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XX大學(xué)畢業(yè)論文 學(xué)院：XX學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械XX 姓名：XXX 學(xué)號(hào)：XX 目 錄 摘 要 3 關(guān)鍵詞 3 Abstract 4 Keywords 4 第一章 PLC簡(jiǎn)介及發(fā)展歷史 5 1.1 PLC發(fā)展 5 1.2 PLC的用途 7 1.3 PLC的性能特點(diǎn) 8 1.3.1 硬件的可靠性 8 1.3.2 編程簡(jiǎn)單，使用方便 9 1.3.3 接線簡(jiǎn)單，通用性好 9 1.3.4 可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 10 1.4 PLC的工作原理 11 1.5 PLC的編程語(yǔ)言 12 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 2.1 PLC硬件設(shè)計(jì) 14 2.1.1 CP1H簡(jiǎn)介 14 2.1.2 PLC點(diǎn)表設(shè)計(jì)及接線 15 2.2 步進(jìn)電機(jī)硬件設(shè)計(jì) 17 2.2.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 17 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 3.1 軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介 21 3.2 工藝流程圖分析 22 3.3程序功能分析 24 3.3.1啟動(dòng)按鈕自鎖 24 3.3.2原點(diǎn)搜索／原點(diǎn)復(fù)位功能 24 3.3.3置位，復(fù)位功能 26 3.3.4 頻率設(shè)定指令 26 第四章 送料定位與夾緊 28 4.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 28 4.2 傳送部分的選型 28 4.3 滾珠絲杠的選型 29 4.3.1滾珠絲杠的發(fā)展及應(yīng)用 29 4.3.2滾珠絲杠的原理結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 32 4.3.3滾珠絲杠的設(shè)計(jì)要求 33 結(jié)論 35 參 考 文 獻(xiàn) 36 致謝 38 全自動(dòng)鋁型材切割機(jī)送料定位與夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 在很多機(jī)械加工過(guò)程中，需要對(duì)鋁材進(jìn)行切割。而全自動(dòng)鋁型材切割機(jī)特別適用于加工精度要求高，圖形復(fù)雜的情況　它主要由PLC及傳感器和步進(jìn)電機(jī)組成。PLC在工作過(guò)程中，根據(jù)傳感器和精確的脈沖控制對(duì)步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，全自動(dòng)鋁型材切割機(jī)的控制系統(tǒng)是關(guān)鍵，它主要包括如下幾個(gè)方面； 1. 加工工件的原始參考點(diǎn)的確定； 2. 切割刀的控制； 3. 步進(jìn)電機(jī)的控制； 　基于上述要求，我們選用歐姆龍CP1H構(gòu)成控制系統(tǒng)，東洋2H45B步進(jìn)電機(jī)配合完成系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：全自動(dòng)、鋁型材切割機(jī)、PLCAbstract In many machining process, the need for aluminum cutting. Fully automatic aluminum cutting machine is especially suitable for high precision machining and complex graphics, it is mainly by the PLC and sensors and stepper motor. PLC in the work process, the precise control on the stepping motor is controlled according to the sensor, and accurate pulse. In the design process, automatic aluminum cutting machine control system is the key, which mainly include the following aspects; 1.Determining of the original reference point of the workpiece; 2.Cutting control of the knife; 3.Stepper motor control; Based on the above requirements, we have the choice of Omron CP1H control system, Japan 2H45B stepper motor control design with the completion of the system. Keywords：Automatic, aluminum cutting machine, PLC 第一章 PLC簡(jiǎn)介及發(fā)展歷史 1.1 PLC發(fā)展 第一臺(tái)可編程控制器的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國(guó)通用公司提出的。當(dāng)時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的時(shí)間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成第一臺(tái)PLC，型號(hào)為PDP-14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開(kāi)創(chuàng)了PLC的新紀(jì)元。 第一臺(tái)PLC具有模塊化、可擴(kuò)充、可重編程及用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝，占用空間小，可重復(fù)使用。盡管控制器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠標(biāo)準(zhǔn)—梯形圖編程語(yǔ)言，這樣使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用它。 在短時(shí)間內(nèi)，PLC在其他工業(yè)部門也得到應(yīng)用。到70年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用PLC代替繼電器控制設(shè)備，邁出了其實(shí)用化階段的第一步。 70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使8位微處理器和位片處理器相繼問(wèn)世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)控制、提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個(gè)時(shí)期，日本、西德（原）和法國(guó)相繼研制出了自己的PLC，我國(guó)在1974年也開(kāi)始研制。 70年代由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。這是面向工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語(yǔ)言。在功能上，PLC可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī)DDC系統(tǒng)。 進(jìn)入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)生，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使PLC符合今天對(duì)高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來(lái)越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡(jiǎn)單與易于使用的特點(diǎn)(PLC實(shí)物圖2-1) PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等。有人將其稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（即PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。目前可編程序控制器（Programmable Controller）簡(jiǎn)稱PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具。 1.2 PLC的用途 PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型： （1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 （2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。 （3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。 （4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國(guó)GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。 （5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。 1.3 PLC的性能特點(diǎn) 1.3.1 硬件的可靠性 PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡(jiǎn)化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個(gè)I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響各機(jī)的正常運(yùn)行。 由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。 1.3.2 編程簡(jiǎn)單，使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語(yǔ)言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。 PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語(yǔ)言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，很靈活方便。 這種面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語(yǔ)言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是微不足道的。 1.3.3 接線簡(jiǎn)單，通用性好 PLC的接線只需將輸入信號(hào)的設(shè)備（按鈕、開(kāi)關(guān)等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。接線簡(jiǎn)單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過(guò)程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。 用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件接口實(shí)際上是PLC的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計(jì)就使現(xiàn)場(chǎng)電氣人員與技術(shù)人員易于是用。 1.3.4 可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬(wàn)波特，傳輸距離為500—2500m；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為1M—10Mbps，傳輸距離為500—1000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級(jí)連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。 (5) 易于安裝，便于維護(hù) PLC安裝簡(jiǎn)單而且功能有效，其相對(duì)小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實(shí)改換很方便，只要將輸入/輸出設(shè)備連向接線端即可。 在大型安裝中，長(zhǎng)距離輸入/輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長(zhǎng)距離站通過(guò)同軸電纜獲雙扭線連向CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長(zhǎng)距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場(chǎng)地前由PLC制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。 從一開(kāi)始，PLC便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時(shí)只需更換模塊級(jí)插入式部件，故障檢測(cè)電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設(shè)備可見(jiàn)輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫編程指令來(lái)報(bào)告故障。 1.4 PLC的工作原理 PLC具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個(gè)階段。 所謂I/O刷新即對(duì)PLC的輸入進(jìn)行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時(shí)將新的運(yùn)算結(jié)果送到輸出端。這實(shí)際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進(jìn)行了一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新”。 由此可見(jiàn)，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說(shuō)輸出隊(duì)輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對(duì)輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于這幾個(gè)因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時(shí)間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長(zhǎng)短。 對(duì)于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒(méi)有壞處反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。因?yàn)楦蓴_常是脈沖式的、短時(shí)的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動(dòng)作將會(huì)大大減少，故增加了抗干擾能力。 但對(duì)控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，這一問(wèn)題就需慎重考慮。應(yīng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間作出精確的計(jì)算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應(yīng)延時(shí)等的不良影響。 1.5 PLC的編程語(yǔ)言 PLC提供了較完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。 PLC提供的編程語(yǔ)言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。 梯形圖(Ladder Programming)是應(yīng)用最廣的，梯形圖編程有時(shí)稱為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因?yàn)樗鸵酝睦^電器控制線路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，它與電氣操作原理相呼應(yīng)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是形象、直觀和實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。PLC的梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的時(shí)內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，其主要特點(diǎn)為使用方便、修改靈活。 功能圖編程（Function Chart Programming）是一種較新的編程方法。它的作用使用功能圖來(lái)表達(dá)一個(gè)順序控制過(guò)程。 布爾邏輯編程(Boolean Logic Programming)包括“與”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等。 每一種編程方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)每一種特殊的控制要求，根據(jù)編程者的熟練程度正確合理應(yīng)用編程方法。 PLC的這些及其他特性使之成為任何一個(gè)控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣,PLC的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) OMRON集團(tuán)1933年5月10日創(chuàng)業(yè)至今的70多年中，通過(guò)不斷創(chuàng)造新的社會(huì)需求，已經(jīng)發(fā)展成為全球知名的自動(dòng)化控制及電子設(shè)備制造廠商，掌握著世界領(lǐng)先的傳感與控制核心技術(shù)。 歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）統(tǒng)轄集團(tuán)是一個(gè)引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的跨國(guó)公司，作為歐姆龍全球事業(yè)的一部分，它已經(jīng)成為自動(dòng)化領(lǐng)域的佼佼者。歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）統(tǒng)轄集團(tuán)建有研發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)和物流基地，在華北、華東和華南擁有銷售公司，其下屬近40個(gè)事務(wù)所、辦事處遍布全國(guó)，為客戶提供最直接的服務(wù)。歐姆龍以其特有的“傳感與控制”技術(shù)，利用多年的經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的深刻理解，不斷滿足客戶對(duì)產(chǎn)品多樣化和高品質(zhì)的追求。 2.1 PLC硬件設(shè)計(jì) 2.1.1 CP1H簡(jiǎn)介 CP1H是日本歐姆龍新推出的整體式小型機(jī)，是一款性價(jià)比高、功能完備的通用控制器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，集成了開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、高速計(jì)數(shù)、4軸高速脈沖輸出、串行通信等功能于一身，CP1H指令豐富，采用任務(wù)編程方式，并支持功能塊編程方法使編程更加清楚、簡(jiǎn)便。CP1H取消了手持編程器配置，沒(méi)有通常的外設(shè)接口，取而代之的是USB端口。還有串行通信功能端口2個(gè)，可自由選擇RS-232C、和RS-485。 可編程控制器CP1H-X 是用于實(shí)現(xiàn)高速處理和高功能的程序一體化型PLC。詳細(xì)具有以下特點(diǎn)： ·CPU 單元本體，內(nèi)置輸入24 點(diǎn)/輸出16 點(diǎn)。 ·CPU 單元本體，可實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)器4 軸，脈沖輸出4軸。 ·通過(guò)擴(kuò)展CPM1A 系列的擴(kuò)展I/O 單元， CP1H 整體可以達(dá)到最大320 點(diǎn)的輸入輸出。 ·通過(guò)擴(kuò)展CPM1A 系列的擴(kuò)展單元，也能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展（溫度傳感器輸入等）。 · 通過(guò)安裝選件板，可進(jìn)行RS-232C 通信或RS-422A/485 通信（PT、條形碼閱讀器、變頻器等的連接用）。 ·通過(guò)擴(kuò)展CJ 系列高功能單元，可擴(kuò)展向上位/下位的通信功能等。 2.1.2 PLC點(diǎn)表設(shè)計(jì)及接線 選用CP1H的原因，是因?yàn)槠湫阅芊€(wěn)定，經(jīng)濟(jì)合理，而其脈沖輸出功能，也能很好的和步進(jìn)電機(jī)配合控制切割機(jī)的動(dòng)作。 硬件上設(shè)計(jì)以下硬件點(diǎn)： 1. 啟動(dòng)按鈕，用來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)。 2. 停止按鈕，控制系統(tǒng)一般，緊急情況停止。 3. 復(fù)位按鈕，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行到某一位置時(shí)，希望電機(jī)回歸原位，以便隨時(shí)校準(zhǔn)絲杠。 4. 步進(jìn)電機(jī)復(fù)位開(kāi)關(guān)，安裝在送料導(dǎo)軌上，用于每次步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作復(fù)位反饋。 5. 切割機(jī)到位開(kāi)關(guān)，安裝在切割機(jī)上下動(dòng)作氣缸上，用于反饋氣缸動(dòng)作。 6. 電機(jī)控制輸出，分別為電機(jī)脈沖輸出，方向控制，起?？刂?； 7. 切割機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制。 8. 切割機(jī)下降控制。 9. 夾具氣缸動(dòng)作，使夾具夾緊。 統(tǒng)計(jì)IO變量如表1所示 序 號(hào) 輸 入 輸 出 1 啟動(dòng)按鈕 電機(jī)脈沖輸出 2 停止按鈕 電機(jī)方向控制 3 復(fù)位按鈕 電機(jī)停止 4 步進(jìn)電機(jī)復(fù)位開(kāi)關(guān) 切割機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 5 切割機(jī)到位開(kāi)關(guān) 切割機(jī)下降 6 　 夾具夾緊 表1. IO變量表 PLC數(shù)字量輸入點(diǎn)接線圖如圖1所示。輸入點(diǎn)輸入電壓為DC24V，所以將開(kāi)關(guān)電源DC24V輸出與各開(kāi)關(guān)量相連，輸入進(jìn)PLC中。 圖1.PLC數(shù)字量輸入點(diǎn)接線圖 PLC數(shù)字量輸出點(diǎn)接線圖如圖2所示。 圖2.PLC數(shù)字量輸出點(diǎn)接線圖 2.2 步進(jìn)電機(jī)硬件設(shè)計(jì) 2.2.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 ?步進(jìn)電機(jī)(stepping motor),步進(jìn)電機(jī)(step motor)，或者是脈沖電機(jī)(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有著各式各樣的稱呼方式，這些用日本話來(lái)表示的時(shí)候，就成為階動(dòng)電動(dòng)機(jī)，還有，階動(dòng)就是一步一步階段動(dòng)作的意思，這各用另外一種語(yǔ)言來(lái)表示時(shí)，就是成為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的意思，總之，就是輸入一個(gè)脈沖就會(huì)有一定的轉(zhuǎn)角，分配轉(zhuǎn)軸變位的電動(dòng)機(jī)。? 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制組件。 在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。 單相步進(jìn)電機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。使用多相步進(jìn) 電機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)繞組。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。在非超載的情況下， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 步進(jìn)電機(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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制器的功率接口。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。也就是說(shuō)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，就可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，就可以對(duì)電機(jī)精確定位。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多，應(yīng)以實(shí)際的功率要求合理的選擇驅(qū)動(dòng)器。 本設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)選用性價(jià)比較高的東洋2H45B系統(tǒng)。 2H45B系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1. 雙極性恒流斬波驅(qū)動(dòng)； 2. 靈活的輸出電流設(shè)定； 3. 最大128細(xì)分設(shè)定，且不影響其輸出力矩； 4. 報(bào)警信號(hào)光藕隔離輸出，方便用戶監(jiān)控。； 5. 過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、高溫等報(bào)警保護(hù)； 6. 電機(jī)低速無(wú)爬行現(xiàn)象，噪音小，無(wú)共振區(qū)。 7. 通用定位孔尺寸，便于用戶安裝； 2H45B步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有一下幾個(gè)接線點(diǎn)，與PLC相連接，總結(jié)功能如表2所示： 符號(hào)標(biāo)記 功能 詳細(xì)說(shuō)明 PLS+ 輸入信號(hào)光電隔離正端　 接+5V供電電源，+5V～+24均可驅(qū)動(dòng)，高于+5V需接限流電阻。 PLS- 步進(jìn)脈沖信號(hào) 下降沿有效，每當(dāng)脈沖由高變低時(shí)電機(jī)走一步。-5.5V≤低電平≤0.3V,3.6V≤高電平≤5.5V,脈沖寬度>2.5uS DIR+ 輸入信號(hào)光電隔離正端 接+5V供電電源，+5V～+24均可驅(qū)動(dòng)，高于+5V需接限流電阻。 DIR- 方向控制信號(hào) 改變電機(jī)方向。-5.5V≤低電平≤0.3V,3.6V≤高電平≤5.5V,脈寬>2.5uS ENA+ 輸入信號(hào)光電隔離正端 接+5V供電電源，+5V～+24均可驅(qū)動(dòng)，高于+5V需接限流電阻。 ENA- 電機(jī)釋放信號(hào) 有效（低電平）時(shí)關(guān)斷電機(jī)線圈電流，驅(qū)動(dòng)停止工作，電機(jī)處于自由狀態(tài)。 表2. 輸入信號(hào)接口功能 2H45B步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器各接線端子與PLC接線圖如圖3所示： 圖3.標(biāo)準(zhǔn)接線圖 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1 軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介 編程是一個(gè)系統(tǒng)工作，它包含了對(duì)控制對(duì)象的分析理解，一直到程序調(diào)試的全過(guò)程。 1.明確控制系統(tǒng)要求 確定控制任務(wù)是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)十分重要的部分。在設(shè)計(jì)中首先必須確定控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，它決定了PLC的系統(tǒng)配置，然后確定控制系統(tǒng)動(dòng)作發(fā)生的順序和相應(yīng)的動(dòng)作條件。 2.I/O分配 根據(jù)控制系統(tǒng)區(qū)分哪些是發(fā)送 （輸入）給PLC的信號(hào)，哪些是接收來(lái)自PLC的信號(hào)（輸出），分別給出對(duì)應(yīng)的地址。同時(shí)根據(jù)程序的需要合理使用定義過(guò)的內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等。 3.繪制梯形圖 明確輸入、輸出以及它們之間的關(guān)系之后，按照實(shí)際的要求編寫梯形圖。 4.將梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符，編寫指令表。如果借助于計(jì)算機(jī)和編程軟件，可省去這一步。 5.利用編程器或編程軟件將程序輸入到PLC中。 6.檢查程序并糾正錯(cuò)誤。 7.模擬調(diào)試。 8.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。 CX-Programmer 是一個(gè)用于對(duì)Omron CP系列 PLC、CV系列 PLC、以及C系列 PLC建立、測(cè)試和維護(hù)程序的工具。它是一個(gè)支持PLC設(shè)備和地址信息、 OMRON PLC 和這些PLC支持的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信的方便工具。 CX-Programmer 在運(yùn)行微軟Windows 環(huán)境(Microsoft Windows 95 或者更新版本, 或 Microsoft Windows NT 4.0或者更新版本)的標(biāo)準(zhǔn)IBM及其兼容（基于Pentium或者更高）臺(tái)式機(jī)上面運(yùn)行。 3.2 工藝流程圖分析 統(tǒng)計(jì)IO變量如表1所示 序 號(hào) 輸 入 輸 出 1 啟動(dòng)按鈕 電機(jī)脈沖輸出 2 停止按鈕 電機(jī)方向控制 3 復(fù)位按鈕 電機(jī)停止 4 步進(jìn)電機(jī)復(fù)位開(kāi)關(guān) 切割機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 5 切割機(jī)到位開(kāi)關(guān) 切割機(jī)下降 6 　 夾具夾緊 表1. IO變量表 PLC程序設(shè)定的主要任務(wù)就是根據(jù)控制要求將公益流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題，程序編寫是軟件設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)。所以工藝流程圖在軟件設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)重的份額，下面根據(jù)控制要求，總結(jié)工藝流程圖如下： 兩切割機(jī)一起動(dòng)作，三個(gè)夾具一起動(dòng)作，這樣能大大簡(jiǎn)化程序難度，減少CPU運(yùn)算量。 3.3程序功能分析 下面詳細(xì)分析程序中各功能，及使用到命令詳解。 3.3.1啟動(dòng)按鈕自鎖 啟動(dòng)按鈕和停止按鈕在整個(gè)控制中，起著相當(dāng)重要的作用。按下啟動(dòng)按鈕運(yùn)行，并自鎖，程序中每一步動(dòng)作，都需要有啟動(dòng)按鈕的常開(kāi)點(diǎn)保證系統(tǒng)可控性。當(dāng)發(fā)生突發(fā)狀況或需要停止系統(tǒng)時(shí)，按下停止按鈕。 程序中采用中間繼電器自鎖控制系統(tǒng)啟停，如圖： 3.3.2原點(diǎn)搜索／原點(diǎn)復(fù)位功能 在CP1H CPU 單元的脈沖輸出功能中，作為決定機(jī)械原點(diǎn)的方法，可配備以下2 種功能。 1.原點(diǎn)搜索： 以通過(guò)原點(diǎn)搜索參數(shù)指定的形式為基礎(chǔ)，通過(guò)執(zhí)行ORG 指令實(shí)際輸出脈沖，使 電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，將以下3 種位置信息作為輸入條件，來(lái)確定機(jī)械原點(diǎn)的功能。 a.原點(diǎn)輸入信號(hào) b.原點(diǎn)附近輸入信號(hào) c.CW 極限輸入信號(hào)、CCW 極限輸入信號(hào) 2.脈沖輸出當(dāng)前值變更： 希望將當(dāng)前位置設(shè)為原點(diǎn)的情況下，通過(guò)INI 指令將脈沖輸出當(dāng)前值變更為0。 執(zhí)行上述中的任何一項(xiàng)時(shí)，進(jìn)入原點(diǎn)確定狀態(tài)。 此外，作為回復(fù)到原點(diǎn)的功能，還可以配備以下原點(diǎn)復(fù)位功能。 ?原點(diǎn)復(fù)位： 從電動(dòng)機(jī)停止的任意位置開(kāi)始，通過(guò)執(zhí)行ORG 指令實(shí)際輸出脈沖，使電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，使其向原點(diǎn)搜索或當(dāng)前值變更確定的原點(diǎn)位置移動(dòng)。 通過(guò)ORG 指令，輸出脈沖使電動(dòng)機(jī)實(shí)際動(dòng)作，使用顯示原點(diǎn)附近、原點(diǎn)的輸入信號(hào)來(lái)決定原點(diǎn)。作為顯示原點(diǎn)的輸入信號(hào)，使用伺服電動(dòng)機(jī)配備編碼器的Z 相信號(hào)、或外部傳感器（光電/接近傳感器/限位開(kāi)關(guān)等）?？蛇x擇幾個(gè)原點(diǎn)搜索形式。 另外，在原點(diǎn)輸入信號(hào)上連接傳感器等的集電極開(kāi)路輸出信號(hào)。原點(diǎn)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間為0.1ms（NO 接點(diǎn)設(shè)定）。這里的“原點(diǎn)輸入信號(hào)上連接傳感器”即步進(jìn)電機(jī)復(fù)位開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)每次重新上電和按下復(fù)位按鈕時(shí)，執(zhí)行“ORG”命令，搜索系統(tǒng)原點(diǎn)。程序如圖： 3.3.3置位，復(fù)位功能 系統(tǒng)中，夾具氣缸，切割機(jī)下降氣缸，及切割機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制都采用置位（SET），復(fù)位（RSET）命令。 為防止系統(tǒng)故障停止錯(cuò)位，初次上電和按下復(fù)位按鈕時(shí)，也要復(fù)位夾具氣缸，切割機(jī)下降氣缸，及切割機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 3.3.4 頻率設(shè)定指令 頻率設(shè)定指令是這個(gè)程序的核心指令，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。 可進(jìn)行無(wú)加減速脈沖輸出、定位（單獨(dú)模式）或速度控制（連續(xù)模式）。單獨(dú)模式中通過(guò)PULS 指令和置位使用。通過(guò)在脈沖輸出中執(zhí)行本指令，可變更脈沖輸出的目標(biāo)頻率。 從由C1 指定的端口中，通過(guò)由C2 指定的方式和由S指定的「目標(biāo)頻率」來(lái)執(zhí)行脈沖輸出。執(zhí)行一次SPED 指令時(shí)，通過(guò)指定的條件，執(zhí)行脈沖輸出。因此基本上在輸入微分型（帶@）或1 周期ON 的輸入條件下使用。 在獨(dú)立模式中輸出事先所設(shè)定的脈沖量時(shí)，自動(dòng)地停止脈沖輸出。在連續(xù)模式中，在執(zhí)行脈沖輸出停止之前，繼續(xù)進(jìn)行脈沖的輸出。 在獨(dú)立模式的脈沖輸出中變更為連續(xù)模式，或在連續(xù)模式的脈沖輸出中變更為獨(dú)立模式時(shí)，就會(huì)出錯(cuò)，不能被執(zhí)行。 第四章 送料定位與夾緊 4.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 鋁型材與橫向、縱向定位塊為基準(zhǔn)定位，到達(dá)傳送初始位置。機(jī)械手夾緊鋁型材后橫向運(yùn)動(dòng)設(shè)置距離。這里的機(jī)械手由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠直線運(yùn)動(dòng)，配合4套氣爪的夾取，這樣的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，采用滾珠絲杠，傳送精度高。 4.2 傳送部分的選型 給定參數(shù)：5米鋁型材質(zhì)量:15KG。鋁型材寬：40MM。傳送最大距離：500MM。 氣爪選用進(jìn)口SMC廠家，MHL2-20D-Y69A-82 MHL2-氣爪系列 20D-缸徑 Y68A-極限位置傳感器型號(hào) 82-氣爪行程 由于鋁型材較長(zhǎng)，需要增加夾取的長(zhǎng)度。本系統(tǒng)采用4套氣爪夾取。 4.3 滾珠絲杠的選型 4.3.1滾珠絲杠的發(fā)展及應(yīng)用 滾珠絲杠副早在19世紀(jì)末就已經(jīng)被發(fā)明了，但受制于當(dāng)時(shí)的制造水平，相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)未能實(shí)際應(yīng)用。美國(guó)是世界上第一個(gè)將滾珠絲杠副應(yīng)用于工業(yè) 產(chǎn)品的國(guó)家，1940年滾珠絲杠副被應(yīng)用于美國(guó)通用汽車公司薩吉諾分廠的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。我國(guó)在1950年代末期開(kāi)始研制用于數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副，并于1964年由南京工藝裝備制造廠成功生產(chǎn)出我國(guó)第一套滾珠絲杠副。隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展，滾珠絲杠副的需求迅速增加，研究和生產(chǎn)也得到了很大的促進(jìn)，特別是精密螺紋磨床的出現(xiàn)， 使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上得到了較大的飛躍。 滾珠絲杠副自1874年在美國(guó)獲得專利至今已有100多年歷史，在我國(guó)也有40來(lái)年的研制和生產(chǎn)歷史。它的功能已從最初的“敏捷省能傳動(dòng)”(上世紀(jì)40～50年代)到“精密定位”(70年代～)，再?gòu)摹按髮?dǎo)程快速驅(qū)動(dòng)”(80年代～)到“精密高速驅(qū)動(dòng)”(90年代～)，在這過(guò)程中產(chǎn)品不斷升級(jí)換代得到一次質(zhì)的飛躍。 在數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)出現(xiàn)前的很長(zhǎng)時(shí)間里，要提高機(jī)構(gòu)定位精度，主要通過(guò)提高滾珠絲杠副的精度來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)滾珠絲杠的導(dǎo)程誤差要求很高，給滾 珠絲杠副的制造帶來(lái)困難，使?jié)L珠絲杠副的生產(chǎn)成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，各項(xiàng)精度指標(biāo)只有通過(guò)數(shù)控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床多次加工才能達(dá)到。隨著數(shù)控補(bǔ)償 技術(shù)的出現(xiàn)，在沒(méi)有很高精度的滾珠絲杠副的情況下，也能通過(guò)數(shù)控補(bǔ)償獲得高的定位精度。從而給滾珠絲杠的加工工藝爭(zhēng)取了空間，使冷軋工藝成為繼旋磨工藝之后又一個(gè)被廣 泛采用的加工手段。 由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，現(xiàn)在滾珠絲杠副已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域，并已成為機(jī)械傳動(dòng)與定 位的首選部件。與此同時(shí)，伴隨這滾珠絲杠副的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越多，滾珠絲杠副除了經(jīng)典規(guī)格的加工工藝得到不斷進(jìn)步外，在多個(gè)特定方向上也有 了很大發(fā)展，主要在以下幾方面： 微型滾珠絲杠副——在一些要求結(jié)構(gòu)非常緊湊需要微動(dòng)控制的場(chǎng)合，如航天航空領(lǐng)域、小型精密測(cè)試裝置、精密儀器等，它們基本上都需要公稱直徑d0<12mm，導(dǎo)程Ph=0.5～2.5mm 的微型滾珠絲杠副。在電子器件生產(chǎn)線插件裝置、小型機(jī)器人等需要高速驅(qū)動(dòng)的領(lǐng)域，也需要微型滾珠絲杠副，甚至還要求導(dǎo)程很大。 大導(dǎo)程滾珠絲杠副——在機(jī)械產(chǎn)品向高速化發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度的要求不斷提高，大導(dǎo)程滾珠絲杠副自然成為最便捷的選擇。如工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控鍛壓機(jī)械、加工中心 及機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械等，它們甚至需要導(dǎo)程等于公稱直徑的大導(dǎo)程滾珠絲杠副。 重載滾珠絲杠副——隨著重型機(jī)床數(shù)控化、注塑機(jī)械電控化的不斷擴(kuò)大，重載滾珠絲杠自然應(yīng)運(yùn)而生。重載滾珠絲杠副的出現(xiàn)，使得一些之前只有通過(guò)液壓實(shí)現(xiàn)的大推力傳動(dòng)系統(tǒng) 電氣化成為現(xiàn)實(shí)，既減少了能源品種，又提高了控制精度。 現(xiàn)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上對(duì)滾珠絲杠副還沒(méi)有統(tǒng)一的分類，但各國(guó)一般按公稱直徑和導(dǎo)程分為： 普通滾珠絲杠副——通常指公稱直徑d0=16～100mm，導(dǎo)程Ph=4～20mm，螺旋升角<9°的滾珠絲杠副。 微型滾珠絲杠副——指公稱直徑d0<12mm的滾珠絲杠副，其中對(duì)于導(dǎo)程Ph<3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副，螺旋升角>9°的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副。 大導(dǎo)程滾珠絲杠副——指公稱直徑d0>16mm，螺旋升角>9°或?qū)С蘌h=d0的滾珠絲杠副，對(duì)于螺旋升角>17°則稱為超大導(dǎo)程滾珠絲杠副。 重型滾珠絲杠副——指公稱直徑d0>120mm的滾珠絲杠副。 世界主要滾珠絲桿生產(chǎn)制造商： THK 　(日本) NSK (日本) TSUBAKI (日本椿本) STAR (德國(guó)) SHUTON (西班牙) PMI-AMT(中國(guó)臺(tái)灣銀泰) HIWIN (中國(guó)臺(tái)灣上銀) 漢江機(jī)床廠 南京工藝裝配廠 4.3.2滾珠絲杠的原理結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 滾珠絲杠組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。 工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺 旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán) 運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 1. 摩擦小，效率高。一般情況下，它的機(jī)械效率在90%以上，約比滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的機(jī)械效率高2-4倍。因此，在同樣負(fù)荷下，驅(qū)動(dòng)扭矩較滑動(dòng)絲杠減少2/3-3/4。同時(shí)它的逆?zhèn)鲃?dòng)效率也很高，接近正傳動(dòng)效率，因此它可以比較容易地把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2. 由于是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，無(wú)論是靜止，還是高、低速時(shí)，摩擦扭矩幾乎不變，因而靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)。 3. 磨損少，壽命長(zhǎng)。滾珠絲杠副中的主要零件，如絲杠、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置中部分零件，均經(jīng)過(guò)熱處理，并且有很高的表面光潔度，再加上滾動(dòng)摩擦很小，因而具有良好的耐磨性，壽命約為滑動(dòng)絲杠副的4-10倍以上。 4. 定位精度和重復(fù)定位精度高。由于滾珠絲杠副摩擦小，溫升小，無(wú)爬行、無(wú)間隙。通過(guò)預(yù)緊進(jìn)行拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 5. 可靠性高。潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的缺點(diǎn)： 1. 不自鎖。因其你傳動(dòng)效率很高，滾珠絲杠副一般不能自鎖。因此在不允許產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)的地方，如橫梁的升降系統(tǒng)等，必須增設(shè)制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)。 2. 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝性差，成本高。 4.3.3滾珠絲杠的設(shè)計(jì)要求 滾珠絲杠副是絲杠和螺母之以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)副，它可以將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或相反。其組成和主要尺寸如圖所示。 — 公稱直徑； —滾珠絲杠螺紋外徑； —滾珠絲杠螺紋底徑； —軸頸直徑； —滾珠螺母體螺紋外徑； —滾珠螺母體螺紋底徑； —滾珠螺母體螺紋內(nèi)經(jīng)； —節(jié)圓直徑； —滾珠直徑； —螺紋全長(zhǎng)； α—公稱接觸角； —導(dǎo)程； φ—導(dǎo)程角 主要部分 輔助部分 滾珠絲杠 螺紋部分、支撐軸頸 其他 滾珠螺母 滾珠螺母體、滾珠循環(huán)裝置 密封件、潤(rùn)滑劑、預(yù)緊元件、 滾珠 負(fù)載滾珠 間隔滾珠 查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)以及有關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)一根公稱直徑20mm、基本導(dǎo)程10mm、循環(huán)圈數(shù)2.5、額定動(dòng)載荷≥5000N的外循環(huán)雙螺母式滾珠絲杠。 結(jié)論 為期兩個(gè)半月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過(guò)程，我覺(jué)得受益匪淺。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識(shí)與技能去分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的一次綜合訓(xùn)練。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固、擴(kuò)大和強(qiáng)化了自己所學(xué)到的理論知識(shí)與技能，提高自己設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖、編寫技術(shù)文件的能力，學(xué)會(huì)正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等工具書，并在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實(shí)際，嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和獨(dú)立工作能力，為畢業(yè)后從事技術(shù)工作打下了良好的基礎(chǔ)。 我是在保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、并充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件保證工人具有良好而安全的勞動(dòng)條件的前提下，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)的。 由于自己能力所限，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師、同學(xué)們批評(píng)指正。 參 考 文 獻(xiàn) [1]段志堅(jiān). 工程制圖[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.1 [2]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.11 [3]朱耀祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.10 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