【導讀】在PLC控制下，該結構能按照程序自動在相應的點完成點膠、在一段距。選用的步進電機用電脈沖信號進行控制，將電脈沖信號的個數(shù)和頻率分別轉?；蔀槟┒藞?zhí)行器的位移和移動速度。國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢-----------------------------------------------------------------1. X軸（左右）方向傳動部件的選型與校核-----------------------------------------11. 4電氣控制部分----------------------------------------------------------------------------------------28. 附錄Ⅰ電氣控制圖----------------------------------------------------------------------------------31. 附錄ⅡPLC控制流程圖----------------------------------------------------------

　　

【正文】 JSA LG? 型導軌副的滾道硬度為 60HRC ，工作溫度不 超過 100C? ，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級，工作速度較低，載荷不大。查《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 336~表 340，分別取硬度系數(shù)H ? 、溫度系數(shù) T ? 、接觸系數(shù) C ? 、精度系數(shù) R ? 、載荷系數(shù)W ? ，代入式（ 327）得距離壽命： 3H T C R aW m a x50f f f f CL fF???????? （ 342） 1 450 45 44 6 km 5L ? ? ???? ? ? ????? 遠大于 100km，故距離額定壽命滿足要求。 步進電動機減速箱的選用 為了滿足脈沖當量的設計要求，增大步進電動機的輸出轉矩，同時也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量折算到電動機轉軸上盡可能的小 ，今在步進電動機的輸出軸上安裝一套無間隙齒輪減速箱。采用一級減速，步進電動機的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設計成雙片結構，采用《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》圖 38 所示的彈簧錯齒法消除側隙。 已知工作臺的脈沖當量 ?? mm/脈沖，滾珠絲杠的導程 h 4mmP? ，初選步進電動機的步距角 ? ?= 。根據(jù)《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》式（ 312），算得減速比： ? ? ? ? ? ? ? ?h 3 6 0 1 . 5 4 3 6 0 0 . 0 1 5 3iP??? ? ? ? ? 點膠機設計 — 懸臂式結構 24 本設計選用常州市新月電機有限公司生產(chǎn)的 JBF7 型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為 1mm，齒數(shù)比為 60:36，材料為 45 調質鋼，齒面淬硬后達 55HRC。減速箱的中心距為 ? ?6 0 3 6 2 m m 4 8 m m?????? ，小齒輪厚度為 20mm，雙片大齒輪厚度均為 10mm。 步進電動機的計算與選型 （ 1） 根據(jù)機械系統(tǒng)結構， 計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量 eqJ 滾珠絲杠的公稱直徑 0d =16mm，總長 l =800mm，導程 hP =4mm，材料密度 ? = 10 /kg cm?? ；移動部件總重量 G=1000N。 參照表 41，可以算的各個零部件的轉動慣量如下： 滾珠絲杠的轉動慣量 42s LRJ ???= 2kg cm? ； 折算到絲杠上的轉動慣量 wJ = 2kg cm? 。 初選的縱向步進電動機型號為 90BYG2602，從表 45 查的該型號電動機轉子的轉動慣量 mJ =4 2kg cm? 。 則加在步進電動機轉軸上能夠的總轉動慣量為： eqJ = mJ +（ wJ + sJ ） / 2i （ 343） 得 eqJ = 2kg cm? （ 2） 步進電動機轉軸所承受的負載轉矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動（工作載荷為 0） ，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進行討論： 1）快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩 eqT 由式 eqT = maxaT + fT + 0T 可知， eqT 包括三部分： 快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩 maxaT ，單位為 N． m。 移動不見折算時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩 fT ，單位為 N． m。 滾珠絲杠預警后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩 0T ， 單位為 N． m。 點膠機設計 — 懸臂式結構 25 因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式 200(1 )2YJ hFPT i ?????可知， 0T 相對于maxaT 和 fT 很小，可以忽略不計。則有 eqT = maxaT + fT （ 344） 根據(jù)式 maxaT = 260eq meq aJnJ t?? ?，考慮縱向鏈的總效率 ? ，計算快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩： maxaT = 2 60eq meqaJnJ t?? ? ? 1? （ 345） mn ——對應縱向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速。 at ——步進電動機有靜止到加速至 mn 轉速所需要的時間。 其中： max0360m vn ??? （ 346） maxv Y 方向空載最快移動速度，為 2400mm/min； ? Y 方向步進電動機步矩叫角，為 176。 ； ? Y 方向脈沖當量， ? =。 將以 上各式帶入式 max0360m vn ???，算得 mn =500 /minr 。 設步進電動機由靜止到加速至 mn 轉速所需時間 at =，縱向傳動鏈總效率 ? =；則由式 maxaT = 260eq meq aJnJ t?? ? ? 1? 求得 maxaT =? 由式2 hf FPT i??? 摩可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為： ()2chf F G PT i? ???? （ 347） ? ——導軌的摩擦因數(shù)，滾動導軌取 cF ——垂直方向的工作負載，空載時取 0； 點膠機設計 — 懸臂式結構 26 ? ——縱向傳動總效率，取 則由式 ()2chf F G PT i? ????得： fT =? 最后由式，求得快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為： eqT = maxaT + fT =? 2）步進電動機最大靜轉矩的選定 考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據(jù) eqT 來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮到安全系數(shù)。這里取安全系數(shù) K=4，則步進電動機的最大靜轉矩應滿足： maxjT ? 4 eqT =? 對于前面預選的 130BYG3502 行步進電動機，由表可知，其最大靜轉矩maxjT =6N? m，可見完全滿足式 maxjT ? 4 eqT 的要求。 （ 3）步進電動機的性能校核 1）最快工進速度時電動機輸出轉矩校核 Y 向最快工進速度 maxfv =2400mm/min，脈沖當量 ? =，由式maxmax 60 ff vf ?? 求出電動機對應的運行頻率 maxff =2400/（ 60*） Hz=2021Hz。從90BYG2602 的運行矩頻特性可以 看出，在此頻率下，電動機的輸出轉矩 maxfT = N? m，遠遠大于最大工作負載轉矩 eqT =? m，滿足要求。 2）最快空載移動時電動機運行頻率校核 最快空載移動速度 maxv =2400mm/min，對應的電動機運行頻率 maxf =2021Hz。查表的 90BYG2602 的極限運行頻率為 20210Hz，可見沒有超出范圍。 3）啟動頻率的計算 已知電動機轉軸上的總慣量 eqJ =? 2cm ，電動機轉子自身的轉動慣量mJ =4kg ? 2cm ，查表 45 可知 電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率點膠機設計 — 懸臂式結構 27 qf =1800Hz。則由式 1/qLeq mffJJ? ?可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為： 1/qL eq mff JJ? ? （ 348） 得 =。 上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于 。實際上，在采用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有 100Hz（即 100 脈沖 /s）。 綜上所述，這里橫向進給系統(tǒng)選用 90BYG2602 步進電動機，可以滿足設計要求。 點膠機設計 — 懸臂式結構 28 4 電氣控制部分 控制 X,Y,Z 三軸的 正反方向運動 。 當按下啟動按鈕時 ， 點膠頭從原點開始運動，當?shù)竭_程序設定的第一個點時，點膠頭開始出膠，并按照程序設定的路線走一個 “凸”字 形框，然后點膠頭回到初始位置。 操作方式設計為回原點、手動控制和 自動 控制。 X、 Y、 Z 軸 向 直線運動 ，進退可由手動或自動程序控制，調零動作由手動控制完成。 驅動步進電機脈沖信號由編 程產(chǎn)生。 采用計時與計數(shù)器命令來進行控制。 PLC簡介 PLC（可編程邏輯控制器）是用于各種自動控制系統(tǒng)和過程的可控網(wǎng)絡集線器。他們包含多 個輸入輸出，輸入輸出是用晶體管和其它電路，模擬開關和繼電器來控制設備的。 PLC 用軟件接口，標準計算器接口，專門的語言和網(wǎng)絡設備編程。 可編程邏輯控制器 I/O 通道規(guī)則包括所有的輸入觸點和輸出觸點，擴展能力和最大數(shù)量的通道。觸點數(shù)量是輸入點和輸出點的總和。 PLC 可以指定這些值的任何可能的組合。擴展單元可以被堆?；蚧ハ噙B接來增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個擴展系統(tǒng) 中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。 PLC 系統(tǒng)規(guī)則包括掃描時間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲和程序存儲。掃描時間是 PLC 需要的用來檢測輸入輸出模塊的時間。指令是用于 PLC 軟件（例如數(shù)學運算）的標準操作。數(shù)據(jù)存儲是存儲數(shù)據(jù)的能力。程序存儲是控制軟件的能力。 用于可編程邏輯控制器的輸入設備包括 DC， AC，中間繼電器，熱電偶， RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號輸入；輸出設備包括 DC， AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖，晶體管，三端雙向可控硅開關元件； PLC 的編程設備包括控制面板，手柄和計算機。 可編程邏輯控制器用各種軟件編 程語言來控制。這些語言包括 IEC611313，順序執(zhí)行表（ SFC），動作方塊圖（ FBD），梯形圖（ LD），結構文本（ ST），指令序列（ IL），繼電器梯形圖（ RIL），流程圖， C 語言和 Basic 語言。 IEC611313 編程環(huán)境能支持五種語言，用國際標準加以規(guī)范，分別為 SFC， FBD， LD， ST 和 IL。這便允許了多賣主兼容性和多種語言編程。 SFC 是一種圖表語言，它提供了編程點膠機設計 — 懸臂式結構 29 順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。 FBD 用一種大的運行庫，以圖表形式建立了一些復雜的過程。標準數(shù)學和邏輯運行可以與 用戶交流和接口運行相結合。 LD 是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語言。它在離散控制上與 FBD 是完全兼容的。 ST 是一種文本語言，用于復雜的數(shù)學過程和計算，不太適用于圖表語言。 IL 是與組合編碼相似的低級語言。它用在相對比較簡單的邏輯指令。繼電器梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語言。梯形圖編程是設計成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語言，用于在一個控制器或應用軟件中描述順序操作，它用于建立有標準組件的可循環(huán)使用的運行庫。 C 語言是一種高級編程語言，適用于處理最復雜的計算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任 務。它典型地在 PC 機上運行調試。 BASIC 語言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接口運行的高級語言。 有幾種基本的現(xiàn)在經(jīng)常使用的計算機存儲器類型： RAM（隨機存儲器） — 這種存儲器速度很快，但是當沒電時，它的內(nèi)容將被丟失。這是一種不穩(wěn)定存儲器，每個 PLC 在運行時，都用這種存儲器作為中央處理器 。 ROM（只讀存儲器） — 這種存儲器是永久性的不可擦除的。它通常用于存放PLC 的操作系統(tǒng)。 EPROM（可擦除可編程只讀存儲器） — 這是一種像 ROM 一樣可編程的存儲器，但是它能用紫外線光擦除并且可以重新編程。 EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲器） — 這種存儲器能像 ROM 一樣存放程序。它能被編程并且用電壓擦除，因此它正變得比 EPROM 更加普遍。 所有的 PLC 系統(tǒng)都用 RAM 做 CPU，用 ROM 存儲 PLC 的基本操作系統(tǒng)。當有電時， RAM 的內(nèi)容被保存，但是問題在于當供給存儲器的電源失去時會發(fā)生什么。原先 PLC 賣主用帶有電池的 RAM，這樣如果不失電，存儲器的內(nèi)容就不會丟失。這種方法現(xiàn)在仍被使用，但變得不那么受歡迎。 EPROMS 也是 PLC編程的比較好的選擇。 EPROM 在 PLC 外部編程，然后被放入 PLC。當 PLC 被