01為1，KA2得電，觸頭使KM3線(xiàn)圈得電，主觸頭閉合，伺服系統(tǒng)強(qiáng)電接通，然后PLC使103.04為1，給交流伺服使能。此時(shí)，交流伺服完全準(zhǔn)備好，可以執(zhí)行定位控制。定位脈沖信號(hào)由PLC的100.01發(fā)出，方向由100.03控制。前、后限位開(kāi)關(guān)直接接入交流伺服驅(qū)動(dòng)器的專(zhuān)用輸入端，進(jìn)行限位保護(hù)。</p><p>　　3.6步驟三：步進(jìn)

97、電機(jī)C軸旋轉(zhuǎn)</p><p>　　3.5.1步進(jìn)電機(jī)C軸控制接線(xiàn)圖</p><p>　　圖3-6步進(jìn)電機(jī)C軸控制接線(xiàn)圖</p><p><b>　　3.5.2程序</b></p><p><b>　　3.5.3工作原理</b></p><p>　　通過(guò)PLC的100.00、1

98、00.02輸出端分別產(chǎn)生脈沖和方向信號(hào)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH—20403,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)M按升降方式運(yùn)行。而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿，再由蝸輪蝸桿帶動(dòng)C軸旋轉(zhuǎn)[14]。</p><p>　　3.6步驟四：變頻調(diào)速</p><p>　　3.6.1變頻調(diào)速接線(xiàn)圖</p><p>　　圖3-7 變頻調(diào)速接線(xiàn)圖</p><p><b>　　

99、3.6.2程序</b></p><p><b>　　3.6.3工作原理</b></p><p>　　合上QF1、QF4,給PLC通電，PLC使輸出101.00為1時(shí)主軸正傳，是輸出101.01為1時(shí)主軸反轉(zhuǎn)，101.00、101.01不能同時(shí)為1，同時(shí)為0時(shí)電動(dòng)機(jī)停止。頻率通過(guò)改變1、2、3端上連接的電位器來(lái)調(diào)整。</p><p>

100、<b>　　3.7本章小結(jié)</b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)PLC控制平面軌跡切削系統(tǒng)，使其完成規(guī)定動(dòng)作。首先，各軸復(fù)位；X軸運(yùn)動(dòng)，Z軸運(yùn)動(dòng)，Y軸運(yùn)動(dòng)，使刀具對(duì)準(zhǔn)到蠟?zāi)さ闹虚g位置；軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使刀具在蠟?zāi)ひ幻嫔峡滔隆爸小?；Y軸后退；即完成此次設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

101、[1] 徐虎，吳加國(guó).電機(jī)應(yīng)用技術(shù)：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[2] 霍罡，樊曉兵.歐姆龍CP1H PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[3] 鄭寶林.圖解歐姆龍PLC入門(mén)：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[4] 王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2007.&l

102、t;/p><p>　　[5] 馬小軍.可編程控制器及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[6] 謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[7] 肖峰，賀哲榮.PLC編程100例：中國(guó)電力出版社，2009.</p><p>　　[8] 王阿根.PLC控制程序

103、精編108例：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[9] 曹輝，霍罡.可編程序控制器過(guò)程控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[10] 廖常除.PLC編程及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[11] 高欽和.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2004.</p>&

104、lt;p>　　[12] 何衍慶，黎冰，黃海燕.PLC編程語(yǔ)言及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[13] 王永華，王東云，宋寅卯.現(xiàn)代電氣及可編程序控制技術(shù).北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[14] KIM Yeoung-il , KIM Li-ra, JUN Cha-soo, Parametric design of a

105、 part with free-form surfaces, J Zhejiang Univ SCIENCE A 2006 7(9):1530-1534</p><p>　　[15] Y.-E. Nahm·H. Ishikawa, A new 3D-CAD system for set-based parametric design, Int J Adv Manuf Technol (2006) 29

106、: 137-150</p><p><b>　　附錄一：英文文獻(xiàn)</b></p><p>　　Stone cutting automation technology based onfeatures</p><p>　　Julio Garrido Campos, Ricardo Marin Martin, Jose Ignacio Armest

107、o, Juan Saez Lopez</p><p>　　Departamento de Ingenieria de Sistemas y Automatica E.T.S. Ingenieros Industriales. Universidad de Vigo Vigo, Spain</p><p>　　Keywords- Automation, CAD/CAM/CNC, disc c

108、utting technologies,features.</p><p>　　Abstract:This paper proposes a CAD/CAM/CNC architecture to automate saw blade stone cutting machines (disc stone cutting machines). The architecture is designed to give

109、 the controller the capacity of decision making as well as control of the machine tool, with the objective of being able to react to changes in the machining conditions,which is common in this kind technology. Adopting a

110、 similar paradigm as the new approaches for CNC manufacturing, especially the new ISO standard for CNC programmi</p><p>　　INTRODUCTION</p><p>　　A. Stone cutting technology</p><p>　　

111、There are several stone cutting technologies and machines as stone cutting by diamond blades [1], abrasive water jet cutting [2], disc cutting or circular saw cutting machines (also know as bridge saw machines) [3], etc.

112、 They vary in eficiency and cost, quality of the machined part, and the set of profiles or features they are able to machine. Among them,circular sawing with diamond-impregnated segments mounted on a circular steel core

113、is the most extensevely used process for granites and stone </p><p>　　Disc cutting machines are a unique technology because of the used tool, a disc. Using discs limits the number of axis which can be moved

114、when they are into the stone (only movements in the cutting plane can be done), although to make complex features as arc patterns (figure 1), even five axis movements may be needed and performed when the disc is out of t

115、he stone. Another representative characteristic of this technology is the non-homogeneous conditions of the cutting process due to, for instanc</p><p>　　978-1-4244-4195-2/09/$25.00 (c) 2009 IEEE</p>&

116、lt;p>　　Disc or circular saw stone cutting machines may be,therefore, very complex, with 5 or more axis (figure 2) to be able to machine those complex parts, both in terms of mechanical architecture and in terms of the

117、 control system. In some cases, they are being programmed using the same technology as their metal CNC machines counterparts, the G&M codes [5].</p><p>　　Figure I. Figure I: stone part. Figu

118、re 2. 6 axis stone disc cuttin gmachine</p><p>　　But, at the same time, stone disc cutting technology has the same main characteristics as the ones given by C. Zhang, R.Liu and T. Hu [6] for the future desir

119、ed CNC scenarios to machine metal parts (and more specifically, for future STEPNC controllers), where the controller program "is a range of information such as feature to be machined, tool types used, etc. while the