【文章內(nèi)容簡介】 ...................27 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題的來源 隨著各種學(xué)科的交叉發(fā)展，原來的純機械加工已經(jīng)發(fā)展為機電一體化的加工機床，現(xiàn) 在隨著各種控制技術(shù)的日趨完善，機電一體化的加工系統(tǒng) —— 數(shù)控機床已經(jīng)毫無 疑問成為了工業(yè)生產(chǎn)的主力裝備。一方面，調(diào)查表明，我國要成為“世界工廠”，需要培訓(xùn)和造就數(shù)十萬數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的操作人員、編程人員和維修人員，另一 方面，來自機電一體化專業(yè)在實踐方面對于專門的教學(xué)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 本方案用于實驗所需的數(shù)控機床。主要用于學(xué)校、工廠、以及科研所用，可用于數(shù)控機床，數(shù)控編程，數(shù)控原理實驗與培訓(xùn)。本課題是要求在指導(dǎo)的情況下通過查閱相關(guān)的內(nèi)容的資料并進行總體方案的設(shè) 計（包括機械總體結(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）進而最終完成適合實驗使用的數(shù)控機床。該機床能實現(xiàn)單軸定位及兩軸聯(lián)動聯(lián)動，從而可以完成對塑料制品的銑、鉸等基本的切削運動，并能加工形狀簡單的零件。 機電一體化系統(tǒng)的簡介 機電一體化技術(shù)的基本概念是指將機械學(xué)、電子學(xué)、信息處理和控制及專用軟件等當(dāng)代各種新技術(shù)進行綜合集成的一種群體技術(shù)。機電一體化系統(tǒng)主要有五個組成部分 :動力、機構(gòu)、執(zhí)行器、計算機和傳感器 ,組成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng) ,其中計算機、傳感器和計算機軟件是機電一體化技 術(shù)的重要組成要素。機電一體化系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功能多、效率高、精度高、能耗低的特點 ,與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品比較 ,機電一體化產(chǎn)品至少有以下三個優(yōu)點。 (1)原有的機構(gòu)產(chǎn)品中增加信息處理裝置及相應(yīng)軟件 ,來替代原有產(chǎn)品的部分機械控制機構(gòu) ,不僅提高了自動化程度 ,而且能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,同時也降低了生產(chǎn)成本 ,2 DSP構(gòu)成的三相變頻器的設(shè)計與制作 — DSP控制的數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 提高經(jīng)濟效益。 (2)以機電一體化技術(shù)為主的新型產(chǎn)品 ,與原機械產(chǎn)品相比 ,不僅結(jié)構(gòu)簡單 ,而且功能更加豐富 ,精度也得到提高。 (3)將電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來 ,形成綜合性優(yōu)勢 ,可開發(fā)出具有 多種功能、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品。 機電傳動概述 機電傳動就是指以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)之總稱。它的目的就是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動，停止以及速度控制，完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進行。機電傳動控制系統(tǒng)發(fā)展愈來愈高?，F(xiàn)在機電傳動機控制系統(tǒng)由微型操縱桿，敏感元件，計算機，伺服機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。當(dāng)操縱它時，電傳系統(tǒng)立刻將機械動作轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)計算機計算放大后，通過電機使執(zhí)行機構(gòu)動作。電傳操縱系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，體積和重量小，易于安裝和維修、操縱 靈敏度高，無滯后現(xiàn)象。由于可以敷設(shè)多條電纜，“生存力”大大增強。但就機電傳動而言，它的發(fā)展大體上經(jīng)歷了成組拖動，單電機拖動和多電機拖動三階段。控制期間經(jīng)過了四階段： 。 。 ，大功率可控水銀整流器 。 4. 計算機數(shù)字控制 CNC。就本次設(shè)計而言 ,系統(tǒng)的驅(qū)動部分采用了步進電機驅(qū)動，控制部分采用比較先進的微機與 PLC 控制。 數(shù)控加工的概述 數(shù)控加工是指在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機床加工與傳統(tǒng)機床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā) 生了明顯的變化。以下是數(shù)控加工的特殊之處： ：數(shù)控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此，工序比較集中。工序集中帶來巨大的經(jīng)濟效益： a)．減少機床占地面積，節(jié)約廠房。 b)．減少或沒有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人 第一 章 緒論 3 力。 ：數(shù)控機床加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高。帶來的好處很明顯 : a).對操作工人的要求降低：一個普通機床的高級工，不是短時間內(nèi)可以培養(yǎng)的，而一個不需編程的數(shù)控加工操作工人培養(yǎng)時間極短（如數(shù)控車工需要 一周即可，還會編寫簡單的加工程序）。并且，數(shù)控工在數(shù)控機床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機床上加工的零件精度要高、時間要省。 b).降低了工人的勞動強度：數(shù)控工人在加工過程中，大部分時間被排斥在加工過程之外，非常省力。 c). 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人操作時所產(chǎn)生的疲勞、粗心、估計等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。 d).加工效率高：數(shù)控機床的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產(chǎn)率。 ；傳統(tǒng)的通用機床，雖然柔性好，但效率低下；而傳統(tǒng)的專機，雖然效率很高，但對零 件的適應(yīng)性很差，剛性大，柔性差，很難適應(yīng)市場經(jīng)濟下的激烈競爭帶來的產(chǎn)品頻繁改型。只要改變程序，就可以在數(shù)控機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機床能很好適應(yīng)市場競爭。 ：數(shù)控機床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機床上無法加工。數(shù)控機床特別適合以下場合： a).不許報廢的零件。 b).新產(chǎn)品研制。 c).急需件的加工。 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)控機床是信息技術(shù)與機械制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代基礎(chǔ)機械的技術(shù)水平與發(fā)展 趨勢。數(shù)控機床具有以下明顯特點： 1） .適合于復(fù)雜異形零件的加工。 2） .實現(xiàn)計算機控制，排除人為誤差。 3） .通過計算機軟件可以實現(xiàn)精度補償和優(yōu)化控制。 4） .加工中心、車削中心、磨削中心、電加工中心等帶有刀具庫并具有換刀功能，從而減少了人工裝夾的次數(shù)，提高了加工精度。 4 DSP構(gòu)成的三相變頻器的設(shè)計與制作 — DSP控制的數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5） .數(shù)控機床使機械加工設(shè)備增加了柔性化的特點。柔性加工不僅適合于多品種、中小批量生產(chǎn)也適合于大批量生產(chǎn)，且能交替完成兩種或更多種不同零件的加工，增加了自動變換工件的功能，可實現(xiàn)夜間無人看管的操作。 由幾臺數(shù)控機床（加工中心）組成的柔性制 造系統(tǒng)（ FMS）具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)，包括 加工、裝配和檢驗等環(huán)節(jié)。數(shù)控機床可劃分為三個層次： 1） .高檔型數(shù)控機床：是指可以進行復(fù)雜形狀的加工，具有多軸控制或工序集中、自動化程度高、高度柔性的數(shù)控機床。 2） .普及型數(shù)控機床：具有人機對話功能，應(yīng)用較廣，價格適中，通常稱之為全功能數(shù)控機床。 3).經(jīng)濟型數(shù)控機床：結(jié)構(gòu)簡單，精度中等，但價格便宜，僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件。 選用數(shù)控機床需遵循的原則是： 1） .實用性：是指明確數(shù)控機床來解決生產(chǎn)中的 哪一個或哪幾個問題。 2） . 經(jīng)濟性：是指所選用的數(shù)控機床在滿足加工要求的條件下，所支付的代價是最經(jīng)濟的或者是較為合理的。 3） .可操作性：用戶選用的數(shù)控機床要與本企業(yè)的操作和維修水平相適應(yīng)。 4).穩(wěn)定可靠性：是指機床本身的質(zhì)量，選擇名牌產(chǎn)品能保證數(shù)控機床工作時的穩(wěn)定和可靠。 PLC（可編程邏輯控制器）發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展的趨勢 PLC 發(fā)展到現(xiàn)在共經(jīng)歷了四代。現(xiàn)在的 PLC 采用 16 位以上的微處理器作為 CPU 外，內(nèi)存容量更大，還可以將墮胎 PLC連接起來，實現(xiàn)資源共享 。還可以直接用于一些規(guī)模較大的 復(fù)雜控制系 統(tǒng)；變成語言除了可使用傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖等還可以使用高級語言；外設(shè)多樣化，可以配置 CRT 和打印機等。目前國內(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(),Rockwell(),Mitsubishi(Jap),Omron(Jap) 這幾家主 要的PLC 供應(yīng)商占據(jù)了 PLC 市場的 75%~80%?，F(xiàn)在的主要的 PLC 的廠商都集中在日本和美國等發(fā)達國家，國內(nèi)生產(chǎn)和制造 PLC 的工藝技術(shù)都還落后于這些國家。其發(fā)展的趨勢是： 人機界面更加友好 PLC 制造商紛紛 通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù) PLC 品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時，為用戶的開發(fā)和維護降低了成本，使更易形成人機友好的控制系統(tǒng)，目前， PLC＋網(wǎng)絡(luò)＋ IPC＋ CRT 的模式被廣泛應(yīng)用。 第一 章 緒論 5 網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強 PLC 廠家在原來 CPU 模板上提供物理層 RS232/422/485 接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。 開放性和互操作性大大發(fā)展 PLC 在發(fā)展過程中，各 PLC 制造商為了壟斷和擴大各自市場，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標準，兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護成本。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認識。 PLC 的功能進一步增強，應(yīng)用范圍越來越廣泛 PLC 的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運算能力均大大增強，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領(lǐng)域， PLC 均有成功能應(yīng)用， PLC 在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的 DCS，從而使原來 PLC（順序控制）＋ DCS（過程控制）的模式變成 PLC＋ IPC 模式。 工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對 PLC 有重要影響，以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于 : 1） .硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境； 2） .通訊機制如何提高其可靠。 國內(nèi)外動態(tài) 近十幾年來，我國各級政府在工業(yè)控制計算機及其系統(tǒng)，可編程序邏輯控制器（ PLC）、數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)機器人等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都曾列入重點發(fā)展規(guī)劃，各項都有上千萬元的投資，但真正能形成規(guī)模性產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)卻寥寥無幾，在國內(nèi)市場的占有率不足10％。跟蹤研究國外先進技術(shù)的發(fā)展、加大市場調(diào)研力度是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)中的