畢業(yè)設(shè)計（論文）風(fēng)機(jī)軸套自動加工專機(jī)研究

1、風(fēng)機(jī)軸套自動加工專機(jī)研究 學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 提交日期 2011年5月30日 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書 茲發(fā)給 07機(jī)械（3） 班學(xué)生 黃南昌 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，內(nèi)容如下： 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 風(fēng)機(jī)軸套自動加工專機(jī)研究 2.應(yīng)完成的項目： （1） 搜集市場資料，了解風(fēng)機(jī)軸套的加工現(xiàn)狀和加工設(shè)備，分析專機(jī)市場前景。 （2） 查找資料，借鑒同類設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行初步的設(shè)計 （3） 電路圖的設(shè)計和完善 （4） 機(jī)械的裝配和電路的接線 （5） 整機(jī)調(diào)試 3.參考資料以及說明： （1） 歐姆龍系列plc原理及應(yīng)用

2、（2） 歐姆龍cp1h plc應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐 （3） 歐姆龍cp1h plc原理及應(yīng)用 （4） 電機(jī)原理與拖動基礎(chǔ) （5） 機(jī)電傳動控制（第四版） （6） 電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 4.本畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書于 年 月 日發(fā)出，應(yīng)于 年 月 日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會進(jìn)行答辯。 專業(yè)教研組（系）、研究所負(fù)責(zé)人 審核 年 月 日 指導(dǎo)教師 簽發(fā) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）評語：畢業(yè)設(shè)計（論文）總評成績： 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日摘要隨著全球空調(diào)的需求量不斷上升，空調(diào)等相關(guān)零配件需求量也不斷增加。風(fēng)機(jī)軸套作為空調(diào)必不可少的一個零件之一，需求量自然也相當(dāng)大且不斷增加。然而

3、目前國內(nèi)很多風(fēng)機(jī)軸套的生產(chǎn)企業(yè)不能很有效的完成軸套的加工，多數(shù)仍是采用人工加工，自動化程度很低。本文運(yùn)用plc作為控制核心，采用氣動推動各工序工作，介紹了一種風(fēng)機(jī)軸套自動加工專機(jī)，可以對風(fēng)機(jī)軸套完成鉆孔，攻絲，銑平面和倒角等工序。plc作為一種可編程語言，以其結(jié)構(gòu)簡單通用性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、數(shù)字化及適用面廣等特點(diǎn)，在自動化領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。專機(jī)需分成六個工位，采用間歇分割器完成，結(jié)合相關(guān)夾具進(jìn)行精確定位。各機(jī)構(gòu)加工采用氣缸推動，各氣缸有相應(yīng)的磁性開關(guān)檢測位置，能精確控制其行程，操作方便。送料齒輪驅(qū)動用到步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可用脈沖，能更精確定位。自動攻牙機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動正反轉(zhuǎn)，保證了攻絲的質(zhì)

4、量。專機(jī)生產(chǎn)效率高，能達(dá)到3.6秒完成一個工件的加工，故能大大地提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞:軸套；plc；傳感器；電磁閥；步進(jìn)電機(jī)abstractwith the rising global demand for air conditioners and related spare parts demand is also increasing. fan sleeve as an essential part of air-conditioning, the demand is very large and increasing. however, many domestic manufacture

5、rs can not be very effective to complete the processing of sleeve, most still use manual processing, and automation is very low. in this paper, plc as the control, the use of the cylinder to promote the work of the process, introduces a dedicated fan sleeve automatic processing machines, you can com

6、plete the fan sleeve drilling, tapping, milling and chamfering processes.plc as a programmable language,with its simple structure, versatility, anti-interference ability, low cost, digital, for a wide range of features, etc., is widely used in the automation field. we use intermittent split to divid

7、ed the worktable into 6 stations to positioning accurately and combined with a dedicated fixture for accurate positioning is needed. agencies to promote the processing using the cylinder, the cylinder has a corresponding magnetic switch to detect position, can accurately control the stroke, easy to

8、operate. feeding mechanism of the gear used in stepper motor, stepper motor can produce pulses that can be more precise positioning. this special machine to produce high efficiency, 3.6 seconds to complete the processing of a workpiece, it can greatly increase productivity.keywords: sleeve; plc; sen

9、sors; solenoid valves; stepper motor目錄摘要iabstractii1.1背景11.2 研究目的和意義1故研究風(fēng)機(jī)軸套的自動加工專機(jī)顯得意義深遠(yuǎn)。11.3 研究方法1本研究以目前在自動化應(yīng)用相當(dāng)廣泛的plc為控制核心，結(jié)合氣動控制、相關(guān)傳感器、磁性開關(guān)、接近開關(guān)以及步進(jìn)電機(jī)等把送料、鉆孔、攻絲、銑邊、倒角、出料過程等進(jìn)行有序地控制，多道工序一起自動加工，把機(jī)械與電控有郊地結(jié)合在一起，大大地提高生產(chǎn)效率。11.4風(fēng)機(jī)軸套介紹1本研究的專機(jī)是用來對風(fēng)機(jī)軸套進(jìn)行鉆孔、攻絲、銑邊、倒角的加工，所加1工的軸套主要用于空調(diào)的風(fēng)機(jī)中，因?yàn)榭照{(diào)年產(chǎn)量高，所以軸套的產(chǎn)量也高，要

10、求能滿足市場的需求。本研究的專機(jī)生產(chǎn)速率是3.6s/個/臺，在一定程度上能滿足市場的需求。1本專機(jī)加工的軸套如圖1.1所示。2圖1.1 軸套加工零件圖2當(dāng)然空調(diào)風(fēng)機(jī)軸套有許多類型的，如圖1.2所示，但只要稍稍改動，本研究的專機(jī)仍然能適合用于加工其他類型的軸套。2圖1.2 空調(diào)器橡膠軸套圖2第二章基礎(chǔ)知識介紹3結(jié) 論29第一章 緒論1.1 背景隨著經(jīng)濟(jì)的向前發(fā)展，人民生活水平的提高，現(xiàn)代人對生活質(zhì)量的要求也越來要高，空調(diào)也走進(jìn)了千千萬萬人的家中以及商業(yè)寫字樓中等。全調(diào)空調(diào)的需求量不斷上升，而軸套是空調(diào)風(fēng)機(jī)重要且必不可少的零件之一，所以軸套的需求量自然也大。然而，國內(nèi)目前很多風(fēng)機(jī)軸套的加工自動化水

11、平仍然不高，許多還停留在人工加工階段，人力物力投入大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量有很大程度取決于工人操作技術(shù)，所以質(zhì)量很不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益低且加工的精度也低，廢品率高。有些廠也有采用專門的機(jī)械設(shè)備加工風(fēng)機(jī)軸套，多數(shù)是直線傳送式的，不能多道工序一起進(jìn)行，生產(chǎn)效率也不高。 1.2 研究目的和意義為了適應(yīng)市場需求量的不斷增加，迫切需要高效率的自動化生產(chǎn)設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)低效率的加工，以提高經(jīng)濟(jì)效益，降低人力勞力成本，減輕工人勞動強(qiáng)度。故研究風(fēng)機(jī)軸套的自動加工專機(jī)顯得意義深遠(yuǎn)。1.3 研究方法本研究以目前在自動化應(yīng)用相當(dāng)廣泛的plc為控制核心，結(jié)合氣動控制、相關(guān)傳感器、磁性開關(guān)、接近開關(guān)

12、以及步進(jìn)電機(jī)等把送料、鉆孔、攻絲、銑邊、倒角、出料過程等進(jìn)行有序地控制，多道工序一起自動加工，把機(jī)械與電控有郊地結(jié)合在一起，大大地提高生產(chǎn)效率。1.4 風(fēng)機(jī)軸套介紹本研究的專機(jī)是用來對風(fēng)機(jī)軸套進(jìn)行鉆孔、攻絲、銑邊、倒角的加工，所加工的軸套主要用于空調(diào)的風(fēng)機(jī)中，因?yàn)榭照{(diào)年產(chǎn)量高，所以軸套的產(chǎn)量也高，要求能滿足市場的需求。本研究的專機(jī)生產(chǎn)速率是3.6s/個/臺，在一定程度上能滿足市場的需求。本專機(jī)加工的軸套如圖1.1所示。圖1.1 軸套加工零件圖當(dāng)然空調(diào)風(fēng)機(jī)軸套有許多類型的，如圖1.2所示，但只要稍稍改動，本研究的專機(jī)仍然能適合用于加工其他類型的軸套。圖1.2 空調(diào)器橡膠軸套圖第二章 基礎(chǔ)知識介紹

13、2.1 plc概述2.1.1 plc 控制技術(shù)概論plc 是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng), 它將計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體, 成為實(shí)現(xiàn)單機(jī)，車間，工廠自動化的核心設(shè)備, 具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，組合靈活，編程簡單，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步, 其控制功能由簡單的邏輯控制， 順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過程控制, 成為自動化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱(plc，機(jī)器人，cad/cam) 之一1 。plc軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由plc廠家

14、提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用plc的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實(shí)現(xiàn)各種控制。step7是用于simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用step7來進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點(diǎn)：它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是plc輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是plc內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的

15、狀態(tài)。梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供cpu內(nèi)部使用。plc是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。2.2 主令電器2.2.1 按鈕按鈕是一種專門發(fā)號施令的電器用以接通或斷開控制回路中的電流。圖2.1所示是按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)與圖形符號。按下按鈕帽，動合觸頭閉合而動斷觸頭斷開，從而同時控制了兩條電路；松開按鈕帽，則在彈簧的作用下使觸頭恢復(fù)原位2。圖2.1 按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)與圖形符號(a) 結(jié)構(gòu)示意圖 (b)符號1按鈕帽 2彈

16、簧 3動斷觸頭 4動合觸頭2.2.2 接近開關(guān)接近開關(guān)是一種電子式行程開關(guān)，它沒有機(jī)械觸點(diǎn)，也不需要用撞塊來撞動。它利用電磁感應(yīng)原理工作，當(dāng)其他物體與之接近到一定距離，進(jìn)入接近開關(guān)的檢測距離時( 接近開關(guān)的感應(yīng)面和動作距離時)，由于電磁感應(yīng)作用，開關(guān)就能在無壓力、無火花、無接觸、快速發(fā)出電氣指令。與機(jī)械式行程開關(guān)相比，接近開關(guān)在定位精度、操作頻率、使用壽命和對環(huán)境適應(yīng)能力等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。同時接近開關(guān)是一種傳感器，具備傳感器的作用，其動作可靠，頻率回應(yīng)快，同時性能穩(wěn)定，搞干擾強(qiáng)，壽命長，能具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。接近開關(guān)按外型可分為: 圓柱型、方型、溝型、穿孔( 貫通) 型和分離。按工

17、作原理可分為: 電容型、高頻振蕩型、超聲波型、光電型、電磁感應(yīng)型。按輸出型式又可分為: 直流兩線制、直流三線制、直流四線制、交流兩線制和交流三線制。按供電方式可分為: 直流型和交流型。2.2.3 磁性開關(guān)磁性開關(guān)意思就是通過磁鐵來感應(yīng)的，這個“磁 ”就是磁鐵。常用的磁鐵有橡膠磁、永磁鐵氧體、燒結(jié)釹鐵硼等。開關(guān)就是干簧管了。干簧管是干式舌簧管的簡稱，是一種有觸點(diǎn)的無源電子開關(guān)元件，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小便控制等優(yōu)點(diǎn)，外殼一般是一根密封的玻璃管，管中裝有兩個鐵質(zhì)的彈性簧片電板，還灌有一種叫金屬銠的惰性氣體。通常玻璃管中的兩個由特殊材料制成的簧片是分開的。當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下

18、，管內(nèi)的兩個簧片被磁化而互相吸引接觸，簧片就會吸合在一起，使結(jié)點(diǎn)所接的電路連通。外磁力消失后，兩個簧片由于本身的彈性而分開，線路也就斷開了。所以，作為一種利用磁場信號來控制的線路開關(guān)器件，干簧管可以作為傳感器用，用于計數(shù)，限位等等，同時它還被廣泛使用于各種通信設(shè)備中。在實(shí)際運(yùn)用中，通常用永久磁鐵控制這兩根金屬片的接通與否，所以又被稱為“磁控管”。 還有一種磁性開關(guān)是在密閉的金屬或塑料管內(nèi)，設(shè)置一點(diǎn)或多點(diǎn)的磁簧開關(guān)，然后將管子貫穿一個或多個，中空而內(nèi)部裝有環(huán)型磁鐵的浮球，并利用固定環(huán)，控制浮球與磁簧開關(guān)在相關(guān)位置上，使浮球于一定范圍內(nèi)上下浮動。利用浮球內(nèi)的磁鐵去吸引磁簧開關(guān)的接點(diǎn)，產(chǎn)生開與關(guān)的動

19、作。磁性開關(guān)具有可做多點(diǎn)控制、安裝容易、節(jié)省成本的特點(diǎn)。本設(shè)計中采用氣缸推動，而所選用的氣缸磁鐵安裝在活塞內(nèi)，這樣不僅方便使用，而且活塞的行程判斷準(zhǔn)確。所以，磁性開關(guān)要固定在汽缸上，以便準(zhǔn)確判斷氣缸的狀態(tài)。2.3 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。每當(dāng)輸入一個電脈沖時，它便轉(zhuǎn)過一個固定的角度，這個角度稱為步距角，簡稱為步距。脈沖一個一個地輸入，電動機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電動機(jī)因此而得名。步進(jìn)電動機(jī)是受其輸入信號，即一系列的電脈沖控制而動作的。脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖信號，通過環(huán)形分配器按一定的順序加到電動機(jī)的各相繞組上。為使電動機(jī)能夠輸出足夠的功

20、率，經(jīng)環(huán)形分配器產(chǎn)生的脈沖信號還需進(jìn)行功率放大。環(huán)形分配器、功率放大器以及其他控制線路組合稱為步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源，它對步進(jìn)電動機(jī)來說是不可缺少的部分。步進(jìn)電動機(jī)、驅(qū)動電源和控制器構(gòu)成步進(jìn)電動機(jī)傳動控制系統(tǒng)，如圖2.2所示。圖2.2 步進(jìn)電動機(jī)傳動控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動的速度主要取決于脈沖信號的頻率，總位移量取決于總的脈沖信號數(shù)，故它作為伺服電動機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)時，往往可以使系統(tǒng)簡化、工作可靠，而且不需要位移傳感器就可以達(dá)到較精確的定位，獲得較高的控制精度。在多數(shù)情況下，它可以代替交直流伺服電動機(jī)。2.3.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動機(jī)和一般旋轉(zhuǎn)電

21、動機(jī)一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，由環(huán)行分配器送來的電脈沖對多相定子繞組輪流進(jìn)行勵磁；轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的叫做“反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)”，用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫做“永磁式步進(jìn)電動機(jī)”。步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式雖然繁多，但工作原理都相同，下面僅以三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)為例加以說明。圖2.3為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。定子有六個磁極，每兩個相對的磁極上繞有一相控制繞組。轉(zhuǎn)子上裝有四個凸齒。圖2.3 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖2.3.1.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電動機(jī)的工作原理，其實(shí)就是電磁鐵的工作原理，如圖2

22、.4所示。由環(huán)形分配器送來的脈沖信號，對定子繞組輪流通以單極性勵磁電流，三相電流波形如圖2.5所示。設(shè)a相繞組先通電，b相和c相都不通電。由于磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過的特點(diǎn)，圖(a)中轉(zhuǎn)子齒1、齒3的軸線與定子a極軸線對齊，即在電磁吸力作用下，將轉(zhuǎn)子齒1、齒3吸引到a極下。此時，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無切向力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被自鎖在這個位置上，b、c兩相的定子齒則和轉(zhuǎn)子齒在不同方向各錯開30。隨后，如果a相斷電，b相控制繞組通電，則轉(zhuǎn)子齒就和b相定子齒對齊，轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)30(見圖b)。然后b相斷電，c相通電，同理轉(zhuǎn)子齒就和c相定子齒對齊，轉(zhuǎn)子又順時針方向旋轉(zhuǎn)30(見圖(c)?？梢?，通

23、電順序?yàn)閍bca時，轉(zhuǎn)子便按順時針方向一步一步轉(zhuǎn)動。每換接一次，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個步距角。電流換接三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距(此例中轉(zhuǎn)子有四個齒時齒距為90)。欲改變旋轉(zhuǎn)方向，則只要改變通電順序即可，例如，通電順序改為acba，轉(zhuǎn)子就反向轉(zhuǎn)動。圖2.4 三相單三拍通電方式時轉(zhuǎn)子的位置(a) a相通電 (b)b相通電 (c)c相通電圖2.5 三相單三拍通電方式相電流波形2.3.1.3 實(shí)用的小步距角步進(jìn)電動機(jī)圖2.6所示就是一個實(shí)用的小步距角步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖。從圖中看出，它的定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓均有齒和槽而且定于和轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距相等。定子上有三對碰極，分別繞有三相繞組，定子極面小齒和轉(zhuǎn)子上

24、的小齒位置則要符合下列規(guī)律：當(dāng)a相的定子齒和轉(zhuǎn)于齒對齊(如圖2.6所示位置)時，b相的定子齒應(yīng)相對于轉(zhuǎn)子齒順時針方向錯開13齒距，而c相的定子齒又應(yīng)相對于轉(zhuǎn)子齒順時針方向錯開23齒距。也就是說，當(dāng)某一相磁極下定子與轉(zhuǎn)子的齒相對時，下一相磁極下定子與轉(zhuǎn)子齒的位置剛好錯開m。其中為齒距，m為相數(shù)。再下一相磁極定子與轉(zhuǎn)子的齒則錯開2m。依此類推，當(dāng)定子繞組按abca順序輪流通電時，轉(zhuǎn)子就沿順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，各相繞組輪流通電一次，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距。圖2.6 三相反應(yīng)式小步距角步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)1定子 2轉(zhuǎn)子 3定子繞組設(shè)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為z，則齒距為=360/z 2.1因?yàn)槊客娨淮危催\(yùn)行一拍），轉(zhuǎn)

25、子就走了步，故步距角為= 2.2式中，k狀態(tài)系數(shù)（單三拍、雙三拍時，k，單雙六拍時，k）。設(shè)步進(jìn)電動機(jī)的z40，若按三相單三拍運(yùn)行，則步距角為=3若按三相單雙六拍運(yùn)行，則步距角為=1.5由此可見，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)z和定子相數(shù)(或運(yùn)行拍數(shù))愈多，步距角就愈小，控制也就越精確。當(dāng)定子控制繞組按照一定順序不斷地輪流通電時，步進(jìn)電動機(jī)就持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。如果電脈沖的頻率為f(通電頻率)，步距角用弧度表示，則步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為nr/min=60=60=fhz 2.32.3.2 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方法步進(jìn)電動機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功

26、率驅(qū)動單元、保護(hù)單元等組成。2.4 氣壓傳動3 2.4.1 氣壓傳動系統(tǒng)的基本構(gòu)成氣壓傳動與控制簡稱“氣動技術(shù)”，它是以空氣壓縮機(jī)為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，在密閉容器里進(jìn)行能量的傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過能量的傳遞，實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制及自動化作業(yè)。其工作原理是將原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ?，利用管路、各種控制閥及輔助元件將壓力能傳送到執(zhí)行元件，再轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而完成直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動，并對外做功。氣動系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖101所示。在氣動控制系統(tǒng)中，壓縮空氣是工作介質(zhì)。壓縮空氣在氣動系統(tǒng)中的主要作用如下：決定傳感器的狀態(tài)；處理信號；通過控制元件控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

27、實(shí)現(xiàn)動作(執(zhí)行元件)。2.4.2 氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并完成做功動作的元件或裝置。包括氣缸和氣動馬達(dá)。實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動和做功的是氣缸；實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和做功的是氣動馬達(dá)。本設(shè)計受用的是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，所以采用的是氣缸拆行元件。2.4.3 氣動輔助氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭、氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣的速度和功率，從而降低噪聲的。2.5 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)介紹了本課題相關(guān)的基礎(chǔ)知識，概述了plc軟件系統(tǒng)，同時對用到的一些電器件進(jìn)行了介紹，如按鈕開關(guān)，接近開關(guān)，磁性開關(guān)，其中

28、重點(diǎn)介紹了步進(jìn)電機(jī)，對其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理及小型步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了介紹。對于專機(jī)需要涉及到的基礎(chǔ)知識有了個大概的了解。第三章 專機(jī)主電路及元器件介紹3.1 專機(jī)整體設(shè)計圖3.1 專機(jī)俯視圖圖3.1是所設(shè)計的風(fēng)機(jī)軸套自動加工專機(jī)的整機(jī)裝配圖。各機(jī)械構(gòu)件安裝在一個工作臺上，采用圓周循環(huán)的工作方式，可大大減小加工專機(jī)的尺寸。線從上面的鐵管通過，可有效的防止工作時受到油的腐蝕。工作臺面是一塊經(jīng)過熱處理的鋼板，硬度高，強(qiáng)度大，足以固定及支撐上面的機(jī)構(gòu)。鋼板上面鉆有很多尺寸不同的通孔和螺紋孔，用于固定專機(jī)所需的加工機(jī)構(gòu)。工件在加工專機(jī)內(nèi)需完成：送料、鉆孔、攻絲、銑平面、去毛刺倒角和出料6個處理。為了實(shí)現(xiàn)工位

29、的等分，我們采用了六等分的間歇分割器。分割器上裝配分度盤，分割器轉(zhuǎn)動帶動分度盤轉(zhuǎn)動，將工件輪流傳送到不同工位，以完成加工。分度盤上等分地安裝六個夾具，用于固定加工工件。送料、鉆孔、攻絲、銑平面、倒角和出料機(jī)構(gòu)也是六等分固定在工作臺上，與六個夾具相對應(yīng)。在整機(jī)裝配平面圖中，位置最下的是送料夾緊機(jī)構(gòu)。從送料夾緊機(jī)構(gòu)開始，按逆時針方向數(shù)，依次為：鉆孔機(jī)構(gòu)、攻絲機(jī)構(gòu)、銑平面機(jī)構(gòu)、去毛刺倒角機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)。工件工藝流程：送料夾緊鉆孔攻絲銑平面去毛刺倒角推出。工作臺四周有用有機(jī)玻璃板圍住，保證了操作人員的安全。工作臺的底部用門板圍住，里面安裝了間歇分割器的驅(qū)動電機(jī)，油泵和油箱及裝加工完的工件設(shè)備。液壓油作

30、冷卻液和潤滑劑，用于鉆孔、攻絲、銑平面和倒角。工件雖然是鋁合金，硬度比較低，但是鋁合金在加工過程中會逐漸變硬，所以需要油潤滑，保證加工的精度，并且油能夠及時沖洗刀具切出來的碎屑。同時在工作臺下面分布有線槽，用于各電線的通過，保證電線的整齊通過。3.2 專機(jī)硬件設(shè)計3.2.1 電路使用的基本元器件介紹自動加工專機(jī)電路部分主要由plc、繼電器和交流接觸器組成。電路引入的是380v三相交流電，經(jīng)過開關(guān)電源的整流，輸出24v和48v直流電，其中24v為plc、離合器等供電，而48v為步進(jìn)電機(jī)供電。plc通過控制換向閥、繼電器和交流接觸器間接控制相應(yīng)的氣缸和電機(jī)。a.步進(jìn)電機(jī)介紹：送料工序使用了步進(jìn)電機(jī)

31、，本專機(jī)采用的是步科/86系列的2s86q步進(jìn)電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)不能由plc直接發(fā)脈沖進(jìn)行驅(qū)動，plc輸出的電流不足以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，所以要用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。專機(jī)采用的是步科2m530驅(qū)動器,驅(qū)動器還可進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動，專機(jī)所用驅(qū)動器的脈沖細(xì)分是200。2m430驅(qū)動器需要的是48v的直流電源供電，采用脈沖+方向的控制方式，使用plc的脈沖輸出口0。專機(jī)用到的步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)驅(qū)動器的接線圖如下圖所示。圖3.2 步進(jìn)電機(jī)接線 圖3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接線專機(jī)采用kinco步科公司的兩相步進(jìn)電機(jī)/2s86q-03865型號的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動器采用的是步科2m530（兩相雙極微動型）型號的驅(qū)動器。

32、其中步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表3.1所示：表3.1 110步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)型號110byg250c-0402步距角0.5相電流（a）4保持轉(zhuǎn)矩（n.m）12相數(shù)2相電阻()0.5相電感(mh)5.1電機(jī)長度l(mm)190轉(zhuǎn)動慣量(kg.cm2) 11.0引線數(shù)量4絕緣等級b絕緣電阻 500vdc 100m min 定位轉(zhuǎn)矩(n.m) 2.4絕緣強(qiáng)度 1000v ac 1minute 工作環(huán)境溫度 -25+40 表面溫升最高80（兩相接通額定相電流）空載啟動頻率(khz) 1.4重量(kg)8.7圖3.4 步進(jìn)電機(jī)電纜b.驅(qū)動器kinco步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器/2m530特點(diǎn)：1. 電壓最大可達(dá)直流48v；

33、2. 采用雙極型恒流驅(qū)動方式，最大驅(qū)動電流可達(dá)每相3.5a，可驅(qū)動電流小于3.5a的任何兩相雙極型混合式步進(jìn)電機(jī)；3. 對于電機(jī)的驅(qū)動輸出相電流可通過dip開關(guān)調(diào)整，以配合不同規(guī)格的電機(jī)；4. 具有電機(jī)靜態(tài)鎖緊狀態(tài)下的自動半流功能，可以大大降低電機(jī)的發(fā)熱；5. 采用專用電機(jī)驅(qū)動控制芯片，具有最高可達(dá)256/200的細(xì)分功能，細(xì)分可以通過dip開關(guān)設(shè)定，保證提供最好的運(yùn)行平衡性能；6. 具有脫機(jī)功能，可以在必要時關(guān)閉給電機(jī)的輸出電流；7. 控制信號的輸入電路采用光耦器件隔離，降低外部噪聲的干擾。驅(qū)動器的規(guī)格參數(shù)如表3.2所示。表3.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器規(guī)格參數(shù)供電電壓直流24v48v輸出相電流1.

34、2a3.5a控制信號輸入電流616ma冷卻方式自然風(fēng)冷使用環(huán)境要求避免金屬粉塵、油霧或腐蝕性氣體使用環(huán)境溫度-10+45使用環(huán)境溫度85%非冷凝重量0.7kg圖3.5是驅(qū)動器的典型接線方法，分共陽接法與共陰接法。圖3.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器典型接線圖步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動器搭配的矩頻曲線特性如圖3.6所示。圖3.6 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動器搭配的矩頻曲線圖 專機(jī)采用2s86q-03865/2m530搭配，是因?yàn)榕浜鲜褂梅奖?，在生產(chǎn)小工件上性能穩(wěn)定，同時性價比高等。c.攻絲機(jī)：攻絲工序使用自動攻絲機(jī)，為了保證攻絲的質(zhì)量，絲攻到達(dá)下限位必須立刻反轉(zhuǎn)。為此，電路設(shè)計方面安排了兩個交流接觸器，一個控制正轉(zhuǎn)，另一個控制反轉(zhuǎn)

35、。攻絲開始時，正轉(zhuǎn)接觸器接通，反轉(zhuǎn)斷開；到達(dá)下限位，反轉(zhuǎn)接觸器接通，正轉(zhuǎn)斷開。到了上限位時，兩個接觸器都斷開。攻絲正反轉(zhuǎn)的接線圖如下圖所示。圖3.7 攻絲機(jī)接線圖d.分割器電機(jī)：分割器里分度盤是需要經(jīng)常啟動和停止的，如果控制間歇分割器電機(jī)經(jīng)常通斷電，電機(jī)的使用壽命必然會大大降低。因此，需要使總接觸器一接通分割器電機(jī)就開始轉(zhuǎn)動，而此時由plc控制電機(jī)離合器的通斷來控制分度盤的啟動和停止。從而大大的提高分割器電機(jī)的使用壽命。分割器電機(jī)的接線如圖3.8所示：圖3.8 分割器電機(jī)接線圖e.鉆孔、銑邊、倒角電機(jī)：鉆孔、銑邊、倒角電機(jī)均是采用三相異步電機(jī)，采用的是星形連接。鉆孔、銑邊、倒角電機(jī)接線圖如圖3

36、.9所示。圖3.9 鉆孔、銑邊、倒角電機(jī)接線圖f. 三色指示燈：三色指示燈用來識別專機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)專機(jī)按下電源啟動按鈕時，但沒開始工作，電路處于通電狀態(tài)，這時三色指示燈會閃黃燈；當(dāng)專機(jī)在正常工作無故障時，會閃綠燈；若電路出現(xiàn)故障或工人操作出現(xiàn)錯誤時，三色指示燈會閃紅燈，起警示作用，能很好的對專機(jī)的工作狀態(tài)起到良好的提示。三色指示燈接線如圖3.10所示。圖3.10 三色指示燈接線圖g.傳感器專機(jī)中對于氣缸的上下限位用到磁性開關(guān)，專機(jī)中有八個氣缸，總的用到17個磁性開關(guān)起位置檢測作用，對氣缸的行程進(jìn)行很好的控制。磁性開關(guān)接線如圖3.11所示。圖3.11 磁性開關(guān)接線圖h.氣控電路：專機(jī)使用氣缸推

37、動相關(guān)機(jī)構(gòu)完成各個工序，氣缸的進(jìn)氣和出氣由換向閥控制。設(shè)計使用兩位四通換向閥，共8個,分別是：送料上頂氣缸、送料上推氣缸、送料下推氣缸、鉆孔氣缸、銑平面氣缸、倒角氣缸、出料上頂氣缸和出料推出氣缸。plc控制氣缸不需要繼電器，直接把i/o輸出點(diǎn)連接到換向閥的信號線。圖3.12是plc和換向閥的接線圖。圖3.12 plc與換向閥接線圖其中，送料下推、送料上頂、出料上頂、出料推出直接與按鈕相接，不經(jīng)過電控柜，可由按鈕面板相應(yīng)按扭直接控制，方便操作，能更好地對它們進(jìn)行控制降低了工人的勞動強(qiáng)度。專機(jī)采用的是亞德客超薄型氣缸且?guī)в写怒h(huán)，因?yàn)閷C(jī)安裝空間窄、行程短，且需要位置檢測。i.主電路：主電路如圖3.

38、13所示，電路引入的是380v三相四線電供電，圖中斷路器是空氣斷路開關(guān)，是整個電路的總開關(guān)?？諝鈹嗦烽_關(guān)一閉合，電源指示燈亮。電路出現(xiàn)短路或者其他情況，空氣斷路開關(guān)自動迅速斷開，以保護(hù)電路的其他部分。電路中有設(shè)置一個電源啟動按鈕，按下啟動按鈕，總接觸器接通，開關(guān)電源、plc接觸器等上電。專機(jī)中由于采用的電源啟動按鈕不帶鎖，所以在接線時對其進(jìn)行了自鎖。急停按鈕是在風(fēng)機(jī)軸套自動加工專機(jī)遇到緊急情況時使用，當(dāng)按下它時，總接觸器斷電，受總接觸器控制的電路斷電，整個電路也就斷電。在設(shè)計中，對油泵進(jìn)行單獨(dú)控制。是因?yàn)樵趯C(jī)進(jìn)行調(diào)試時，一般不供油，且油泵不受plc的控制；而進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)，專機(jī)處于正常工作狀態(tài)

39、，必需要油進(jìn)行潤滑，這時油泵需要經(jīng)常工作，所以為油泵單獨(dú)設(shè)置控制按鈕。只要按下按鈕，油泵工作，專機(jī)供油。同時為了防止過載或電路短路，在電路中串入了熔斷器，以更好地保證專機(jī)安全工作。3.13 主電路圖圖3.14是總接觸器控制下的各個控制子電路。總接觸器接通，24v和48v的開關(guān)電源通電，24v的給plc供電、48v的給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器供電。鉆孔電機(jī)、攻絲電機(jī)、銑邊電機(jī)和倒角電機(jī)都是由繼電器和交流接觸器組成的控制電路來控制，同時各交流電機(jī)均采用星形連接。當(dāng)plc輸出信號，相應(yīng)的繼電器接通，則其控制的電機(jī)開始工作。油泵的通斷則直接由按鈕控制?？偨佑|器一接通，間歇分割器電機(jī)就通電轉(zhuǎn)動。因?yàn)閷C(jī)正常工作時

40、，分度盤是經(jīng)常啟動和停止的，如果控制間歇分割器電機(jī)頻繁通斷電，必然會大大降低電機(jī)的使用壽命。因此，使總接觸器一接通分割器電機(jī)就轉(zhuǎn)動，而plc控制電機(jī)離合器的通斷來控制分度盤的啟動和停止。別外三色指示燈是由220v交流電供電。圖3.14 子電路j.按鈕面板： 專機(jī)中，為了能方便操作，把需要用到按鈕控制的各元器件的按鈕都裝在一個面板里，我們把它稱為按鈕面板，圖3.15是按鈕面板圖。在按鈕開關(guān)中，有三個是帶自鎖的，分別用于手動、自動及油泵控制。另外攻絲機(jī)鈕子開關(guān)采用的是三向的開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打著正中時，結(jié)合plc的控制，能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)自動換轉(zhuǎn)，當(dāng)開關(guān)處于兩邊任一邊時，剛只能實(shí)現(xiàn)一種狀態(tài)。同時還把計數(shù)器、電

41、源指示燈等也裝在了按鈕面板上，能更加方便對專機(jī)的操作與控制。圖3.15 按鈕面板路3.3 本章小結(jié)本章對專機(jī)相關(guān)的硬件進(jìn)行了介紹，解析了專機(jī)所用到的步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。同時對各元器件的接線進(jìn)行了解析，對主電路，各支路也作出了講解，對專機(jī)電路部分有了一定的了解。第四章 專機(jī)軟件設(shè)計4.1 程序的總體安排專機(jī)的plc控制程序采用任務(wù)式安排，這樣可以節(jié)省plc周期掃描的時間，提高plc動作的處理速度；不同任務(wù)內(nèi)的定時器、計數(shù)器可以重復(fù)使用，減少程序?qū)lc資源的占用。在本設(shè)計中，plc控制總程序一共分成以下幾個單獨(dú)的任務(wù)，分別是：初始化處理、自動、手動、和輸出。其中，自動、和手動任務(wù)之間是互鎖

42、的，兩個之中最多只能有一個任務(wù)在運(yùn)行，如果兩個同時按下，三色指示燈就會作出相應(yīng)的警示，亮起紅燈。加工是一般采用自動加工，手動一般用來調(diào)試時用。按下任一種加工方式選擇按鈕，對應(yīng)的任務(wù)啟動，并將另外一個任務(wù)置為待機(jī)狀態(tài)，這樣就保證了加工方式互不干涉?？偝绦蜻€包含了一些初始化處理。4.2 初始化處理在初始化任務(wù)里面，使用了mov指令為程序用到的數(shù)據(jù)存儲位送入所需的數(shù)據(jù)。其中d300、d302位分別存放了送料步進(jìn)電機(jī)的1538和1539個脈沖。之所以進(jìn)行這樣的處理，是因?yàn)樗土蠙C(jī)構(gòu)的送料齒輪共有13齒，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器的驅(qū)動細(xì)分為200，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要20000個脈沖，而20000不能被13整除。

43、也就是說，如果每次向電機(jī)發(fā)送1538或1539個脈沖，一圈過后將會有幾個脈沖的誤差。隨著專機(jī)的長時間工作，累積的誤差將會越來越大，最終會導(dǎo)致齒輪和落料口之間有錯位，工件不能順利定位甚至無法進(jìn)入落料口。為了解決這個問題，采用數(shù)據(jù)互補(bǔ)。把其中6次供給1539個脈沖，另7次供給1538個脈沖，這樣13次輸出的脈沖數(shù)總共為：15396+15387=20000。這樣，送料齒輪就不會錯位，可以一直保持正常運(yùn)行。d500、d501兩位存放了送料步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸出頻率4000hz。初始化任務(wù)用了第一次任務(wù)啟動標(biāo)志作為輸入條件，為各個位賦初值，此后的周期，將不執(zhí)行該任務(wù)。直到下一次plc上電，才一周期執(zhí)行該任務(wù)

44、。圖4.1為步進(jìn)電機(jī)的初始化處理梯形圖。圖4.1 步進(jìn)電機(jī)初始化梯形圖4.3 手動程序手動加工方式主要用來調(diào)試機(jī)器，共分為六部分：送料、鉆孔、攻絲、銑平面、倒角和出料。其中每個任務(wù)部分之前互不干涉，只要按下按鈕面板里的手動按鈕及其中的一個手動相應(yīng)按鈕，相對應(yīng)的工序就開始動作，動作完成后自動停止。在手動加工里，多個按鈕可以同時按下。手動任務(wù)程序框圖如圖4.5所示。4.5手動程序框架圖輸出：各個指示燈、氣缸和電機(jī)的實(shí)際輸出。4.4 本章小結(jié) 本章主要對專機(jī)控制部分的plc程序進(jìn)行了介紹，對初始化處理，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖的解決訪客作出了說明，由于我是完成手動部分，所以對于自動與手動方面，只介紹了手動的程序流程圖。第五章 整機(jī)調(diào)試出現(xiàn)的問題及解決方法1 接線由于線比較多，所以難免有少部分線接法不當(dāng)，這時需要對每根線進(jìn)行檢查，運(yùn)用萬能表，檢查哪根線不適當(dāng)時重接。2 氣缸不能自動復(fù)位專