數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

第第頁(yè)共50頁(yè)前言中國(guó)數(shù)控市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)相結(jié)合的機(jī)床一體化產(chǎn)品，具有高效、精密、柔性自動(dòng)化和信息集成特點(diǎn)，特別適用加工復(fù)雜形狀的零件，因而成為現(xiàn)在先進(jìn)制造技術(shù)最重要的基礎(chǔ)裝備和世界機(jī)床市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，受到機(jī)械制造企業(yè)的青睞。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展大體上經(jīng)歷了緩慢、快速和深入發(fā)展三個(gè)階段，目前一達(dá)較高水平，其機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率至少超過(guò)50%，產(chǎn)品數(shù)控化率至少超過(guò)20%。設(shè)計(jì)思想在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的今天，產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的前提下，如何提高機(jī)床的加工范圍和降低制造成本是提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。產(chǎn)品成本一般包括原材料、工具損耗、機(jī)床折舊、工人工資和各項(xiàng)管理費(fèi)用，他們與勞動(dòng)生產(chǎn)了密切相關(guān)，因此提高產(chǎn)品加工效率是降低成本的最有效途徑。在小批量多品種生產(chǎn)中，為了加工具有精確角位置的零件，可采用回轉(zhuǎn)盤(pán)或多齒分度盤(pán)進(jìn)行精確加工，但對(duì)于直徑較大、較重的工件卻無(wú)能為力，這就需要設(shè)計(jì)制造大型回轉(zhuǎn)臺(tái)。隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來(lái)越多地被要求配備第四軸和第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年600臺(tái)左右。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)作為機(jī)床附件，其技術(shù)性能的提高直接影響著數(shù)控機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)與落地銑鏜床及各種大型、重型銑鏜床配用，是機(jī)械加工的最佳組合，為此類(lèi)機(jī)床增加了一個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)一個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)。擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍，能完成平面、圓柱面、角度面的加工，對(duì)各種形狀復(fù)雜的中、大重型工作的掉頭鏜十分有利，是一次完成多面加工的最佳選擇。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與數(shù)控落地銑鏜床，各種大型、重型加工中心、數(shù)控端面銑配用，更是機(jī)械加工的最佳組合?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要附件。它的作用是按照控制裝置的信號(hào)或指令做回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以使數(shù)控機(jī)床能完成指定的加工工序。常見(jiàn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。?功能：完成工作臺(tái)的連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給和任意角度的分度。?作用：既能作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，又能作為分度頭完成工件的轉(zhuǎn)為換面。特點(diǎn)：采用伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、精確分度和定位。種類(lèi)：開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)考慮到數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)使用后，在對(duì)不需要回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工件加工時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的存在影響將要加工工件的裝卸、加工等操作，所以本次設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，把它制造可以拆卸夾具式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。該工作臺(tái)具有兩大優(yōu)點(diǎn)：第一：使用時(shí)，工作臺(tái)如夾具固定在直線(xiàn)進(jìn)給工作臺(tái)的T行槽內(nèi)，不用時(shí)，即可拆下，工作臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立體，可以有幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床公用。第二：本結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)高溫、高速和便于保證裝配精度的特點(diǎn)。通過(guò)這樣的改動(dòng)后使得回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的加工范圍和加工精度都得到了擴(kuò)展，在方法適用于中小型加工廠對(duì)多齒類(lèi)零件的加工，同時(shí)也提高了設(shè)備利用率。在數(shù)控機(jī)床電氣控制中可編程控制器（PLC）是應(yīng)用最廣泛的控制裝置，已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置。PLC置于NC系統(tǒng)和機(jī)床之間，控制主軸、刀庫(kù)等外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，當(dāng)前數(shù)控機(jī)床電器控制系統(tǒng)采用PLC已成為發(fā)展趨勢(shì)。PLC以微處理器為基礎(chǔ)，是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備，面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，具有操作方便、可靠性高的特點(diǎn)，在包括數(shù)控機(jī)床在內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化控制中得到廣泛應(yīng)用，成為新一代通用工業(yè)控制設(shè)備，于CAD\CAM技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人并成為加工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。利用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器—接觸器控制，可以避免大量的電器元件的更換，在邏輯關(guān)系改變時(shí)只需要相應(yīng)的修改程序就可以啊實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，既節(jié)省時(shí)間、也節(jié)省成本，同時(shí)大幅度提高了機(jī)床自動(dòng)化控制程度和電器控制系統(tǒng)柔性化。目前PLC技術(shù)已經(jīng)成熟，基于PLC的機(jī)床電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有良好的可行性。1.方案設(shè)計(jì)1.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)時(shí)，應(yīng)該考慮合理的布局。在滿(mǎn)足所要達(dá)到功能的前提下，應(yīng)該降低成本。同時(shí)要使工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、裝配容易，而且達(dá)到所需的精度要求。比較幾種不同的傳動(dòng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)平面圓柱齒輪包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配。缺點(diǎn)：制造復(fù)雜，成本較高，承載能力較小。單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配。缺點(diǎn)：制造復(fù)雜，成本較高。雙蝸桿雙蝸輪結(jié)構(gòu)傳動(dòng)（如圖1.1）優(yōu)點(diǎn):可以消除蝸輪桿的反向間隙，調(diào)整方便，裝配簡(jiǎn)單，減速比大，也可提高電機(jī)扭矩，并且具有自鎖功能。缺點(diǎn)：成本較高。圖1.1雙蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)雙蝸桿單蝸輪結(jié)構(gòu)傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：可以消除蝸輪蝸桿的反向間隙，調(diào)整方便，裝配制造簡(jiǎn)單，成本低，承載能了大。缺點(diǎn):傳動(dòng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。我們對(duì)于以上四種方案比較優(yōu)化，其中第四種方案比較好，因此這個(gè)方案為本次設(shè)計(jì)方案。（如圖1.2）雙蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理如圖1.2所示，設(shè)當(dāng)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)50轉(zhuǎn)（即蝸桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)50轉(zhuǎn)時(shí)）蝸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)1轉(zhuǎn)，即蝸桿蝸輪的傳動(dòng)比為50：1。1.1)上式中：n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；Z——工件的等分?jǐn)?shù)；50——蝸桿蝸輪副的傳動(dòng)比1.3雙蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的一些改進(jìn)雙蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它在具體的實(shí)際應(yīng)用中還存在著一定的局限性，現(xiàn)下面對(duì)這些局限性進(jìn)行分析和改造。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)夾具式改造：考慮到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)使用之后，在對(duì)不需要回轉(zhuǎn)工作臺(tái)加工的工件加工時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的存在影響將要加工工件的裝卸、加工等操作。所以對(duì)傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行改造，把它制造成可以拆卸夾具式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。上述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有兩大優(yōu)點(diǎn):使用時(shí)，工作臺(tái)如夾具固定在直線(xiàn)進(jìn)給工作臺(tái)的T行槽內(nèi)，不用時(shí)，即可拆下，工作臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立體，可以由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床共用。本結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)高溫、高速和便于保證裝配精度的特點(diǎn)。通過(guò)這樣的改動(dòng)后使得回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在加工范圍和精度得到擴(kuò)展，該設(shè)備適用于中小型加工廠對(duì)多齒類(lèi)零件的加工，同時(shí)也提高了設(shè)備利用率。1.4雙蝸桿結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用雙蝸桿傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制工作臺(tái)的正反轉(zhuǎn)，兩個(gè)蝸桿分別與蝸輪左右齒面接觸，盡量消除正反傳動(dòng)間隙。采用六個(gè)氣壓缸作為工作臺(tái)的夾緊裝置。兩個(gè)錐齒輪實(shí)現(xiàn)雙蝸桿的傳動(dòng)。設(shè)計(jì)參數(shù)為：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)臺(tái)面尺寸（直徑高）為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（材料為HT200）重量:（材料密度）所能承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為100N.機(jī)械部件的設(shè)計(jì)和校核蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)參數(shù)初始條件確定：設(shè)定蝸桿轉(zhuǎn)速為2000r/min,蝸輪蝸桿副的傳動(dòng)比為50。材料選擇考慮到蝸桿的傳遞功率不大，但速度比較高。所以蝸桿選用40Cr鋼，芯部調(diào)質(zhì)、表面淬火、硬度為HRC45,加工精度6級(jí)并磨削。蝸桿形式采用延伸漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿，法面齒形角。蝸輪材料ZCuSnlOPl,金屬膜制造，其最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為100NM選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿（ZA）。按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核.由傳動(dòng)中心距的公式：——（2.1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩按照估計(jì)取效率。則——(2.2)確定載荷系數(shù)K因?yàn)楣ぷ鬏d荷比較穩(wěn)定，所以取載荷分布不均勻系數(shù),選取使用系數(shù)TOC\o"1-5"\h\z。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可以取動(dòng)載系數(shù)。則(2.3)確定彈性影響系數(shù)因?yàn)檫x用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，所以選取—確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿的分度圓直徑和傳動(dòng)中心距a的比值一，則可以查出確定許用應(yīng)力根據(jù)蝸輪材料ZCuSnlOPl，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC?？傻贸鑫佪喌脑S用應(yīng)力為。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(2.4)現(xiàn)取失效概率為1%,安全系數(shù)為S=1(2.5)計(jì)算中心距求的中心距取模數(shù)則蝸桿分度圓直徑。這時(shí)一查表得。所以，滿(mǎn)足要求。蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸輪分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑外徑咽喉母圓半徑(2.6)(2.7)(2.8)(2.9)2.10)(2.11)齒寬取B=35mm(2.12)頂隙(2.13)齒寬包角(2.14)蝸桿分度圓直徑齒頂圓直徑(2.15)齒根圓直徑(2.16)軸向齒距(2.17)螺旋線(xiàn)導(dǎo)程(2.18)法向齒距(2.19)

(2.20)蝸桿螺旋角(2.20)壓力角螺旋部分長(zhǎng)度——所以校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由公式2.21)當(dāng)量齒數(shù)2.22)由查出螺旋角系數(shù)(2.23)(2.24)許用彎曲應(yīng)力(2.24)查出ZCuSnlOpbl制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力查出壽命系數(shù)MP

而故滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度表2.1蝸輪蝸桿參數(shù)蝸桿參數(shù)蝸輪參數(shù)分度圓直徑分度圓直徑齒頂圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒根圓直徑軸向齒距外徑螺旋線(xiàn)導(dǎo)程S（咽喉母圓半徑法向齒距齒寬蝸桿齒螺旋角頂隙壓力角齒寬包角蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng)，由于蝸桿傳動(dòng)效率不較低，所以工作時(shí)發(fā)熱量比較大，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)地散逸，將引起油溫的不斷升高使?jié)櫥拖♂專(zhuān)瑥亩龃竽Σ翐p失，甚至發(fā)生膠合。所以必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定的處于規(guī)定的范圍內(nèi)。由于摩擦損耗的功率則產(chǎn)生的熱量（單位時(shí)間內(nèi)）為(2.25)式中為蝸桿傳動(dòng)的功率P,單位為KW以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周?chē)諝饫锏臒崃?單位為W)為(2.26)式中：箱體的表面散熱系數(shù)，可取,當(dāng)周?chē)諝饬魍己脮r(shí)，取偏大值。內(nèi)表面能被潤(rùn)滑油飛濺到，而外表面可被周?chē)諝馑鋮s的箱體的表面積，單位為。有的工作溫度，一般限制在，最高不超過(guò)。周?chē)鷾囟瘸Ｈ“礋崞胶鈼l件，可求得在給定工作條件下的油溫(單位為)為(2.27)或在給定工作條件下，保持正常工作所需要的散熱面積S(單位為)為(2.28)兩式中各符號(hào)的單位和意義同前。在或有效的散熱面積不足時(shí)，則必須采取措施提高散熱能力，通常用的方法有：增加散熱片增大散熱面積。在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇，加速空氣流通。在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管道。經(jīng)檢驗(yàn)計(jì)算，滿(mǎn)足熱平衡要求。精度等級(jí)、公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)是分度裝置，在輕載條件下工作。根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿（ZA），蝸輪精度等級(jí)6級(jí)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，蝸桿尺寸公差為IT6，形位公差為IT6。2.4錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算與校核2.4．1錐齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)錐齒輪齒形采用格里森齒制等頂隙收縮弧齒，正交傳動(dòng)，齒形角。確定兩個(gè)錐齒輪的齒數(shù)都為22，傳動(dòng)比為1。兩個(gè)齒輪材料都為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS。采用6級(jí)精度。2錐齒輪的設(shè)計(jì)已知選用6級(jí)精度，兩個(gè)齒輪材料都為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS。選齒數(shù)確定作用在蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩—（2.29）按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由公式(2.30)彈性影響系數(shù)由《械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10—6查得試選載荷系數(shù)K試選選齒輪寬度系數(shù)-傳動(dòng)比接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(2.31)查接觸疲勞強(qiáng)度系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖查得取失效概率為1%,安全系數(shù)S=l,則(2.32)計(jì)算則分度圓直徑為校核模數(shù)按照幾何關(guān)系計(jì)算取(2.33)計(jì)算圓周速度（平均直徑處）查圖校對(duì)按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核a.b.的確定(2.34)(2.35)(2.36)(2.37)c.確定(2.38)查表當(dāng)時(shí)，查表10-20C，查得所以一錐齒輪幾何尺寸分度圓直徑(2.39)節(jié)錐角—(2.40)節(jié)錐距——(2.41)齒寬(2.42)周節(jié)(2.43)變?yōu)橄禂?shù)齒頂高(2.44)齒根高齒頂間隙(2.46)齒根角—(2.47)齒頂角—(2.48)齒頂圓錐角(2.49)齒根圓錐角(2.50)齒頂圓直徑(2.51)齒根圓直徑節(jié)錐點(diǎn)到輪冠的距離—(2.53)大端分度圓弧齒厚——(2.54)

(2.55)(2.56)分度圓弧齒厚(2.55)(2.56)分度圓弧齒高2.5軸設(shè)計(jì)計(jì)算與校核根據(jù)前面所列的基本參數(shù)，現(xiàn)在對(duì)蝸桿、蝸輪、錐齒輪等進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。蝸桿軸的設(shè)計(jì)蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)軸上所需要的零件，確定最小軸的直徑并草繪軸的結(jié)構(gòu)圖。圖2.1蝸桿軸擬定軸上零件的裝配方案。經(jīng)過(guò)對(duì)軸上裝配零件的分析計(jì)算，其裝配方案如上圖所示根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段軸徑和長(zhǎng)度。蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算確定作用在蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩(2.62)選擇45鋼正火處理，硬度為計(jì)算最小直徑根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得(2.63)選用30204型軸承，聯(lián)軸器選用所以最小軸徑取為.2.5.3蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上定位的要求確定各段軸的直徑和長(zhǎng)度(1)為了滿(mǎn)足聯(lián)軸器的軸向定位要求，L1—L2段軸左端需要軸肩，故L1端軸的直徑長(zhǎng)度由聯(lián)軸器確定，。(2)初步選軸承因?yàn)檩S同時(shí)受到軸向力和徑向力的作用，故選雙列圓錐滾子軸承?？紤]到工作要求并根據(jù)軸徑查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》初選00基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的雙列圓錐滾子軸承30204，其基本尺寸為。根據(jù)相關(guān)參數(shù)，軸左端應(yīng)選用N204E圓柱滾子軸承，基本尺寸為(3)取安裝錐齒輪處軸直徑為。這樣去可以對(duì)軸承N204E圓錐滾子軸承的左端其定位作用。已知錐齒輪的寬度為17mm。為了是軸端的擋板與錐齒輪很好的接觸并其定位作用。故。軸承N204E圓錐滾子軸承右端軸肩定位。蝸桿兩端直徑根據(jù)蝸桿參數(shù)取,長(zhǎng)度根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)蝸桿右端取左端。由蝸桿參數(shù)已知d5=60mm、l5=90mm。零件的軸向定位軸承30205的右端用圓螺母固定定位，因此該段軸做成螺紋型。選用M20*1.5的薄螺母。其基本尺寸為。為了保證軸端不與電機(jī)碰撞，故根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)。錐齒輪左端采用軸端擋板定位，并用螺釘緊固，軸端做成螺紋孔，選用六角螺釘，基本參數(shù)6)軸上零件的軸向定位錐齒輪、聯(lián)軸器于軸的軸向定位均采用平鍵連接，按查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》基本尺寸為：(7)軸端倒角為2.5.4蝸桿軸的受力分析

求軸的載荷，根據(jù)軸的載荷做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下:圖2.2軸的載荷分度各級(jí)傳動(dòng)效率按n=0.9計(jì)算，則--(2.64)再水平面內(nèi)：——(2.65)因?yàn)椋?2.66)(2.67)所以：垂直平面內(nèi)：得已知?jiǎng)t由得可以看出C點(diǎn)處受最大載荷，故對(duì)C點(diǎn)進(jìn)行彎扭合成校核。(2.68)則(忽略鍵槽的影響)故合理。2.5.5蝸輪軸的設(shè)計(jì)(1)取傳動(dòng)效率n=0.95，則蝸輪軸上的功率(2.69)—(2.70)(2)選擇蝸輪軸的材料為45鋼，正火處理，硬度(3)計(jì)算軸徑軸在蝸輪以上部分受扭轉(zhuǎn)力矩，蝸輪安裝部分的軸徑為：-(查手冊(cè)得C=117106)(2.71)選用22206/W33調(diào)心滾子軸承，其內(nèi)徑2.5.6聯(lián)軸器的選擇本設(shè)計(jì)中電機(jī)軸與蝸桿軸通過(guò)彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)。這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，只是用帶有彈性套的柱銷(xiāo)代替了聯(lián)結(jié)螺栓，通過(guò)蛹狀的彈性套傳遞扭矩，它可以緩沖減振。彈性套的材料常用耐油橡膠，并且做成截面形狀，以提高其彈性，半聯(lián)軸器與軸的配合孔可以做成圓柱或圓周形。半聯(lián)軸器的材料常用HY200,有時(shí)也采用35鋼等材料，柱銷(xiāo)的材料也采用35鋼。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖量成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)（即脈沖頻率）成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車(chē)、反轉(zhuǎn)及其他任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度。特別是在短距離的傳動(dòng)中，步進(jìn)電機(jī)具有很好的精度保障。因此，本次設(shè)計(jì)選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)單介紹基本工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)位移或角位移的執(zhí)行元件。對(duì)這種電機(jī)送一個(gè)控制脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)速度就高，反之則慢；分配脈沖的相序改變后，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。稱(chēng)為一步。脈沖數(shù)增加，直線(xiàn)或角位移隨之增加；脈沖頻率高，旋步進(jìn)電機(jī)的重要參數(shù)步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定了下來(lái)。步距角電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）1.5度/3度（三相電機(jī)）等。靜轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的，直接啟動(dòng)（一般低速）時(shí)兩種負(fù)載都要考慮，加速啟動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載；恒速運(yùn)行時(shí)只考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力距應(yīng)為摩擦負(fù)載的倍內(nèi)好，靜力距一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）電流靜力距一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)距頻特性曲線(xiàn)圖，判別電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、驅(qū)動(dòng)電壓）。力矩與功率步進(jìn)電機(jī)一般再較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率轉(zhuǎn)換如下：（3.1）（3.2）（3.3）其為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩，單位牛頓每米。（半步工作）（3.4）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)PPS）步進(jìn)電機(jī)的選型慣量折算和負(fù)載折算

已知條件：在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，蝸輪蝸桿的模數(shù)徑，蝸輪的分度圓直徑,蝸桿的長(zhǎng)度面直徑，系統(tǒng)的傳動(dòng)比，蝸輪的寬度kg/kg慣量匹配計(jì)算由慣量匹配的條件：,蝸桿的分度圓直工作臺(tái)。材料的密度(3.5)(3.6)kg慣量匹配計(jì)算由慣量匹配的條件：,蝸桿的分度圓直工作臺(tái)。材料的密度(3.5)(3.6)3.7)(3.8)取匹配值等于2，則有：則km步進(jìn)電機(jī)軸上總慣量的計(jì)算(3.9)km(3.9)慣性轉(zhuǎn)矩空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩為：（3.10）工作臺(tái)所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為lOONm,取效率n=0.8—一（3.11）忽略摩擦轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為工作時(shí)電機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩按照正常運(yùn)行所需要的在最大靜轉(zhuǎn)矩:（3.12）驗(yàn)算驗(yàn)算準(zhǔn)則（3.13）選擇步進(jìn)電機(jī)型號(hào)選擇金壇市四海電機(jī)電器廠生產(chǎn)的永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（三相90）,根據(jù)上述計(jì)算的最大靜轉(zhuǎn)矩5.4N.M，選擇步距角為0.6度，型號(hào)為90BYG350C.

它的技術(shù)參數(shù)為：\內(nèi)容相數(shù)相電流電感步距角保持轉(zhuǎn)矩空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量型號(hào)型號(hào)AmH度N.mKHzKHzKg90BYG350C33.05.20.6/1.26.32.015114.8控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制方式選擇本次設(shè)計(jì)選用可編程控制器(ProgrammableLogicController)PLC控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作。PLC適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝備。它能夠完成較精確地位置控制。PLC的簡(jiǎn)單介紹可編程序控制器的由來(lái)和分類(lèi)可編程控制器的由來(lái)可編程控制器(ProgrammableController)簡(jiǎn)稱(chēng)PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)相區(qū)別，也可簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC。是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。在60年代，汽車(chē)生產(chǎn)流水線(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車(chē)的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車(chē)型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短?？删幊炭刂破鞯默F(xiàn)狀世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物?？删幊炭刂破鞯姆诸?lèi)PLC一般可按I/O點(diǎn)數(shù)和結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)。1）按I/O總點(diǎn)數(shù)分類(lèi)（1）小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以下，用戶(hù)存儲(chǔ)器容量在2KB以下。小型PLC適用于開(kāi)關(guān)量控制場(chǎng)合，具有邏輯運(yùn)算、計(jì)算、計(jì)時(shí)等功能，可以實(shí)現(xiàn)條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制和順序控制。（2）中型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在256—1024點(diǎn)之間，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量在2-8KB。中型PLC除具有上述邏輯運(yùn)算功能外，還有模擬量輸入、輸出、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)通信等功能。這種PLC多采用模塊使結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可根據(jù)控制要求增加I/O模塊外，還有模擬量模塊。因此，可以完成既有開(kāi)關(guān)量又有模擬量復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。（3）大型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)上，最多可達(dá)8192點(diǎn)，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量在8KB或8KB以上。這種PLC有豐富的I/O模塊，能適應(yīng)各種控制要求。它除了能用梯形圖編程外，還可以采用高級(jí)語(yǔ)言編程，如BASIC、C語(yǔ)言等。具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模塊調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)中斷、過(guò)程監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)通訊、文件處理、遠(yuǎn)程控制、智能控制等，也可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或整個(gè)工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。2）按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)（1）整體式（箱體式）將PLC的中央處理器單元、輸入、輸出部件安裝在一塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)箱體。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，通過(guò)輸入、輸出端子與外部設(shè)備連接。一般小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)，它適用于單機(jī)自動(dòng)控制。（2）機(jī)架模塊式把PLC的各個(gè)部分制成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的模塊，主要有CPU模塊（包括存儲(chǔ)器）、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊以及其他各種模塊直接插入機(jī)架底板的插座上即可。這種結(jié)構(gòu)形式配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展，用戶(hù)根據(jù)控制要求靈活地配置各種模塊，構(gòu)成各種控制系統(tǒng)。一般大型、中型PLC采用這種結(jié)構(gòu)?？删幊炭刂破鞯奶攸c(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)這是選擇控制裝置的首要條件?？删幊炭刂破魃a(chǎn)廠家在硬件方面和軟件方面上采取了一系列抗干擾措施。（無(wú)觸點(diǎn)控制）硬件措施：屏蔽、濾波、隔離軟件措施：故障檢測(cè)、信息保護(hù)和恢復(fù)、警戒時(shí)鐘（死循環(huán)報(bào)警）、程序檢驗(yàn)（2）使用靈活，通用性強(qiáng)產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可靈活選用。軟接線(xiàn)邏輯使得PLC能簡(jiǎn)單輕松的實(shí)現(xiàn)各種不同的控制任務(wù)，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。（3）編程方便，易于掌握采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂；近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語(yǔ)言（SFC——SequentialFunctionChart），也稱(chēng)功能圖，使編程更簡(jiǎn)單方便。（4）接口簡(jiǎn)單、安裝，維護(hù)方便、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可編程控制器可直接與現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電設(shè)備相連接，接口電路模塊化，與被控制對(duì)象的硬件連接方式簡(jiǎn)單，接線(xiàn)少、便于維護(hù)。體積小、重量輕、便于安裝。有完善的自診斷和監(jiān)視功能?？删幊炭刂破鲗?duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)，通信狀態(tài)，異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。可以方便的查出故障原因，迅速作出處理。功能完善，性?xún)r(jià)比高除基本的邏輯控制，定時(shí)計(jì)數(shù)，算術(shù)運(yùn)算外，配合特殊功能模塊可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制，PID運(yùn)算，過(guò)程控制，數(shù)字控制等功能，還可與上位機(jī)通信、遠(yuǎn)程控制等。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石化、電力機(jī)械制造、汽車(chē)制造、環(huán)保及娛樂(lè)等各行各業(yè)。其應(yīng)用大概可分為以下幾類(lèi)：1)用于開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制這是PLC最基本的應(yīng)用范圍，它的主要功能是完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序控制，可用PLC取代傳統(tǒng)繼電器控制。如機(jī)床電氣、電機(jī)控制等，亦可取代順序控制。如高爐上料等，總之PLC可用于單機(jī)、多機(jī)及生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)控制。2)PID控制大中型PLC都有多路的模擬量輸入輸出和PID控制，甚至有的小型PLC也帶有模擬量輸入輸出。這樣，PLC也可以作為模擬量控制，用于過(guò)程控制。運(yùn)動(dòng)控制PLC對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸和多軸位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)地結(jié)合在一起，PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械、金屬切削機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。用于模擬量檢測(cè)和閉環(huán)過(guò)程的控制過(guò)程是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC對(duì)溫度、壓力等模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所識(shí)別的數(shù)字量。并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)PID(比例-積分-微分)控制。PID閉環(huán)控制功能已廣泛地應(yīng)用

于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、窯爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。5）定時(shí)和計(jì)數(shù)控制定時(shí)和計(jì)數(shù)精度高，設(shè)置靈活，且高精度的時(shí)鐘脈沖可用于準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制。6）通訊網(wǎng)PLC通訊包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通訊、PLC與其他控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通訊、PLC與字符屏，觸摸屏，計(jì)算機(jī)一起可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。PLC的硬件組成可編程控制器一般由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM/RAM）、輸入/輸出單元（I/O單元）、編程器、電源等主要部件組成，如圖1所示。主機(jī)電源編程器備設(shè)部外盒式磁帶一打印機(jī)——EPROM寫(xiě)入器-圖形監(jiān)控系統(tǒng)一PLC或上位計(jì)算機(jī)-1．中央處理器—-0—0—0-0--0-0-0-二二三

用戶(hù)輸入設(shè)備CPU)運(yùn)算器編程器備設(shè)部外盒式磁帶一打印機(jī)——EPROM寫(xiě)入器-圖形監(jiān)控系統(tǒng)一PLC或上位計(jì)算機(jī)-1．中央處理器—-0—0—0-0--0-0-0-二二三

用戶(hù)輸入設(shè)備CPU)運(yùn)算器輸入單元控制器存儲(chǔ)器EPROM（系統(tǒng)程序)RAM（用戶(hù)程序）外設(shè)I/O接口I/O擴(kuò)展接口用戶(hù)輸出設(shè)備輸出單元I/O擴(kuò)展

接口1CPU是可編程控制器的核心，它按系統(tǒng)程序賦予的功能指揮可編程控制器有條不紊地進(jìn)行工作，其主要任務(wù)是：（1）接收、存儲(chǔ)用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，并通過(guò)顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址。（2）檢查、校驗(yàn)用戶(hù)程序。對(duì)輸入的用戶(hù)程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤立即報(bào)警，并停止輸入；在程序運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則立即報(bào)警或停止程序的執(zhí)行。（3）接收、調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)信息。將接收到現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)保存起來(lái)，在需要數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。（4）執(zhí)行用戶(hù)程序。PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，CPU根據(jù)用戶(hù)程序存放的先后順序，逐條讀取、解釋并執(zhí)行程序，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的各種操作，并將程序執(zhí)行的結(jié)果送至輸出端口，以驅(qū)動(dòng)可編程控制器的外部負(fù)載。（5）故障診斷。診斷電源、可編程控制器內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯(cuò)誤的類(lèi)型，通過(guò)顯示器顯示出相應(yīng)的信息，以提示用戶(hù)及時(shí)排除故障或糾正錯(cuò)誤。不同型號(hào)可編程控制器的CPU芯片是不同的，有的采用通用CPU芯片，如80318051、8086、80826等，也有采用廠家自行設(shè)計(jì)的專(zhuān)用CPU芯片（如西門(mén)子公司的S7-200系列可編程控制器均采用其自行研制的專(zhuān)用芯片），CPU芯片的性能關(guān)系到可編程控制器處理控制信號(hào)的能力與速度，CPU位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運(yùn)算速度也越快。存儲(chǔ)器可編程控制器的存儲(chǔ)器可以分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等三種。輸入輸出單元輸入/輸出單元通常也稱(chēng)I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。PLC通過(guò)輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過(guò)輸出接口將結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶(hù)選用。I/O接口的主要類(lèi)型有：數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。常用的開(kāi)關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類(lèi)型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖2所示。b)c)a）直流輸入b）交流輸入c）交直流輸入通信接口PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過(guò)這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接，可將控制過(guò)程圖像顯示出來(lái)；與其PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。智能接口模塊智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線(xiàn)相連接的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)模塊，通過(guò)總線(xiàn)與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立的進(jìn)行工作。編程裝置編程裝置的作用是編程、調(diào)試、輸入用戶(hù)程序，也可在線(xiàn)監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行對(duì)話(huà)。7．電源PLC配有開(kāi)關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。4.3回轉(zhuǎn)工作臺(tái)PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)位置控制控制以三菱FX2N—48TM為主控單元，以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為驅(qū)動(dòng)單元，以0.60步距角的三項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行單元。通過(guò)控制脈沖的發(fā)生個(gè)數(shù)，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)角度，控制脈沖的頻率，從而控制步進(jìn)電機(jī)的速度，通過(guò)方向控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制?？刂埔蛩鼗剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的分度控制由數(shù)顯回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)所轉(zhuǎn)過(guò)的角位移正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的脈沖個(gè)數(shù)；因此可以根據(jù)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的角度確定PLC的脈沖個(gè)數(shù)：由關(guān)系式——式中n為脈沖個(gè)數(shù)i回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)比步距角回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角速度控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率；因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度，確定其PLC輸出的脈沖頻率。方向控制進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來(lái)改變其轉(zhuǎn)向；如步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)：當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過(guò)PLC輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)形分配器的輸出順序來(lái)實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。外部數(shù)據(jù)輸入應(yīng)用功能指令實(shí)現(xiàn)用BCD碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)進(jìn)行外部數(shù)據(jù)輸入。目前較為先進(jìn)的PLC不僅擁有滿(mǎn)足順序控制要求的基本邏輯指令，而且還提供豐富的功能指令。如果說(shuō)基本邏輯指令是對(duì)繼電氣控制原理的一種抽象提高的話(huà)，那么功能就像是對(duì)匯編語(yǔ)言的一種抽象提高。BCD碼又稱(chēng)二——十進(jìn)制編碼，這種編碼是把十進(jìn)制數(shù)的每一位分別表示成四位二進(jìn)制數(shù)形式的編碼，也叫8421碼。BCD碼與整數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系如表所示。BCD碼與整數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系整數(shù)BCD碼000001000120010300114010050101601107011181000910011000010000456010001010110BCD碼在PLC中的應(yīng)用，主要是通過(guò)外部BCD碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)設(shè)定PLC的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過(guò)外部BCD碼顯示器顯示PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)。數(shù)顯本次設(shè)計(jì)采用光柵對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行檢測(cè)，光柵每個(gè)采樣周期給PLC發(fā)個(gè)脈沖，PLC內(nèi)部采用高速計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過(guò)PLC的功能指令轉(zhuǎn)化成角度送七段數(shù)碼管顯示。RESR圓光柵具有內(nèi)徑大的特點(diǎn)，因此體積輕薄，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常低。這意味著無(wú)論何時(shí)安裝，回轉(zhuǎn)軸定位都能達(dá)到最小扭矩和最大速度。選用外徑為75mm，分辨率為13.7＂。根據(jù)公式角分辨率=360*60*60/每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)求出每個(gè)脈沖的角度系數(shù)為。則光柵檢測(cè)到的實(shí)際角度二脈沖數(shù)N角度系數(shù)PLC控制系統(tǒng)組成采用PLC控制的數(shù)顯回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由可編程控制器、環(huán)形脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。如下圖所示：步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)形脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，控制器中PLC用來(lái)產(chǎn)生控制脈沖；通過(guò)PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量；同時(shí)通過(guò)編程控制脈沖頻率——即伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度；環(huán)形脈沖分配器輸出的控制脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。4.3.3步進(jìn)電機(jī)PLC控制系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)通常設(shè)有加速、減速控制及正反控制等控制方式?？刂埔罂稍O(shè)計(jì)出步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)PLC接圖I/O接線(xiàn)圖。圖中：CP脈沖信號(hào)輸入端子;CW方向信號(hào)輸入端子;EN使能信號(hào)輸入端子;X0啟動(dòng)按鈕XI——正轉(zhuǎn)X2——反轉(zhuǎn)X3——停止4.4回轉(zhuǎn)工作臺(tái)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率的變化規(guī)律步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)和停止時(shí)有一個(gè)加速及減速過(guò)程，且加速度越小則沖擊越小，運(yùn)動(dòng)越平穩(wěn)。所以步進(jìn)電機(jī)工作一般經(jīng)歷以下過(guò)程：加速一恒速一減速一恒速一停止。因步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率也要經(jīng)歷一個(gè)類(lèi)似的過(guò)程.其變換規(guī)律如圖?？梢?jiàn)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)要使脈沖升頻，停車(chē)使脈沖降頻。由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在輸入脈沖200HZ以下運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，效率較低，故一般采用350HZ作為脈沖低頻起點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，輕載時(shí)高頻脈沖可達(dá)到6.8HZ。FX2N的部分指令簡(jiǎn)介帶加減速功能的脈沖輸出PLSRS1S2S3DFNC59K5000D0K3600Y0PLSR用來(lái)指定最高頻率；用來(lái)指定總的輸出頻率；用來(lái)設(shè)定加減速時(shí)間；D—用來(lái)指定脈沖輸出的原件號(hào)。2.諧波信號(hào)RAMPS1S2DNFNC67D1D2D3K1000RAMP預(yù)先將初值與目標(biāo)寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器DI、D2，啟動(dòng)后，D3內(nèi)容從D1到D2慢慢變化,移動(dòng)時(shí)間為掃描數(shù)N*掃描周期，傳輸完畢后M8029置0。3.脈沖數(shù)出PLSYS2DS1FNC57K1000D0Y0PLSY指定頻率，指定中間可變更。指定發(fā)生脈沖個(gè)數(shù)。D—指定脈沖輸出Y的地址號(hào)脈沖占空比為50%,執(zhí)行完畢后M8029置0.DPLSY為32位指令。1.帶鎖存的七段數(shù)碼顯示SEELSDnFNC74D0Y0K0SEGL該指令原操作數(shù)可選的數(shù)據(jù)類(lèi)型目標(biāo)操作數(shù)為Y,只有16位運(yùn)算，該指令用12個(gè)掃描周期顯示一組或兩組數(shù)據(jù)，占有8到12個(gè)晶體管輸出點(diǎn)。

控制系統(tǒng)指令程序LDM8000LDX6SETM8039ANIX5MOVK4D8039RAMPD7D6D8LDX1SETM8026ORM10PLSYD8D9Y0ANIX2FENDSETY1P11OUTM10LDM300LDX2RSTC235ORM11LDX7ANIX1OUTC235K370554774RSTY1LDIM30OUTM11OUTC235D10SETY2MULD10K106D12SETM20DIVD12K10000D14LDM20DIVD14K10000D16BINK3X10D0SEGLD16Y3K2MULD0K500D2SRETDIVD2K6D4ENDMOVPK6500D6MOVPK350D7MOVPK0D9SETM30LDM30RSTM20PLSRD6D4K3600Y0CALLP11LDX5ANIX6RAMPD7D6D8K2500SETM8026PLSYD8D9Y04.5回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制舉例分度控制假設(shè)要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)30°，則控制過(guò)程為：1．?dāng)?shù)據(jù)輸入根據(jù)前面所述的,應(yīng)用功能指令BIN實(shí)現(xiàn)用BCD碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)進(jìn)行外部數(shù)據(jù)輸入。目前較為先進(jìn)的PLC不僅擁有滿(mǎn)足順序控制要求的基本邏輯指令，而且還提供了豐富的功能指令。在BCD碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)中輸入30寫(xiě)出功能指令BINK3X10D0PLC將把30轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制00110000并通過(guò)X10-X17輸入口傳輸給PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器D0.脈沖計(jì)算因?yàn)轵?qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)是靠脈沖控制的，所以當(dāng)數(shù)據(jù)輸入PLC內(nèi)部后，PLC將根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行脈沖計(jì)算。TOC\o"1-5"\h\z由關(guān)系式：一設(shè)計(jì)中i=50，。實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)算指令為：MULD0K5000D2DIVD2K6D4該指令把計(jì)算后所需的脈沖個(gè)數(shù)存放在數(shù)據(jù)寄存器D4中。驅(qū)動(dòng)