【正文】 二：文獻(xiàn)檢索 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????46附錄三：程序 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????49謝 辭 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????57第一章 緒 論 概述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化機(jī)床。根據(jù)所選的 PLC 的型號列出輸入/輸出設(shè)備與PLC 輸入輸出端子的對照表，以便繪制 PLC 外部 I/O 接線圖和編制程序。選擇時主要包括 PLC 機(jī)型、容量、I/O 模塊、電源的選擇。分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求。具體體現(xiàn)為刀具在蠟?zāi)Ｉ系倪\(yùn)動軌跡。四十年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實現(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，實現(xiàn)了從單體簡單控制到運(yùn)動控制，過程控制及集散控制等體系列功能。此畢業(yè)設(shè)計需用 PLC 控制平面軌跡切削加工系統(tǒng)對工件進(jìn)行加工。 Stepper Motor Driver。 Programmable Controller。學(xué)會選擇各元器件、繪制電路圖、搭建系統(tǒng)電路，進(jìn)行程序設(shè)計，通過所給實驗臺模擬平面軌跡切削加工系統(tǒng)，實現(xiàn) X、Z 軸的聯(lián)動、Y 軸伺服控制、C 軸的轉(zhuǎn)動、主軸的正反轉(zhuǎn)及變頻調(diào)速等，并最終在蠟?zāi)Ｒ幻嫔香娤鞒?“中” 。其中，機(jī)械工作臺由 X、Y、Z、C 四軸工作臺、刀庫及液壓系統(tǒng)等組成。畢業(yè)設(shè)計（論文）題目: 平面軌跡切削加工控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要 本文設(shè)計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、電氣控制系統(tǒng)、控制軟件三大部分組成。通過研究了解本系統(tǒng)各個硬件部分如 PLC、雙軸定位模塊、變頻器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、伺服電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，三相異步電動機(jī)等元器件的工作原理、優(yōu)缺點、選擇原因、各組件之間的相互配合等。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)動器；伺服電機(jī)驅(qū)動器ABSTRACTThis article is designed for Cutting plane trajectory control system. Micromachining center is posed of mechanical table, electrical control systems and control software . And the machine table is ponented by the X, Y, Z, C fouraxis table, tool storage ,hydraulic systems and so on. Through the experiment and study to understand the advantages and disadvantages and the reasons for such selection of the various hardware ponents such as the test bed PLC, inverter, stepping motor driver, servo motor driver and other ponents. Learn to select each ponents, draw circuit diagram, set up the system circuit, design the program, and testbed simulation by a given cutting plane trajectory system, and X, Z axis of the linkage ,Y servo control, C axis rotation, the spindle is Reversal and frequency control, and eventually the wax models on the side. zhong millingKey words: Cutting plane trajectory。 Inverter。 Servo motor drive前 言平面軌跡切削加工控制系統(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。PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，已成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 本課題的解決方案為利用 PLC 程序設(shè)計搭建切削系統(tǒng)，以實驗臺為支撐平臺，通過程序設(shè)計，實現(xiàn)平面軌跡切削系統(tǒng)的工作。PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計按以下步驟進(jìn)行：，制定控制方案。2. 根據(jù)控制要求，確定控制的操作方法（手動、自動、連續(xù)、單步等） ，應(yīng)完成的動作（動作順序、動作條件） ，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)步時間、計算長度、模擬精度等） PLC。 PLC 的 I/O 地址。5. 設(shè)計軟件及硬件進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計。此系統(tǒng)備有刀庫，具有自動換刀功能，是對工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的自動化機(jī)床。本次設(shè)計的自動化平面軌跡切削加工系統(tǒng)由機(jī)械工作臺、電氣控制系統(tǒng)、控制軟件三大部分組成。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，已成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 本課題研究的目的和意義工件在切削系統(tǒng)上經(jīng)一次裝夾后，控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動軌跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。 此切削系統(tǒng)由于工序的集中和自動換刀，減少了工件的裝夾、測量和機(jī)床調(diào)整等時間，使機(jī)床的切削時間達(dá)到機(jī)床開動時間的 80％左右(普通機(jī)床僅為15～20％) ；同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。PLC 的優(yōu)點如下： (1)應(yīng)用靈活、安裝簡便標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)與模塊化的軟件設(shè)計，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合。因此，不僅程序開發(fā)速度快，而且程序的可讀性強(qiáng)，軟件維護(hù)方便。另外，PLC 具有完善的監(jiān)視和診斷功能，對其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O 點狀態(tài)和異常狀態(tài)等有明顯的提示，使維修人員能及時、轉(zhuǎn)缺德判斷故障點，迅速替換故障模塊或插件，恢復(fù)生產(chǎn)。在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再者是合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡化安裝，使他易于抗沖擊振動。在軟件設(shè)計方面也采取了很多特殊措施，設(shè)置了警戒時鐘 WDT。上述有效措施，保證了 PLC 的高可靠性。，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)PLC 是按直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的，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、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。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，可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示、報警、記錄、人機(jī)對話，使控制水平大大提高。 規(guī)格(1)輸入規(guī)格（XA/A 型）X/XA 型 CP1H 擁有 24 個輸入點，如圖 23 所示。上 部 端 子 機(jī) （ AC 電 源 型 例 ） 輸 入 1CH輸 入 0084 864L/N1OM 3 579 357 926圖 23 X/XA 型輸入端子臺排列圖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。100 通道 ~位共 8 點，101 通道 ~ 位共 8 點，合計 16 點。 輸出類型①繼電器輸出型繼電器型可接交流 220V 或直流 24V 負(fù)載，沒有極性要求。但是繼電器型響應(yīng)時間比較慢（約 10ms20ms） 。②晶體管輸出型晶體管型只能接直流 24V 負(fù)載，有極性要求。其響應(yīng)時間比較快，約 ，甚至可以達(dá)到 10 。③脈沖輸出型④PWM 輸出型 選擇繼電器輸出型電流大，響應(yīng)慢，有機(jī)械壽命，適用于驅(qū)動中間繼電器、接觸器的線圈、指示燈等動作頻率不高的場合。在高頻應(yīng)用場合，如果同時需要驅(qū)動大負(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。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（開關(guān)電源板、控制電路板） 。 工作原理交流變頻技術(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，通過改變交流電動機(jī)定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時也改變電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的（即 VVVF 技術(shù)） 。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 個部分組成。圖 25 變頻器的基本原理框圖. 3 操作面板圖 26 變頻器操作面板顯示部位 顯示輸出頻率、電流、線速度、異常內(nèi)容、設(shè)定功率時的數(shù)據(jù)及其參數(shù) NoRUN(運(yùn)行)鍵 是變頻器運(yùn)行的鍵STOP(停止)鍵 是變頻器運(yùn)行停止的鍵MODE（模式）鍵切換“輸出頻率 電流顯示“、 ”頻率設(shè)定 監(jiān)控“、 ”旋轉(zhuǎn)方??向設(shè)定“、 ”功能設(shè)定“等各種模式以及將數(shù)據(jù)顯示切換為模式顯示所用的鍵SET(設(shè)定鍵) 切換模式和數(shù)據(jù)顯示以及存儲數(shù)據(jù)所用鍵。m頻率設(shè)定電位器（VR）規(guī)格：10kΩ，1/4W 以上的電位器 [4]繼電器輸出接點規(guī)格：1c 無電壓接點，250VAC （電阻負(fù)荷）開路式集電極輸出規(guī)格：最大額定值 50VCD,50mA注：在頻率設(shè)定中使用 4~20mA 信號時，一定要連接 200 、1/4W 的電阻。 由 于 本 系 統(tǒng) 中 ， 三 相交 流 異 步 電 動 機(jī) 用 來 帶 動 刀 具 進(jìn) 行 切 削 ， 需 要 較 大 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 但 是 對 轉(zhuǎn) 動 的 精度 卻 基 本 沒 有 要 求 ， 故 選 擇 三 相 交 流 異 步 電 動 機(jī) 可 以 很 好 的 達(dá) 到 設(shè) 計 要 求 ，還 能 降 低 成 本 。故根據(jù) JB/T 10091991 選擇 YS 系列三相交流異步電動機(jī)，其基本參數(shù)為：代號 45，功率 16W，電流 ，轉(zhuǎn)速 2800r/min，額定轉(zhuǎn)矩 ，其具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維修方便等優(yōu)點。（一）接線圖圖 29 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)接線圖（二）性能指標(biāo)表 23 電氣性能（環(huán)境溫度 Tj=25℃時）供電電源 10V~40VDC,容量 輸出電流 峰值 3A/相（Max） （電流可由面板數(shù)碼開關(guān)設(shè)定）驅(qū)動方式 恒相流 PWM 控制勵磁方式 整步、半步、4 細(xì)分、8 細(xì)分、16 細(xì)分、32 細(xì)分、64 細(xì)分絕緣電阻 在常溫常壓下100M ?絕緣強(qiáng)度 在常溫常壓下 ，1 分鐘表 24 使用環(huán)境及參數(shù)冷卻方式 自然冷卻場合 盡量避免粉塵、油霧及腐蝕氣體溫度 0 C~+50 C?濕度 80%RH,無凝露，無結(jié)霜使用環(huán)境震動 保存溫度 20 C~+65 C?外形尺寸 116 60 37mm?重量 （三）電源電壓驅(qū)動器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計保證了可以適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自的情況在 10V 到 40VDC 之間選擇。（四）輸出電流選擇本驅(qū)動器最大輸出電流值為 3A/相（峰值） ，通過驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第 7 三位可組合出八種狀態(tài)，對應(yīng)八種輸出電流，從 到 3A，以配合不同的電機(jī)使用 [8]。表 26 細(xì)分選擇1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3ON ON ON 保留ON OFF ON 32細(xì)分ON ON OFF 8細(xì)分ON OFF OFF 半步OFF ON ON 64細(xì)分OFF OFF ON 16細(xì)分OFF ON OFF 4細(xì)分OFF OFF OFF 整步將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動方法，稱為細(xì)分驅(qū)動，細(xì)分是通過驅(qū)動器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實現(xiàn)的，與電機(jī)本身無關(guān)。 步進(jìn)電動機(jī)的選擇圖 210 步進(jìn)電機(jī)（一）定義步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。（二）特點(1)進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)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；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 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 8090