教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　、緒論錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.1 前言............................................................................................................ 錯(cuò)誤!未定義書簽。<

2、/p><p>　　1.2 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介............................................................................................ - 1 -</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)的目的及意義........................................................

3、.................... - 2 -</p><p>　　第二章、設(shè)計(jì)任務(wù)說明書2</p><p>　　2.1基本任務(wù)及要求錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2.2進(jìn)度安排及完成時(shí)間錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　第三章、課題總體方案的確定.........3</p><p>　　

4、3.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇...................................................................................3</p><p>　　3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)..........................................................................................

5、3</p><p>　　3.3系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定...................................................................................3</p><p>　　3.4伺服系統(tǒng)的選擇...................................................................

6、........................3</p><p>　　3.5 X、Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式.............................................................................3</p><p>　　第四章、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)........

7、.......................................................................... 6</p><p>　　4.2運(yùn)動(dòng)控制模塊簡(jiǎn)介...................................................................................... 6</p><p>　

8、　4.3控制單元PLC的選擇6</p><p>　　4.4定位模塊FX2N-20GM簡(jiǎn)介錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.4.1主要控制信號(hào).......................................................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　

9、4.4.2主要參數(shù)........................................................................................... .錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.4.3指令運(yùn)用.............................................................................

10、...............錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.4.4定位單元各部分引腳名稱功能示意圖..................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.5驅(qū)動(dòng)放大器..............................................................

11、...................................- 11 -</p><p>　　4.6變頻器的選擇.............................................................................................- 12 -</p><p>　　4.6.1FR-E540變頻器簡(jiǎn)介........

12、.....................................................................- 12 -</p><p>　　4.6.2變頻器外部接線圖...............................................................................- 13 -</p><p>　　4

13、.6.3變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控...............................................................................- 13 -</p><p>　　4.7步進(jìn)電機(jī)的選擇........................................................................................ -

14、 14 -</p><p>　　4.8控制系統(tǒng)硬件連接原理圖錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.9控制面板的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　第五章、課程設(shè)計(jì)總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　第六章、附錄錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　6.1參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。<

15、;/p><p>　　6.2電器元件清單錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　在我國(guó)對(duì)外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策

16、略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。 </p><

17、;p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。</p><p>　　1.2 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介</p><p>　　數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,兩者的加工工藝基本相同,結(jié)構(gòu)也有些相似,但數(shù)控銑床是靠程序控制的自

18、動(dòng)加工機(jī)床,所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有很大區(qū)別. 如圖所示，數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)等幾大部分組成：</p><p>　　1、主軸箱 包括主軸箱體和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，用于裝夾刀具并帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速范圍和輸出扭矩對(duì)加工有直接的影響。</p><p>　　2、進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由進(jìn)給電機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包

19、括直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3、控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工。</p><p>　　4、輔助裝置 如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。</p><p>　　5、機(jī)床基礎(chǔ)件 通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)和框架</p><p>　　其中，XY數(shù)控工作臺(tái)是數(shù)控銑

20、床的重要組成部分，它是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生

21、產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)也將從機(jī)械選擇以及程序設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面對(duì)XY數(shù)控銑床進(jìn)行大致的研究。</p><p>　　1.3課程設(shè)計(jì)的目的及意義</p><p>　　《機(jī)電一體化》課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的時(shí)間性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)

22、，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的與要求： </p><p>　　通過設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其想怪知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。 </p><p>　　通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式 </p><p>　　通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算

23、控制方法與控制驅(qū)動(dòng)方式 </p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想 </p><p>　　鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫科技論文的能力</p><p>　　第三章 課題總體方案的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)兩個(gè)大的

24、方面。還有系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服系統(tǒng)及通電方式控制方案的確定，X、Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式等。下面進(jìn)行方案的分析。</p><p>　　3.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 </p><p><b>　　導(dǎo)軌副的選用 </b></p><p>　　要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是用來配套輕型的立式數(shù)控銑床，需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)

25、量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　絲杠螺母副的選用 </p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.010mm的脈沖當(dāng)量和 ±0.01mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快

26、、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。 </p><p><b>　　減速裝置的選用 </b></p><p>　　選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。為此本例決定采用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱 </p><p>　　

27、伺服電動(dòng)機(jī)的選用 </p><p>　　任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有1000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性/價(jià)比。 </p><p><b>　　檢測(cè)裝置的選用 </b>&

28、lt;/p><p>　　選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏高的，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。 考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X

29、、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。</p><p>　　3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 </p><p>　　對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制，選用三菱公司的PLC

30、中FX系列的FX2N-80MT 作為控制系統(tǒng)的控制單元，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。 </p><p>　　要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。 </p><p>　?。?）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。</p><p>　　3.3系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式

31、的確定</p><p>　　該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。</p><p>　　3.4伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。</p

32、><p>　　考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　3.5 X、Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式</p><p>　　為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選

33、用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖如下:</b></p><p>　　圖2 系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　

34、由前面所確定的控制方案，針對(duì)本課題教學(xué)實(shí)驗(yàn)用數(shù)控銑床系統(tǒng)的要求，制定了相應(yīng)的控制系統(tǒng)。即采用PLC(可編程邏輯控制器)與PC相聯(lián)系的控制系統(tǒng)。其總體示意圖如下所示：</p><p>　　圖3 控制系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　4.2運(yùn)動(dòng)控制模塊簡(jiǎn)介 </p><p>　　PLC通過使用專用的定位控制模塊，可以對(duì)直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的位置，速度和加速度進(jìn)行

35、控制，也可實(shí)現(xiàn)單軸或多軸位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制有機(jī)地結(jié)合起來，廣泛地用于各種通用機(jī)械、專用機(jī)床、機(jī)器人、電梯等。三菱公司生產(chǎn)生產(chǎn)的定位控制模塊，屬于智能I／O模塊，其本身就是一個(gè)帶有微處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有很強(qiáng)的信息處理能力和控制功能，其CPU與PLC本身的CPU并行工作，大大提高了系統(tǒng)的速度和控制功能。 </p><p>　　Fx2N系列定位控制模塊20GM是能夠獨(dú)立進(jìn)行2軸定位控制的裝置，不僅具備定位

36、控制語言、編程控制語言，還具有進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的功能指令，因此可以獨(dú)立進(jìn)行更高級(jí)的定位控制。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由PLC，F(xiàn)X2N-20GM，步進(jìn)電機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器組成。</p><p><b>　　基本原理如下圖：</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　?。?）由

37、用戶通過PC機(jī)在三菱FX2n-80MT的專用軟件FXGPWIN進(jìn)行梯形圖程序的編寫，并通過232通信線傳給PLC。</p><p>　?。?）PLC。用戶可以通過手動(dòng)按鈕或控制盒輸入開關(guān)量給PLC，通過計(jì)算后PLC產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器電源開關(guān)信號(hào)，并通過運(yùn)動(dòng)控制模塊20GM控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。然后，驅(qū)動(dòng)器拖動(dòng)數(shù)控機(jī)床的X軸伺服電機(jī)和Y軸伺服電機(jī)完成兩軸聯(lián)動(dòng)。</p><p>　?。?）20GM。安裝

38、時(shí)，與PLC固定在同一金屬槽中并通過內(nèi)部扁平線纜和PLC接口電路連接。在PLC的作用下，它會(huì)向步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制脈沖。用戶可以通過上位機(jī)中的20GM專用軟件FXVPS-E進(jìn)給量進(jìn)行設(shè)置，并通過232通信線進(jìn)行傳輸。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在接收到脈沖信號(hào)和方向后，通過連接絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.3控制單元PLC的選擇</p>&l

39、t;p>　　三菱公司PLC的FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16--25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。 系統(tǒng)配置既固定又靈活。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16--256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。備有可自由選擇，豐富的品種?？蛇x用16/32/48/64/80/128點(diǎn)

40、的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。</p><p>　　綜合我們本次課題的控制方面的要求以及經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，我們選擇三菱FX2N－80MT主機(jī)作為我們這次課題的控制器。 </p><p>　　三菱可編程序控制器主機(jī)，型號(hào)；FX2N-80MT-001 ，兩路獨(dú)立輸出最高達(dá)100KPS脈沖，可控制步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)做定位控制，晶體管輸出比普通繼電器輸出

41、反應(yīng)時(shí)間縮短90%以上，不存在觸點(diǎn)老化問題。輸入40點(diǎn)輸出40點(diǎn)，最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)。程序容量8K；可擴(kuò)展至16。 </p><p>　　圖4 FX2N-80MT功能結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　4.4定位模塊FX2N-20GM簡(jiǎn)介</p><p>　　三菱FX2N-20GM（簡(jiǎn)稱20GM）是一種小型智能化定位單元，其完備的功能完全可以與大中型PLC定位模塊媲

42、美。擁有完善的擴(kuò)展接口，允許用戶使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，并通過驅(qū)動(dòng)單元來實(shí)現(xiàn)雙軸的定位控制。</p><p>　　FX2N-20GM定位控制器(以后稱FX2N-20GM或20GM)為脈沖電路輸出單元，它使得步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行定位控制。一個(gè)FX2N-20GM可控制2個(gè)軸（可使用線性插補(bǔ)和園插補(bǔ)）。可使用專用定位語言(cod指令)和順序語言(基本指令和應(yīng)用指令)。</p><p&g

43、t;　　20GM采用FX-VPS-E專用軟件編制控制程序。流程圖窗口由可視化的各種彩色符號(hào)塊組成，用“有向連線”連接，具有形象、直觀、簡(jiǎn)潔、易用的特點(diǎn)。雙擊對(duì)應(yīng)的指令符號(hào)塊即出現(xiàn)“參數(shù)設(shè)置”的形象化對(duì)話框，可以方便地進(jìn)行操作。</p><p>　　FX2N-20GM統(tǒng)稱定位單元，是輸出脈沖序列的專用單元，模塊的輸出脈沖數(shù)、脈沖頻率可調(diào)，通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器或伺服器控制。</p><p>　　FX

44、2N-20GM配有一種專用定位語言指令和順序語言基本指令和應(yīng)用指令進(jìn)行編制位置控制程序，能夠同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸，并可實(shí)現(xiàn)線性/圓弧插補(bǔ)功能，位置控制功能。</p><p>　　FX2N-20GM脈沖發(fā)生單元后面稱作"PGU",通過給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)脈沖,可實(shí)現(xiàn)兩軸定位可實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)控制。 作為PLC的一種特殊模塊,可單獨(dú)工作,也可與PLC連接使用.當(dāng)與FX2N系列的PL

45、C連接使用時(shí),利用模塊自帶扁平電纜直接與PLC的擴(kuò)展口或擴(kuò)展模塊擴(kuò)展口連接;模塊地址依與PLC連接的順序從左往右分別為#0,#1,#2,……;與PLC之間使用FROM和TO 指令傳遞數(shù)據(jù)與命令。</p><p>　　4.4.1主要控制信號(hào)</p><p>　　FX2N-20GM脈沖發(fā)生單元主要控制信號(hào)的功能和意義如表1所示。</p><p>　　表1 主要控制信

46、號(hào)的功能和意義</p><p><b>　　4.4.2主要參數(shù)</b></p><p>　　FX2N-20GM脈沖發(fā)生單元主要參數(shù)如表2所示。</p><p>　　表2 主要控制信號(hào)的功能和意義</p><p><b>　　4.4.3指令運(yùn)用</b></p><p>　　

47、使用FROM、TO指令可對(duì)20GM的參數(shù)進(jìn)行讀寫操作。指令格式如下：</p><p>　　設(shè)20GM的模塊地址為#0，則第一條指令執(zhí)行結(jié)果是將20GM中D9004的數(shù)據(jù)（X軸的當(dāng)前位置值）讀到PLC的數(shù)據(jù)寄存器D30中；第二條指令的執(zhí)行結(jié)果是把PLC的數(shù)據(jù)寄存器D350中數(shù)據(jù)（應(yīng)存放運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大速度值）送到20GM的9208中。 </p><p>　　20GM 的大部分參數(shù)均可由PLC進(jìn)

48、行讀寫操作，少部分 參數(shù)只能進(jìn)行讀操作，使用時(shí)請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀使用說明書。 </p><p>　　圖5 FX2N-20GM的尺寸結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.4.4定位單元各部分引腳名稱功能示意圖</p><p>　　圖6 定位單元引腳名稱功能示意圖</p><p><b>　　4.5驅(qū)動(dòng)放大

49、器</b></p><p>　　圖7 放大器的結(jié)構(gòu)組成</p><p><b>　　4.6變頻器的選擇</b></p><p>　　變頻器應(yīng)用與變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變

50、頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。本次課程設(shè)計(jì)綜合經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性以及性能的考慮，選用三菱FR—E540變頻器來作為主軸三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻器。</p><p>　　4.6.1 FR—E540變頻器簡(jiǎn)介</p><p>　　FR—E540變頻器是

51、日本三菱公司為了適應(yīng)現(xiàn)代工廠自動(dòng)化進(jìn)程而開發(fā)的一種新型多用途變頻器。它除保持了以往三菱變頻器功能強(qiáng)大、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)之外，還可以應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)各種控制網(wǎng)絡(luò)中，以便發(fā)揮更大的遠(yuǎn)程控制功能，從而實(shí)現(xiàn)智能化工廠（Smart Factory）的目標(biāo)。</p><p><b>　　參數(shù)說明：</b></p><p>　　注：其他功能參數(shù)參見FR—E540變頻器操作手冊(cè)。<

52、/p><p>　　4.6.2 變頻器外部接線圖</p><p>　　圖8 變頻器外部接線圖</p><p>　　4.6.3變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控</p><p>　　利用三菱CC—LINK網(wǎng)絡(luò)可以在在MCGS監(jiān)控系統(tǒng)中遠(yuǎn)程控制變頻器，其方法如下：</p><p>　?。?）打開MCGS軟件，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境。</p>

53、<p>　?。?）在菜單籃中選中 ，系統(tǒng)自動(dòng)彈出一個(gè)變頻器控制對(duì)話框，如下圖所示：</p><p>　　（3）單擊“輸出頻率”的頻率顯示框，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)頻率寫入對(duì)話框，在此輸入您想要使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，點(diǎn)擊“確定”，完成頻率設(shè)置。如下所示：</p><p>　?。?）在控制區(qū)域中，點(diǎn)擊 按鈕，啟動(dòng)變頻器系統(tǒng)；</p><p>

54、　　（5）點(diǎn)擊 或 按鈕，使電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。在電機(jī)運(yùn)行過程中，也可以時(shí)時(shí)改變變頻器的運(yùn)行頻率。</p><p>　?。?）如欲使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)擊 。</p><p>　　4.7步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　電機(jī)選擇磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)</p><p>　?。?） 步距角的選擇</p>

55、<p>　　初步選定步距角為1.5°根據(jù)已知條件選擇步進(jìn)電機(jī)</p><p>　?。?）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)見下表。</p><p>　　表3-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　4.8控制系統(tǒng)硬件連接原理圖</p><p>　　硬件連接原理圖包括輸入部分和輸出兩個(gè)部分部分，如下圖所示。&l

56、t;/p><p><b>　?。?）輸入部分</b></p><p><b>　?。?）輸出部分</b></p><p>　　圖9 控制系統(tǒng)連接原理圖</p><p>　　其中，PLC的電源控制開關(guān)是QF1，它通過內(nèi)部扁平程電纜和運(yùn)動(dòng)控制模塊20GM連接(如圖8（1）中較粗黑線)。</p>

57、<p>　　PLC的輸入按鈕包括機(jī)床啟動(dòng)、機(jī)床停動(dòng)作按鈕、X軸動(dòng)作按鈕、兩軸聯(lián)動(dòng)按鈕、Y軸動(dòng)作按鈕、正向、反向以及復(fù)位、限位開關(guān)等多個(gè)項(xiàng)目，主要用于用戶輸入開關(guān)量；PLC的輸出是Y0觸點(diǎn)和觸點(diǎn)，其中Y0通過繼電器KA0的線圈連接到公共端COM，并通過KAO觸點(diǎn)連接接觸器KM線圈，由KM的觸點(diǎn)和空氣開關(guān)QF2一起控制x軸和z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的通斷。</p><p>　　觸點(diǎn)通過其常閉觸點(diǎn)控制Y軸伺服電機(jī)

58、驅(qū)動(dòng)器的通斷，從而使機(jī)床處于單軸動(dòng)作狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)線路連接完畢后，合上QFl，并將PLC的狀態(tài)開關(guān)撥至“PROG”編程狀態(tài)，此時(shí)將梯形圖文件傳送至PLC。將20GM的編程電纜也連接到上位PC機(jī)上，并將20GM的狀態(tài)開關(guān)撥至“MANU”手動(dòng)狀態(tài)上。然后通過拍20GM專用軟件“FXVPS—E”將定位程序傳送至20GM。 </p><p>　　將開關(guān)QF2合上，并將PLC的狀

59、態(tài)開關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)，將20GM的狀態(tài)開關(guān)撥至“AUTO”狀態(tài)，PLC的Y0輸出從而使KM主觸頭閉合，驅(qū)動(dòng)器1和驅(qū)動(dòng)器2得電。按下PLC輸入端的“復(fù)位”按鈕后，X軸和Y軸將回到原位，整個(gè)系統(tǒng)處于歸零工作狀態(tài)。其中，HJD一4試驗(yàn)機(jī)已在原位設(shè)置了位置開關(guān)，用于系統(tǒng)硬件歸零。</p><p>　　若斷開開關(guān)QFI，PLC將失電，從而步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器也會(huì)失電導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)。</p><p&g

60、t;　　4.9控制面板的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)不需要反饋電路，但是要注意工作臺(tái)不能超過最大行程。因此，必須在X、Y軸的方向各加上兩個(gè)行程開關(guān)。這里行程開關(guān)作用有兩個(gè)：</p><p>　　防止工作臺(tái)超過最大行程，使電機(jī)損壞； </p><p>　?。?）可以用與定位。所以這4個(gè)行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。</p><p>　　人機(jī)

61、界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡(jiǎn)便，界面簡(jiǎn)潔明了。此系統(tǒng)中共有2個(gè)旋鈕，其中一個(gè)較大的旋鈕開關(guān)是用于用戶選擇是X軸或Y軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，還是選擇同時(shí)控制兩軸使其聯(lián)動(dòng)；另一個(gè)旋鈕開關(guān)是調(diào)速的，因?yàn)楸緮?shù)控銑床是用于教學(xué)，故對(duì)調(diào)速開關(guān)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，只設(shè)置了低、中、高三檔調(diào)速，通過設(shè)定不同的速度檔位來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而XY平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。</p><p>　　界面上的6個(gè)按扭一一對(duì)應(yīng)其功能，用戶

62、一看就能明白，這里不再贅述。操作面板上還有一個(gè)報(bào)警燈，用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電機(jī)運(yùn)行超出限位開關(guān)等緊急情況時(shí)閃爍報(bào)警，提醒用戶緊急停止系統(tǒng)的運(yùn)行，保障安全和及時(shí)挽回?fù)p失。</p><p>　　圖10 控制面板示意圖</p><p>　　第五章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我們即將走出校門的大學(xué)生來說是非常重要的，也非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)

63、的過程中，我們不僅能夠鞏固知識(shí)，鍛煉我們的動(dòng)手能力，也使我們了解到了當(dāng)今世界的前沿技術(shù)。為以后我們?cè)跈C(jī)械行業(yè)的工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì)，主要是在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化訓(xùn)練開環(huán)伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路原理設(shè)計(jì)等。旨在深化數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用方面的基本知識(shí)和技能的掌握。</p><p>　　設(shè)計(jì)過程主要包括絲杠的計(jì)

64、算、選擇，工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算，滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇，步進(jìn)電機(jī)的選擇，三相六拍通電方式的控制方案，X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì)和硬件電路原理圖設(shè)計(jì)。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多麻煩，在譚老師的悉心、耐心的指導(dǎo)下以及同學(xué)們的熱心幫助下順利的解決了這些問題，在解決問題的過程中我學(xué)到了許多，也改掉了身上的毛病，培養(yǎng)了我認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。這次課

65、程設(shè)計(jì)也為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。在今后的道路上我要繼續(xù)保持這種認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)過程中我意識(shí)到自身所學(xué)知識(shí)的不足，自學(xué)能力還需要加強(qiáng)。我國(guó)是制造大國(guó) ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移,所以,我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國(guó)就業(yè)

66、的壓力 ,保障社會(huì)的穩(wěn)定；其次從國(guó)防安全看,西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì),對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。因此作為大學(xué)生的我們因該努力學(xué)習(xí)，積極掌握尖端科技，以為祖國(guó)貢獻(xiàn)自己的力量，使我們的祖國(guó)更加強(qiáng)大。</p><p>　　最后，再一次誠(chéng)摯的感謝在課程設(shè)計(jì)過程中給與我無私、熱心指導(dǎo)的譚老師和幫助我的同學(xué)們。我將不斷加強(qiáng)鍛煉自身的能力，早日成為社會(huì)的可用之才。

67、</p><p><b>　　第六章 附錄</b></p><p><b>　　6.1參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】馮秀清 鄧星鐘 主編．機(jī)電傳動(dòng)控制（第五版） ——武漢：華中科技大學(xué)出版社2011.6</p><p>　　【2】張建民 主編．機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2版） ——北京

68、：北京理工大學(xué)出版社2013.1</p><p>　　【3】三菱公司.三菱FX2N-48MT編程手冊(cè)[M].2000</p><p>　　【4】成大先 主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2005</p><p>　　【5】吳祖育 主編．?dāng)?shù)控機(jī)床第三版.上海：科學(xué)技術(shù)出版社．2000．10</p><p>　　【6】鄭堤 唐克洪 主編．

69、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2010．6</p><p>　　【7】廖常初 主編．FX系列PLC編程及應(yīng)用. ——北京：機(jī)械工業(yè)出版社2005.4【8】房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,2002【9】王小明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,2002【10】李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004</p><p><b>

70、;　　6.2電氣元件清單</b></p><p>　　1.按鈕:啟動(dòng)按鈕X10 急停按鈕X11</p><p>　　X軸動(dòng)作旋鈕X12 兩軸聯(lián)動(dòng)旋鈕X13</p><p>　　Y軸動(dòng)作旋鈕X14 正向旋轉(zhuǎn)按鈕X15</p&g

71、t;<p>　　反向旋轉(zhuǎn)按鈕X16 復(fù)位按鈕X17 </p><p>　　4個(gè)限位開關(guān)X20、X21、X22、X23</p><p>　　2.接觸器KA0 接觸器KA1</p><p>　　3.低壓斷路器QF1 低壓斷路器QF2</p><p>　　4.可編程控制器PLC——FX2

72、N-80MT</p><p>　　5.PLC定位控制模塊20GM</p><p><b>　　6.繼電器KM</b></p><p>　　7.X軸伺服驅(qū)動(dòng)器1、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器2</p><p>　　8.45BF003Ⅱ步進(jìn)電機(jī)兩臺(tái)</p><p>　　9.直流電源、交流電源</p>