【正文】 塊 S7200 CPU上已經(jīng)集成了一定數(shù)量的數(shù)字量I/O點，但如用戶需要多于CPU單元I/O點時，必須對系統(tǒng)做必要的擴展。CPU221無I/O擴展能力，CPU 222最多可連接2個擴展模塊（數(shù)字量或模擬量），而CPU224和CPU226最多可連接7個擴展模塊。S7200 PLC系列目前總共提供共5大類擴展模塊：數(shù)字量輸入擴展板EM221（8路擴展輸入）；數(shù)字量輸出擴展板EM222（8路擴展輸出）；數(shù)字量輸入和輸出混合擴展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模擬量輸入擴展板EM231，每個EM231可擴展3路模擬量輸入通道，A/D轉(zhuǎn)換時間為25μs，12位；模擬量輸入和輸出混合擴展模板EM235，每個EM235可同時擴展3路模擬輸入和1路模擬量輸出通道，其中A/D轉(zhuǎn)換時間為25μs，D/A轉(zhuǎn)換時間]100μs，位數(shù)均為12位。 基本單元通過其右側(cè)的擴展接口用總線連接器（插件）與擴展單元左側(cè)的擴展接口相連接。擴展單元正常工作需要+5VDC工作電源，此電源由基本單元通過總線連接器提供，擴展單元的24VDC輸入點和輸出點電源，可由基本單元的24VDC電源供電，但要注意基本單元所提供的最大電流能力。（2）熱電偶/熱電阻擴展模塊 熱電偶、熱電阻模塊（EM231）是為CPU222，CPU224，CPU226設(shè)計的，S7200與多種熱電偶、熱電阻的連接備有隔離接口。用戶通過模塊上的DIP開關(guān)來選擇熱電偶或熱電阻的類型，接線方式，測量單位和開路故障的方向。（3）通訊擴展模塊 除了CPU集成通訊口外，S7200還可以通過通訊擴展模塊連接成更大的網(wǎng)絡(luò)。S7200系列目前有兩種通訊擴展模塊：PROFIBUSDP擴展從站模塊（EM277）和ASi接口擴展模塊（CP2432）。S7200系列PLC輸入/輸出擴展模塊的主要技術(shù)性能如表26所示。表26 S7200系列PLC輸入/輸出擴展模塊的主要技術(shù)性能類型數(shù)字量擴展模塊模擬量擴展模塊型號EM221EM222EM223EM231EM232EM235輸入點8無4/8/163無3輸出點無84/8/16無21隔離組點數(shù)824無無無輸入電壓DC24VDC24V輸出電壓DC24V或AC24230VDC24V或AC24230VA/D轉(zhuǎn)換時間250μs250μs分辨率12bitA/D轉(zhuǎn)換電壓：12bit電流：11bit12bitA/D轉(zhuǎn)換 主要參數(shù)的設(shè)定直線工作臺面尺寸 （長寬高）：100080040；縱向工作行程為150mm，橫向工作行程為150mm，垂直方向的工作行程為150mm。光杠的最大距離根據(jù)夾具的尺寸確定。工作進給速度為11500mm/min，快速進給速度 12m/min進給運動的總阻力F∑測量工件的尺寸大小最大體積（120mm120mm120mm） 最小高度為20m第3章 三坐標測量進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 進給系統(tǒng)電動機的容量的選擇在機電傳動系統(tǒng)中選擇一臺合適的電動機是極為重要的。電動機的選擇主要是容量的選擇，如果電動機的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動機經(jīng)常在過載下運行，會使它過早損壞，同時還可能出現(xiàn)啟動困難、經(jīng)受不起沖擊負載等故障。 選擇電動機應(yīng)根據(jù)以下三項基本原則進行。（1）發(fā)熱：電動機在運行時，必須保證電動機的實際最高工作溫度等于或略小于電機允許的最高工作溫度。（2）過載能力：電動機再運行時，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作時，由于電動機的熱慣性較大，電動機在短期內(nèi)承受高于額定功率的負載說仍可保證上面的原則，故此時，決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力。既所選電動機的最大轉(zhuǎn)矩或允許電流必須大于運行過程中可能出現(xiàn)的最大負載轉(zhuǎn)矩和最大負載電流即： （3） 啟動能力：由于鼠籠式異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩一般較小，所以，為使電動機能可靠啟動，必須保證 式中選擇電動機容量的方法一般有計算法、統(tǒng)分析計法和類比法。 步進電動機的概述本設(shè)計采用步進電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)工作臺的直線進給的。步進電機又稱脈沖馬達，是一種把電脈沖信號變換成直線位移或角位移的控制電機。它的位移速度和輸入脈沖數(shù)成正比，因此可以在較寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速，并能實現(xiàn)快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，步進電機已作為重要的執(zhí)行元件應(yīng)用于數(shù)空機床、智能儀器和自動控制中。 步進電動機的容量的計算下面的計算結(jié)果所以選用反應(yīng)式步進電動機，同步轉(zhuǎn)速1500r/min電動機的參數(shù)如下表一所示：表31 電動機的各種參數(shù)：電動機型號步距角最大靜轉(zhuǎn)矩（）運行頻 率最高空載啟動頻率軸徑長度55BF003 18006mm70mm選取電動機的輸出功率P= 轉(zhuǎn)速為800r/min 軸概述 軸的用途軸也是組成機器的主要零件之一，一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功能是支撐和傳遞運動和動力。軸的設(shè)計也和其它零件的設(shè)計相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和震動穩(wěn)定方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。而對剛度要求的軸和受到大力的細長軸，還應(yīng)進行剛度計算，防止工作時產(chǎn)生過大的彈性變形。對高速運轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進行震動穩(wěn)定性的計算，防止發(fā)生共振而破壞。 軸的材料軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式。但軸的結(jié)構(gòu)形式都必須滿足軸和裝在軸上零件要有準確的工作位置；軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序、和相互關(guān)系。例如圖一的裝配方案是：半聯(lián)軸器、軸承端蓋、圓螺母、套筒、成對角接觸球軸承、絲杠螺母副，依次從軸的右端向左端安裝，左端只裝軸承和端蓋。這樣就對個段軸的粗細順序作了初步安排。 軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求 者外，都必須進行軸向和周向定位，保證其準確的工作位置。1．零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。滾動軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊中軸承的安裝尺寸。套筒定位結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。如兩零件的間距較大時，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。當軸的轉(zhuǎn)速很高時，也不宜采用套筒定位。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動造成螺釘松脫，可加圓拄銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動墊片防松。圓螺母定位可承受大的軸向力，當軸上零件間距較大時常采用圓螺母。圖31 軸上零件的分布 （1）主要參數(shù)確定直線工作臺面尺寸 （長寬高）：100080040；縱向工作行程為150mm工作進給速度為11500mm/min，快速進給速度 12m/min進給運動的總阻力F∑工作臺質(zhì)量及工作臺重量初估直線工作臺質(zhì)量 總之量 三坐標測量系統(tǒng)的縱向、橫向、垂直切削力（FX FY FZ=0）所以，設(shè)軸向壓力F=G（2）確定絲杠的等效負載工作負載是指機床工作時，實際作用在絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的實驗公式計算。選用導(dǎo)軌為滾動導(dǎo)軌，而一般情況下，，則絲杠所受的最大牽引力為故其等效負載可按下式計算（估算 t1=t2 。n2=2n1）由以上確定進給運動的總阻力F∑=12N 先按《機械設(shè)計》中152公式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并根據(jù)表153取A0=125，于是：，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩則： 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱直徑的條件，查標準GB584386或手冊，選用TL1/YLD1凸緣聯(lián)軸器其技術(shù)指標如下和圖二所示：表32聯(lián)軸器的參數(shù)型號公稱轉(zhuǎn)矩T（）許用轉(zhuǎn)速（r/min）軸孔直徑D(H7)DD1螺栓直徑ML0YL1101300062217M235圖32 聯(lián)軸器的尺寸根據(jù)半聯(lián)軸器的孔徑D=6mm，故取DIII=6mm。凸緣聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、傳遞扭矩大，用于振動很大、低速和剛性不大的軸聯(lián)接。本設(shè)計的裝配方案已在前面分析比較，現(xiàn)以用（圖31所）示的裝配方案。 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的個段直徑和長度① 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，III段軸右端需制出一軸肩，故取IIIII段的直徑DIIIII=；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑為11mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=17m，為 了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上故取III段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取LIII=14mm。② 初步選擇滾動軸承。各種類型的軸承選用應(yīng)叢允許的空間、軸承負荷的大小和方向、高速性能、旋轉(zhuǎn)精度、剛度、振動與噪聲、軸向游動、摩擦力矩、安裝與拆卸等方面綜合考慮，全面衡量，擇優(yōu)選擇滿足設(shè)計要求的軸承類型。因軸承受軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。成對安裝角接觸球軸承：滾子相對外圈滾道軸向移動。通過軸向預(yù)緊提高支撐剛度。參照工作要求并根據(jù)套筒和圓螺母在左端對軸承定位取DIIIIV=7mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取角接觸球軸承，其基本尺寸為dDB=8mm15mm4mm，故取DIVV=8mm，右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得角接觸球軸承的定位軸肩高度h=,因此取DVVI=9mm。③ 。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外面與半聯(lián)軸器又端面的距離L=，為了使套筒和圓螺母的裝拆方便，故取LIIIII=。④去安裝圓螺母處的直徑DIIIIV=7mm；軸承右端采用套筒定位，為了使套筒右端面更好的對軸承進行軸向定位，并與軸緊密接觸，故取LIVV=，取LIIIIV=。⑤ 三坐標測量機縱向工作行程為150mm。⑥同理得出，后邊各軸的直徑和長度至此已經(jīng)初步確定了各段軸的直徑和長度。半聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用平鍵定位。由手冊查得平鍵截面bh=28mmX6mm（GB109679），取軸的倒角為。各段軸肩處的圓角半徑見裝配圖。 絲杠螺母副的選用計算再本設(shè)計中，電機與絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機Y系列異步電動機的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為. 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最大進給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為 最慢進給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為 則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估計）為. 絲杠的等效負載上邊已經(jīng)闡明過了. 確定絲杠所受的最大動載荷 查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時取精度系數(shù)fa=1，負荷性質(zhì)系數(shù)fw=105，溫度系數(shù)ft=，硬度系數(shù)fh=1，可靠性系數(shù)fk=；平均轉(zhuǎn)速為1000r/min。選用滑動絲杠螺母傳動，絲杠公稱直徑為，基本導(dǎo)程，絲杠螺母的接觸剛度為1692N/，螺旋升角絲杠的底徑26mm，螺母長度為210mm，取絲杠的精度等級為1級。. 臨界壓縮負荷確定絲杠螺紋部分的長度LU。LU等于工作臺的最大行程（750mm）加上螺母長度（60mm）加兩端余程（20mm）。LU為850mm。支撐跨度L1應(yīng)略大于LU，取為L1=900mm。絲杠全長為L=1000mm。臨界壓縮負荷為式中E 材料的彈性模量，；I—— 絲杠最小截面慣性矩L0——最大受壓長度，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計取L0=1100mm；K1——安全系數(shù)，一般取K1=1/3；——最大軸向工作載荷， ；——絲杠支撐方式系數(shù)，查表得，則可見遠大于，滿足要求. 臨界轉(zhuǎn)速驗算式中 A——絲杠最小橫截面：