【正文】 表 輸入口地址分配 表 輸出口地址分配 輸出地址 對應(yīng)的外部設(shè)配 Y001 中間繼電器 KM1 Y002 中間繼電。已知輸入信號有手動開關(guān)、停止開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器等，輸出信號控制對象是換向閥。它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制網(wǎng)絡(luò)，是一種適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的新型控制器。 隨著機械自動化的快速發(fā)展 ,電氣控制技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛 ,其中最常見的就是可編程控制器控制技術(shù)。 ⑤ 抗電氣噪聲干擾的措施 不正確的接地和電氣控制柜走線不合理，均會導(dǎo)致 PLC 受電氣噪聲干擾而不能 正常工作。查有關(guān)資料時，在直流感性負載輸出時可選電流為 1A 左右的二極管，電阻約為 50 歐左右。 ④ 對輸入輸出口保護選擇 對 PLC 輸入端電阻分析，自帶電阻為 3k 歐 ,對于 DC24V 的電流為標(biāo)準(zhǔn)電流，對輸入口保護不需做特別處理。 ③ 整流器的選擇 為降低電壓的波動對控制系統(tǒng)的不良影響，選擇把交流變?yōu)榈蛪褐绷鞴╇姟Ｔ撊蹟嗥黝~定電流為 3A。 ② 熔斷器的選擇 3 自動刀架控制部分設(shè)計 23 對于經(jīng)濟型控制系統(tǒng)，對 PLC 的保護選用快速熔斷器 FU。手動開 關(guān)為 LA2（綠色），停止開關(guān)為 LA2（紅色）。 PLC 外接電氣元件選擇 ① 開關(guān)的選擇 本控制系統(tǒng)為 PLC 控制，各種開關(guān)的容量要求不高，普通的開關(guān)足已，主要考慮輸入?yún)?shù)要求。 由 PLC 型號主回路電壓 AC（ 100～ 240） V；輸入端參數(shù)為電壓 DC24V，電流 5/7mA；繼電器輸出端電壓 AC150V， DC30V以內(nèi)。在 FX 系列 PLC 中設(shè)置通信功能，擴大了 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域。加上預(yù)留 30%，有 1K 的程序容量足夠了。 用戶應(yīng)用程序占用內(nèi)存大小估算所需 PLC 程序容量大小。由此可得 輸入接點共 6 個，輸出接點共 2 個。其主要特點有： ①工作時無火花，無噪音； ②無開關(guān)瞬態(tài)抖動抗干擾； ③耐油、防水、防沖、防振動； ④輸出信號強，可靠性高，壽命長，有多種輸入方式和輸出形態(tài)； ⑤具有短路保護和極性保護。 接近開關(guān)的選擇 由 知霍爾接近開關(guān)的工作原理最簡單，也最便于控制。利用多普勒效應(yīng)可制成超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)等。 ⑥ 其它型式的接近開關(guān) 當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時，接近到的波的頻率會發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。 ⑤ 熱釋電式 接近開關(guān) 用能感知溫度變化的元件做成的開關(guān)叫熱釋電式接近開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導(dǎo)體，可 以絕緣的液體或粉狀物等。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機殼相連接。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電體。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部 產(chǎn)生渦流。 3 自動刀架控制部分設(shè)計 21 檢測元件的選擇 大量的資料顯示，現(xiàn)在所生產(chǎn)的自動刀架多是采用的霍爾集成電路進行位置的檢測，而電氣產(chǎn)品中的接近開關(guān)，是被廣泛采用的檢測元件，而且用于該刀架系統(tǒng)的設(shè)計中能使結(jié)構(gòu)簡化。 自動換刀控制系統(tǒng)要求 針對自動換刀系統(tǒng)， PLC 控制系統(tǒng)的重點和關(guān)鍵是接受來自數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令即 T指令，然后檢測當(dāng)前所在的刀位與 T指令進行比較。目前，有的 PLC 使用專用的通信協(xié)議進行通信，或使用較多廠商支持的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，如現(xiàn)場總線。 7） 可編程控制器的通信和聯(lián)網(wǎng)功能可以使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與個人計算機等其他智能設(shè)備之間能夠進行數(shù)字信息交換，形式一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制或集中控制。用 PLC進行模擬量控制的優(yōu)點是：在進行模擬量控制的同時，開關(guān)量也可以控制。 6） 模擬量處理，目前很多 PLC甚至小型機 (如 P型機、 F系列、 NB系列、 57系列等 )都具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。此功能在進行順序控制時非常有效。 4） 步進控制 PLC能通過移位寄存器方便地完成步進控制功能。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值變?yōu)?0(或設(shè)定值 )或在某一數(shù)值范圍時，發(fā)出控制命令。 PLC的限時控制精度高、定時時間設(shè)定方便、靈活，同時， PLC還提供了高精 3 自動刀架控制部分設(shè)計 20 度的時鐘脈沖，用于準(zhǔn)確的實時控制。 PLC可根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場給出的指令信號或檢測信號，控制機械運動部件進行相應(yīng) 的動作。其主要功能如下： 1） 開關(guān)量控制這是 PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)、實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。 ② PLC的主要功能 PLC是采用微電子技術(shù)來完成順序控制功能的自動化設(shè)備，可以在現(xiàn)場的輸入信號作用下，按照預(yù)先輸入的程序。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線，實現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計及安裝接線工作量大為減少，縮短了施工周期。由于 PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示能力，當(dāng) PLC或外部的輸入裝置及執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，如果是 PLC本身的原因，在維修時只需要更換插入式模塊及其它易損件即可，既方便又減少影響生產(chǎn)的時間。使得 PLC的操作及維護都很方便。 4） 易于操作及維護 PLC的控制程序可通過其專用的編程器輸入到 PLC的用戶程序存貯器中。在 PLC的電源電路和 I/0接口中，還設(shè)置了多種濾波電路，以抑制高頻干擾信號。在硬件方面， PLC采取的抗干擾措施主要是隔離和濾波技術(shù)。在 PLC的設(shè)計和制造過程中，采取了多層次抗干擾及精選元器件等措施，使 PLC的平均無故障時間通常在 2021小時以上，這是一般的其它電氣設(shè)備做不到的。 3） 抗干擾能力強、可靠性高 3 自動刀架控制部分設(shè)計 19 PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只要改變存貯器中的控制程序即可。 2） 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強 雖然 PLC種類繁多，但由于其產(chǎn)品的系列化和模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。 PLC的特點及主要功能 ① PLC的一般特點 1） 編制程序簡單 PLC一般采用易于理解和掌握的梯形語言及面向工業(yè)控制的簡單指令 編制程序，非常形象直觀。一般大中型 PLC均采用這種結(jié)構(gòu)。這種 PLC通常由機架底板聯(lián)結(jié)各模塊 (也有的 PLC為串行聯(lián)接，沒有底板 )，底板上有苦干插座，使用時，各種模塊直接插入機架底板即可。整體式 PLC的缺點是主機的 1/0點數(shù)固定，使用不夠靈活，維修也不方便。一般的小型機多為整體式結(jié)構(gòu)。 3） 1/0點數(shù)在 1024點以上的稱為大型機，其功能更加完善，具有數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通訊、監(jiān)視、記錄、打印等功能，可以進行中斷控制、智能控 制、遠程控制等，可用于大規(guī)模的過程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或整個工廠的集成系統(tǒng)。有些小型機，如 OMRON的 P型機、三菱的 Fl系列 PLC、西門子的 S7系列 3 自動刀架控制部分設(shè)計 18 PLC等增加了一些算術(shù)運算和模擬量處理功能，以適應(yīng)更廣泛的需要。一般來說，點數(shù)多的 PLC，功能也相應(yīng)較強。 PLC的分類 ①根據(jù) 1/0點數(shù)分類 PLC的輸入、輸出點數(shù)表明 PLC可以從外部接收多少個輸入量和向外部輸出多少個輸出量。在機械中常用到的電腦即是單片機和 PLC。對檢測元件測得的信息進行分析還需要一個具有智能判斷的元件。而需要電機何時起停就需要對刀架的當(dāng)前位置進行檢測，得到一個測試結(jié)果，就像人們用眼睛觀察周圍的事物一樣，外界事物會給大腦一個信息，大腦再對返回的信息進行分析，與大腦中已經(jīng)存儲的信息進行比較判斷，得出那是什么的判斷。在整個換刀過程中，仍然有刀架抬起，刀架轉(zhuǎn)位和刀架壓緊三個過程。 3 自動刀架控制部分設(shè)計 17 3 自動刀架控制部分設(shè)計 控制系統(tǒng)分析 控制方案設(shè)計 要對控制方案進行設(shè)計，必須了解所控制對象的運動過程，在本設(shè)計中就要清楚的知道刀架實現(xiàn)的全過程。在機械零件的裝配中，大多數(shù)的零件都要采用密封方式防止污染，減小零件間的磨損。本設(shè)計中主要是要考慮蝸桿、蝸輪的潤滑。 潤滑與密封 機械零件的加式表面看起來雖然很平整，但是大多零件的相對的運動都不是直接接觸進行干磨擦，而是要采取一定的潤滑措施，提高零件 的耐用度。ηP 取η =, P= == 根據(jù)電機標(biāo)準(zhǔn) [13]和安全因素取電機功率為 ,則選取 Y290S6 型電機。P =T 預(yù)選電機轉(zhuǎn)速 n=910r/min。那么 T= = mm=由2Fπ4d≤ [τ ]可得 [τ ] ≥24Fπd= Mpa,查資料需要對 45 剛進行回火處理。傳動銷 13的設(shè)計方法與前相同。 根據(jù)刀架體結(jié)構(gòu) ,選用 6 顆傳動銷 .則每顆螺釘所承受的剪切力 [6]是： 圖 螺桿、螺套 F19=T6L = 67 10??= 由2Fπ4d≤ [τ ]可得 ： d≥ 4Fπ[]? 查資料 [τ ]=80Mpa， d≥ 4 80000π?== 取 d=10mm，根據(jù) d 查手冊取 L=15mm。 ②傳動銷的設(shè)計計算 刀架的旋轉(zhuǎn)運動是靠銷 19 傳動的 ,所以可根據(jù)摩擦轉(zhuǎn)矩進行傳 動銷的設(shè)計計算。 mm Mt=12 d2Ftan(λ +ρˊ )= 螺桿強度 當(dāng)量應(yīng)力 ? ca/(N/mm2) ? ca= 2223334πd 0 .2 dtFM? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?≤? P Mt— 轉(zhuǎn)矩 ,N而螺套是通過傳動銷 19 將力矩傳遞給刀架體，蝸輪通過傳動銷 13 將力矩傳遞給螺桿的，所以需要對傳動銷 19 和 13 進行設(shè)計。由于在本 結(jié)構(gòu)中蝸桿只傳遞運動不傳遞力，所以不需要進行驗算。 完成 的蝸桿 、蝸輪 結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 39。=25 d2180。,d2180。 蝸桿 (輪 )法向齒形角 an 20 186。 tgγ180。 表 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算 項 目 計算公式 蝸桿軸面模數(shù)（蝸輪端面模數(shù)） m 傳動比 i 70 蝸桿頭數(shù) Z1 1 蝸輪齒數(shù) Z2 Z2=iZ1 2 自動刀架系統(tǒng)機械部分設(shè)計 12 蝸桿直徑系數(shù) (蝸桿特性系數(shù) )g g= 1dm。 蝸 桿、蝸輪在此設(shè)計中只起傳遞運動的作用，沒有外載荷也就不需要傳遞太大的力矩，只需要克服零件自身和內(nèi)部各零件之間的作用力。 4)蝸輪齒數(shù) z2 對于普通圓柱蝸桿傳動，一般取 z2=27～ 80。但效率較低；傳動比不大和要求效率高時，可取 z1=2～ 4。 3)蝸桿頭數(shù) z1 蝸桿頭數(shù) z1一般為 1～ 4。q 值較小時 ,蝸桿剛度較差 ,嚙合不良。 q 值較大時，蝸桿直徑較大，剛度較好，嚙合情況也好。在本設(shè)計中取 m=。pp= 極限載荷時的高度 Hj mm Hj= H0 j180。) ? =arctan tπD = 展開長度 L mm L= 1πDncosα = 驗 算 最小載荷時的高度 H1 mm H1= H0 1180。彈簧各參數(shù)的設(shè)計 [6] [10]如下 2 自動刀架系統(tǒng)機械部分設(shè)計 10 表： 表 壓縮彈簧參數(shù)設(shè)計 項目 單位 公式 及數(shù)據(jù) 原始條件 最小工作載荷 P1 最大工作載荷 Pn 工作行程 h 彈簧外徑 D2 彈簧類別 端部結(jié)構(gòu) 彈簧材料 N N mm mm P1= Pn= h=10 D2≤ 20 N103 端部并緊、磨平，支承圈為 1圈 碳素彈簧鋼絲 C級 參