切棒料機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

切棒料機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研究,切棒料機,機械,結(jié)構(gòu)設(shè)計,研究,鉆研 成人教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 切棒料機是將棒狀材料由傳輸機構(gòu)供給切壓機構(gòu)切斷，通過切壓機構(gòu)和切壓模板臺的共同作用，切斷出符合工作要求的指定長度的相應(yīng)材料。切棒料機目前在一些電子產(chǎn)品制造企業(yè)中是一種必要的設(shè)備，可以有效的提高企業(yè)生產(chǎn)自動化水平，減少勞動強度，提高生產(chǎn)率。 切棒料機的整體系統(tǒng)，主要是由傳輸機構(gòu)、切壓機構(gòu)和切壓模板臺共同組成，以電能為輸入能量，帶動機構(gòu)運動，并使用PLC程序進行控制，使之能切斷出符合要求的材料。 主題詞： 切棒料機，機構(gòu)，電機，切壓 Abstract Cut bar feeders machine is a club-shaped materials by transmission institutions supply cut pressure machinery is cut off, through cutting pressure machinery and cut pressure template function of both, cutting machine that meets the specified length work requires the corresponding materials. Cut bar feeders machine at present in some electronic products manufacturing enterprises is a necessary equipment, which can effectively improve the enterprise production automation level, reduce labor intensity, improve productivity. Cut bar feeders machine of the overall system, is mainly composed of transmission organizations, cut pressure machinery and cut pressure template Taiwan common component based on the power for energy input, drive mechanism motion and the use of PLC program control, can cut out to meet the requirements of materials. Key words： Cut bar feeders, institutions, motor, cut pressure 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………………1 第一章 切棒料機的功能介紹………………………………………………………………3 第一節(jié) 切棒料機設(shè)備的市場需求及特點 …………………………………………………………3 第二節(jié) 切棒料機的優(yōu)缺點分析 ……………………………………………………………………6 第三節(jié) 課題的提出及意義 …………………………………………………………………………7 第二章 切棒料機的設(shè)計過程………………………………………………………………………8 第一節(jié) 總體設(shè)計方案的確定及解決的問題…………………………………………………8 第二節(jié) 進給機構(gòu)的設(shè)計 ………………………………………………………………………10 第三節(jié) 切壓機構(gòu)的設(shè)計 ………………………………………………………………………14 第四節(jié) 輔助機構(gòu)的設(shè)計 ……………………………………………………………………18 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 …………………………………… …………………………………19 第一節(jié) PLC簡介 ………………………………………………………………………………19 第二節(jié) 基于PLC的進給系統(tǒng)控制設(shè)計 ………………………………………………………23 結(jié)束語 切棒料機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計總結(jié) ……………………………………………………………30 參考文獻 …………………………………………………………………………………31 后記 ……………………………………………………………………………………………………32 切棒料機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研究 第一章 切棒料機的功能介紹 第一節(jié) 切棒料機設(shè)備的市場需求及特點 一、 工程塑料的應(yīng)用狀況及分類 在各種工程應(yīng)用，企業(yè)生產(chǎn)活動中廣泛使用著工程塑料，工程塑料英文名為engineering-plastics,工程塑料是指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強度、耐沖擊性，耐熱性，硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)截將它定義為“可以作為構(gòu)造用及機械零件用的高性能塑料，耐熱性在100℃以上，主要運用在工業(yè)上?！? 工程塑料主要分為熱塑性塑料和熱固性塑料，在工程應(yīng)用上，以以下五類工程塑料最為常見和常用： A、 聚酰胺： （PC）既具有類似有色金屬的強度，同時又兼?zhèn)溲诱剐约皬婍g性，它的沖擊強度極高，用鐵錘敲擊不能被破壞，能經(jīng)受住電視機熒光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又極好，并可施以任何著色。由于聚碳酸酯的上述優(yōu)良性能，已被廣泛用于各種安全燈罩、信號燈，體育館、體育場的透明防護板，采光玻璃，高層建筑玻璃，汽車反射鏡、擋風玻璃板，飛機座艙玻璃，摩托車駕駛安全帽。用量最大的市場是計算機、辦公設(shè)備、汽車、替代玻璃和片材，CD和DVD光盤是最有潛力的市場之一。 B、 聚碳酸酯 （PC）既具有類似有色金屬的強度，同時又兼?zhèn)溲诱剐约皬婍g性，它的沖擊強度極高，用鐵錘敲擊不能被破壞，能經(jīng)受住電視機熒光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又極好，并可施以任何著色。由于聚碳酸酯的上述優(yōu)良性能，已被廣泛用于各種安全燈罩、信號燈，體育館、體育場的透明防護板，采光玻璃，高層建筑玻璃，汽車反射鏡、擋風玻璃板，飛機座艙玻璃，摩托車駕駛安全帽。用量最大的市場是計算機、辦公設(shè)備、汽車、替代玻璃和片材，CD和DVD光盤是最有潛力的市場之一。 C、 聚甲醛 （POM）被譽為“超鋼”，這是由于它具有優(yōu)越的機械性能和化學性能，因此它可用作許多金屬和非金屬材料所不能勝任的材料，主要用作各種精密度高的小模數(shù)齒輪、幾何面復雜的儀表精密件、自來水龍頭及爆氣管道閥門。我國使用聚甲醛用于農(nóng)業(yè)噴灌機械上，可以節(jié)省大量銅材。 D、 聚對苯二甲酸丁二醇酯 （PBT）是一種熱塑性聚酯，非增強型的PBT與其它熱塑性工程塑料相比，加工性能和電性能較好。PBT玻璃化溫度低，模具溫度在50℃時即可迅速結(jié)晶，加工周期短。聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）被廣泛應(yīng)用于電子、電氣和汽車工業(yè)中。由于PBT的高絕緣性及耐溫性可用作電視機的回掃變壓器、汽車分電盤和點火線圈、辦公設(shè)備殼體和底座、各種汽車外裝部件、空調(diào)機風扇、電子爐灶底座、辦公設(shè)備殼件。 E、 聚苯醚 （PPO）樹脂具有優(yōu)良的物理機械性能、耐熱性和電氣絕緣性，且吸濕性低，強度高，尺寸穩(wěn)定性好，高溫下耐蠕變性是所有熱塑性工程塑料中最優(yōu)異的?？蓱?yīng)用于洗衣機壓縮機蓋、吸塵器機殼、咖啡器具、頭發(fā)定型器、按摩器、微波爐器皿等小型家電器具方面。改性聚苯醚還用于電視機部件、電傳終點設(shè)備的連接器等方面。 我國工程塑料工業(yè)歷經(jīng)10余年發(fā)展，成果豐碩，已逐步形成了具有樹脂合成、塑料改性與合金、加工應(yīng)用等相關(guān)配套能力的完善產(chǎn)業(yè)鏈。這是中國工程塑料工業(yè)協(xié)會理事長楊偉才在5月27日北京召開的中國工程塑料工業(yè)協(xié)會峰會上表示的。 而在各種工程塑料的應(yīng)用中，截面為圓形的棒狀材料的應(yīng)用尤為廣泛。本次設(shè)計的課題詳細介紹了各企業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵機構(gòu)之一的切棒料機的工作原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)計思路。 二、切棒料機的設(shè)計思路及特點 A、切棒料機的特點 由以上所述，塑料棒料是企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的重要原材料，應(yīng)用十分廣泛,尤其是Φ10mm以下的棒料在精密儀器生產(chǎn)制造領(lǐng)域中應(yīng)用最多。在加工生產(chǎn)中，切斷棒料是其中必不可少的一個步驟。為其正確配置一臺高效能的切棒料機，在中、大批量生產(chǎn)中是保證整線生產(chǎn)能力和自動化水平的關(guān)鍵所在。 以下所介紹的切棒料機是我們專門為某機械制造廠成型生產(chǎn)線而設(shè)計的。其特點是在機器指令下，一次可同時切斷四根棒料，且切削形式獨特，切口光滑平整，無切屑、毛刺之憂，棒料可省卻一道清晰工序、極具有重要的經(jīng)濟價值。 另外，該切棒料機，可支持4-10mm各種直徑的棒料的切斷加工，也可以按照指令設(shè)定切斷長度以符合生產(chǎn)制造的需要。 B、切棒料機的原理 切棒料機具備的運動是： 進給運動：由電機控制將塑料棒料沿著指定軌跡送入切刀口。 切斷運動：由氣缸控制切刀將棒料按照指令中的長度進行切斷。 輔助運動：在切刀的的進給料口設(shè)計專用裝備對棒料的把持和導向運動，以避免棒料未按照指定軌跡送入切刀口。 切削原理如下圖所示： 由圖中可見，在棒料切口處，還應(yīng)具有切壓模板臺在切刀的下方，起支承棒料徑向切削力的作用。切刀在做切斷運動的同時，由于護刀板與切壓模板臺的共同作用于棒料的徑向，切刀快速切斷棒料，最終導致棒料塑變斷裂，整個切削過程都不產(chǎn)生切屑，故可稱之為無屑切削。 第二節(jié) 切棒料機的優(yōu)缺點分析 一、 切棒料機的優(yōu)點 在傳統(tǒng)的企業(yè)機械加工過程中，車削加工占據(jù)了很大的比重，約占機床總數(shù)的50%。車削加工，即在車床上，利用工件的旋轉(zhuǎn)運動和刀具的直線運動或曲線運動來改變毛坯的形狀和尺寸，把它加工成符合圖紙的要求。棒料的切斷加工也是車削加工中的一部分，但是在棒料切斷的中、大批量生產(chǎn)中，使用車床進行切斷加工顯然是不合宜的。另外在車削加工中存在著相當多的安全技術(shù)問題： 1、切屑的傷害及防護措施。車床上加工的各種鋼料零件韌性較好，車削時所產(chǎn)生的切屑富于塑性卷曲，邊緣比較鋒利。在高速切削鋼件時會形成紅熱地、很長的切屑，極易傷人，同時經(jīng)常纏繞在工件、車刀及刀架上，所以工作中應(yīng)經(jīng)常用鐵鉤及時清理或拉斷，必要時應(yīng)停車清除，但絕對不許用手去清除或拉斷。為防止切屑傷害常采取斷屑、控制切屑流向措施和加設(shè)各種防護擋板。斷屑的措施是在車刀上磨出斷屑槽或臺階；采用適當斷屑器，采用機械卡固刀具。 　　2、工件的裝卡。在車削加工的過程中，因工件裝卡不當而發(fā)生損壞機床、折斷或撞壞刀具以及工件掉下或飛出傷人的事故為數(shù)較多。所以，為確保車削加工的安全生產(chǎn)，裝卡工件時必須格外注意。對大小、形狀各異的零件要選用合適的卡具，不論三爪、四爪卡盤或?qū)Ｓ每ň吆椭鬏S的聯(lián)接必須穩(wěn)固可靠。對工件要卡正、卡緊，大工件卡緊可用套管，保證工件高速旋轉(zhuǎn)并切削受力時，不移位、不脫落和不甩出。必要時可用頂尖、中心架等增強卡固?？ňo后立即取下搬手。 3、安全操作。工作前要全面檢查機床，確認良好方可使用。工件及刀具的裝卡保證位置正確、牢固可靠。加工過程中，更換刀具、裝卸工件及測量工件時，必須停車。工件在旋轉(zhuǎn)時不得用手觸摸或用棉絲擦拭。要適當選擇切削速度、進給量和吃力深度，不許超負荷加工。床頭、刀架及床面上不得放置工件、工卡具及其他雜物。使用銼刀時要將車刀移到安全位置，右手在前，左手在后，防止衣袖卷入。機床要有專人負責使用和保養(yǎng)，其他人員不得動用。 綜上所述，在中、大批量生產(chǎn)中，使用車床進行棒料的切削加工是不合宜的，而且本切棒料機的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)自動化切斷，在一定程度上能滿足中、大批量的生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率，增加生產(chǎn)安全性，減少勞動強度。可以有效的提高企業(yè)生產(chǎn)自動化水平。 二、 切棒料機的缺點 本切棒料機的缺點主要有以下幾個方面： 1、在切斷運動時由于切刀的沖擊及護刀板的壓力，噪音比較大。 2、在切棒料機運行時，不能隨時微調(diào)切棒料的長度。 3、在進給的裝置中，由于切斷的力量太大，由于棒料不能固定，塑料棒料本身密度均比較小，具有一定的彈性，容易發(fā)聲彎曲，翹起等現(xiàn)象。 造成幾個問題的原因主要是設(shè)計經(jīng)驗的不足，還有控制切刀的部分與棒料的長度比率較大，在不斷連續(xù)的切斷過程中，因為棒料的行經(jīng)路徑不能固定，造成了棒料在運動中產(chǎn)生了晃動，須待以后改進。 第三節(jié) 課題的提出及意義 一、 課題背景 中國是一個傳統(tǒng)的機械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老的機械制造廠大多還是比較舊的機床，遠遠不能滿足加工的要求。針對目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機械制造業(yè)裝備進行改造，解決機械制造業(yè)中的一些技術(shù)問題，用現(xiàn)代先進技術(shù)設(shè)計新型設(shè)備進行提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。 本課題是針對目前機械加工中的塑料棒料材料下料工序進行工藝裝備設(shè)計，其現(xiàn)實意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價值的設(shè)備設(shè)計方法，對傳統(tǒng)機械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進行技術(shù)提升，以解決目前提高加工效率，實現(xiàn)可操作性能好，減少勞動強度，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高產(chǎn)能。 二、 本課題研究的必要性及意義 本課題以研究設(shè)計一種新型的棒料塑料下料的機械設(shè)備為例，通過對次課題的研究開發(fā)，隨著科學技術(shù)水平和人類生活水平的提高，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品品種越來越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來越少，而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加，作為實現(xiàn)單件小批量加工自動化的機械設(shè)備，由于其突出的優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。本課題所涉及的棒料切斷機，可以批量的快速的加工出傳統(tǒng)機床需要一定時間才能加工出來的零件?？梢詫崿F(xiàn)加工的自動化，加工的零件精度高，具有實用性。 本課題立足于實踐操作，運用行動研究法，邊行動邊研究。 畢業(yè)設(shè)計在我們學完大學的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課之后進行，這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計對所學各課程的深入綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們的大學生活中占有重要的地位。另外在做完這次畢業(yè)設(shè)計之后，我得到了一次在畢業(yè)工作前的綜合性實踐訓練。提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，學會了使用手冊以及圖表資料。從中鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，為今后參加工作打下了一個良好的基礎(chǔ)。 第二章 切棒料機的設(shè)計過程 第一節(jié) 總體設(shè)計方案的確定及解決的問題 機械系統(tǒng)總體設(shè)計是機械設(shè)計過程中極其重要的一步，對機械的性能、尺寸、外形、質(zhì)量及生產(chǎn)成本具有重大的影響。 總體設(shè)計應(yīng)盡可能考慮人機關(guān)系、環(huán)境條件以及與加工裝配、運行管理系統(tǒng)等的聯(lián)系，使機械系統(tǒng)與外部系統(tǒng)協(xié)調(diào)和適應(yīng)，以求設(shè)計更臻完善。機械系統(tǒng)的總體設(shè)計主要包括：總體方案的設(shè)計、總體布置的設(shè)計、主要參數(shù)的確定等內(nèi)容。 基于本切棒料機的功能系統(tǒng)原理可分解為進給運動、切斷運動及導向和夾持輔助運動三部分。 對于進給運動機構(gòu)的設(shè)計，由于棒料的長度與直徑之比較大，是長行程進給運動，可選擇的設(shè)計方案有滾珠絲杠傳動，帶傳動和鏈傳動，其各種傳動機構(gòu)的優(yōu)缺點如下： 絲杠的應(yīng)用是將旋轉(zhuǎn)運動通過絲母轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動。絲杠傳動，鋼性較好，可以傳遞較大扭力，位置準確，頻繁換向時容易產(chǎn)生沖擊振動。滾珠絲杠與電機連接時中間必須加裝聯(lián)軸器以達到柔性連接。滾珠絲杠絲母間因無間隙，直線運動時精度較高，尤其在頻繁換向時無需間隙補償。滾珠絲杠絲母間摩擦力很小，轉(zhuǎn)動時非常輕松。 帶傳動的應(yīng)用是傳遞旋轉(zhuǎn)運動，改變旋向，改變速比。帶傳動，傳動平穩(wěn)，消除振動，重負荷時容易丟轉(zhuǎn)。同步帶則可以直接用同步輪與電機出力軸連接。 鏈傳動可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力;能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚的不良環(huán)境中工作;和帶傳動比較,它能保證準確的平均傳動比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小;傳遞效率較高,一般可達0.95～0.97;⑤鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象;安裝和維修要求較高.鏈輪材料一般是結(jié)構(gòu)鋼等. 基于以上各種傳動系統(tǒng)的特點已經(jīng)本切棒料機的進給運動機構(gòu)的特點，需要進給位置準確才能使棒料切斷符合生產(chǎn)要求，同時在進料以后的退回比較方便，故進給運動應(yīng)選用絲杠傳動。 切斷運動機構(gòu)是一種往復運動裝置，因此可選擇的方案為液壓傳動和氣壓傳動，其各自優(yōu)缺點簡單描述如下： 和機械、電力等傳動相比，液壓傳動有如下優(yōu)點： ① 能方便地進行無級調(diào)速，且調(diào)速范圍大。 ② 功率質(zhì)量比大。一方面在相同的輸出功率前提下，液壓傳動設(shè)備的體積小、質(zhì)量輕、慣性小、動作靈敏(這對于液壓自動控制系統(tǒng)具有重要意義);另一方面，在體積或質(zhì)量相近的情況下，液壓傳動的輸出功率大，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩或推力(如萬噸水壓機等)。 ③ 調(diào)節(jié)、控制簡單，方便，省力，易實現(xiàn)自動化控制和過載保護。 ④ 可實現(xiàn)無間隙傳動，運動平穩(wěn)。 ⑤ 因傳動介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤滑作用，使用壽命長。 ⑥ 可采用大推力的液壓缸和大轉(zhuǎn)矩的液壓馬達直接帶動負載，從而省去了中間的減速裝置，使傳動簡化。 ⑦ 液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。 液壓傳動的缺點是： ① 泄漏。因傳動介質(zhì)油液是在一定的壓力下，有時是在較高的壓力下工作的，因此在有相對運動的表面間不可避免的要產(chǎn)生泄漏。同時，由于油液不是絕對不可以壓縮的，油管等也會產(chǎn)生彈性變形，這就使得液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴格的場合。 ② 發(fā)熱。在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，由于存在機械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱、總效率降低。故液壓傳動不宜用于遠距離傳動。 ③ ③液壓傳動的性能對溫度較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染亦較敏感，故要求有良好的過濾設(shè)施。 ④ 液壓元件要求的加工精度高，在一般情況下又要求有獨立的能源(如液壓泵站)，這些可能使產(chǎn)品成本提高。 ⑤ 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不易查找原因，不易迅速排除故障。 氣壓傳動的優(yōu)點 ① 空氣可以從大氣中取得，同時，用過的空氣可直接排放到大氣中去，處理方便，萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不致產(chǎn)生不利于工作的嚴重影響，也不會污染環(huán)境。 ② 空氣的粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應(yīng)(空壓站)和遠距離輸送。 ③ 因壓縮空氣的工作壓力較低(一般為0.3—0.8MPa)，因此，對氣動元件的材料和制造精度上的要求較低。 ④ 氣動系統(tǒng)維護簡單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充、更換等問題。 ⑤ 使用安全，沒有防爆的問題，并且便于實現(xiàn)過載自動保護。 氣壓傳動的缺點 ① 氣動裝置中的信號傳遞速度較慢，僅限于聲速的范圍內(nèi)。所以氣動技術(shù)不宜用于信號傳遞速度要求十分高的復雜線路中，同時，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠距離控制也比較困難。 ② 由于空氣具有可壓縮的特性，因而運動速度的穩(wěn)定性較差。 ③ 因為工作壓力較低，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，因而氣壓傳動裝置的總推力很大。 ④ 目前氣壓傳動的傳動效率較低。 基于本切棒料機的機構(gòu)設(shè)計比較簡單，切斷時信號傳遞速度不快，切斷直徑僅為Φ10mm以內(nèi)，運動行程不大，大約50mm足夠，結(jié)構(gòu)尺寸不大，為了方便維修和使用，故而選用氣動機構(gòu)。 對于導向和夾持輔助運動的設(shè)計，由于棒料均為塑料件，壓力不大，夾持調(diào)節(jié)范圍不大，故導向裝置可選擇使用螺紋壓緊裝置，為了減輕重量，導向裝置也應(yīng)該使用鋁制材料加工。 第二節(jié) 進給機構(gòu)的設(shè)計 1、 電動機的選擇 由以上總體設(shè)計方案可知，進給機構(gòu)采用絲杠螺母傳動方式，因此需要采用電動機作為動力驅(qū)動元件，有伺服系統(tǒng)可以實現(xiàn)進給速度的自動無級調(diào)速，無須機械變速，所以，進給傳動鏈大大縮短。本課題的棒料送料軌跡為直線軌跡，對于直線移動的執(zhí)行部件，由于本課題中直線運動的速度較低，所需要的傳動精度不高，在進給工作和回退時基本是勻速直線運動，因此可以選擇使用步進電機，同時，步進電機可以直接通過聯(lián)軸器與撕杠連接，縮短傳動鏈尺寸，極大的提高傳動精度和剛度。盡管如此，為了保證進給系統(tǒng)的傳動性能要求，在機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除選較高精度的傳動元件外，還必須在結(jié)構(gòu)上減少和消除傳動間隙。 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。 1)步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。本課題中負載精度較低，因此可選擇用0.9度/1.8度（二、四相電機）。 2)靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 步進電機的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”。當然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進電動機的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小(即所要帶動物體的扭力大小)，來選擇哪種型號的電機。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇28、35、39、42(電機的機身直徑或方度，單位：mm);扭力在1N.m左右的，選擇57電機較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇75、85、86、90、110、130等規(guī)格的步進電機。對于電機的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因為，電機的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進電機在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn))就很小了。當然，有些工況環(huán)境需要高速電機，就要對步進電動機的線圈電阻、電感等指標進行衡量。選擇電感稍小一些的電機，作為高速電機，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH,電阻也要大一些為好。（見《電機驅(qū)動與控制專用集成電路及應(yīng)用》）。 本課題中滾珠絲杠較為簡單，電動機只需要承受一種形式的力矩即恒定的負載轉(zhuǎn)矩，選擇電機時的計算過程，已知 W：運動部件的重量（kg）=滾珠絲杠螺母+滾珠絲杠+推力工作臺+余量=2.84*2+0.75+1+1=8.43kg μ：滑動表面的摩擦系數(shù)=0.05 η：驅(qū)動系統(tǒng)（包括滾珠絲杠）的效率=0.9 Ph: 滾珠絲杠的導程 選擇進給速度為10mm/s,則馬達所需要的轉(zhuǎn)速： Nm=V*1000*60/Ph*1=60r/min 加到電機軸上的負載力矩通常由下式計算： Tm=F*L/2πη+Tf=8.43*10*10/2*3.14*0.9+360=480N*mm=0.48N*m 其中：Tm：加到電機軸上的負載力矩(N*m) F：沿坐標軸移動一個部件所需要的力（kgf） L：電機轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的移動距離（mm） Tf：滾珠絲杠螺母或者軸承加到電機軸上的摩擦力矩 3)電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 根據(jù)現(xiàn)場實際工作條件，本課題選用220V交流電作為驅(qū)動電流。 4)力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其中P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400(半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) 根據(jù)以上條件，現(xiàn)選擇深圳研控自動化科技公司的步進電機產(chǎn)品YK57XN55-03A電機，其具體參數(shù)查閱深圳研控自動化科技公司的網(wǎng)站，可得結(jié)果如下： 型號 步距角 額定電壓 電機長度 保持轉(zhuǎn)矩 額定電流 相電阻 相電感 轉(zhuǎn)子慣量 電機重量 電機線數(shù) YK57XN55-03A 1.8° 2.4V 54.5 mm 0.925N*m 3A 0.8Ω 1.3 mH 245 g*cm 0.45kg 6 其中額定保持轉(zhuǎn)矩（0.925N*m）>0.48N*m，故所選電機符合工作要求。 2、 絲杠傳動機構(gòu)的選擇設(shè)計 絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相轉(zhuǎn)換的傳動裝置。滾珠絲杠有很多優(yōu)點： a.傳動效率高： 傳動效率可達0.9~0.96 b.運動平穩(wěn) 啟動力矩小，傳動靈敏；不容易產(chǎn)生爬行； c.壽命高，精度保持性好 d.可預緊來消除間隙提高剛度； e.不能自鎖，具有可逆性； 缺點： a. 工藝復雜，成本高； b. 垂直安裝須增添制動裝置； 基于本課題，滾珠絲杠的選擇及計算過程如下： 2.1以負載確定直徑 假設(shè)四條2米長度的聚酰胺同時處工作臺進料槽之中，其密度為1.16g/cm3，可得所需要的推力是： Fa=μ靜*ρV*g=1*1.16*4*3.14/4*2米*12*9.8=0.7N 獲得所需要的推力的驅(qū)動扭矩： T=Fa*Ph/2π*η1 其中：T：驅(qū)動扭矩 Fa：推力 Ph：進給絲杠的導程 η1：進給絲杠的正效率。 由于所需要的推力及驅(qū)動扭矩均很小，但是行程卻很長，所以滾珠絲杠的軸徑不能太小，目前國內(nèi)所使用的滾珠絲杠，主要品牌供應(yīng)商里以NSK、THK兩家性能最好，現(xiàn)選擇THK公司的滾珠絲杠，可查閱樣本，得C5級精度的行程為2米，滾珠絲杠軸徑應(yīng)為Φ25mm。 2.2以直線速度和旋轉(zhuǎn)速度確定滾珠絲杠的導程。 本課題直線速度和旋轉(zhuǎn)速度都比較低，按照滾珠絲杠軸徑與導程的標準組合方式，查閱THK樣本表，得導程確定為Ph=5mm。 2.3以實際需要確定滾珠絲杠長度： 總長=工作行程——螺母長度+安全余量+安裝長度+連接長度+余量，因此，可確定本課題所需要的滾珠絲杠總長度=2000+25=2025mm。 2.4以實際需要確定滾珠絲杠的精度。一般機械選擇C7級以下即可，本課題實際選取精度等級為C5級 2.5由安裝條件和尺寸結(jié)構(gòu)確定滾珠絲杠的螺母結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)實際安裝結(jié)構(gòu)需要，查閱THK樣本，可選使用BNF型法蘭螺母。由此可確定滾珠絲杠的型號為BNF2505-5-RR-G0-2025L-C5-B 第三節(jié) 切壓機構(gòu)的設(shè)計 1、 氣缸的選擇 由總體設(shè)計方案可知，本設(shè)計切刀的切斷運動宜采用氣壓傳動方式。 根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應(yīng)該使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時消耗氣量增大，造成能源浪費。 下面是氣缸理論出力的計算公式： F=π/4*(10-2)D2*P 其中： F：氣缸的理論輸出力（kgf） D: 氣缸缸徑 P：壓縮空氣工作壓力（kgf/cm2）： 通常在工程中確定輸出力的大小時，可直接查閱經(jīng)驗表。本切棒料機的設(shè)計中，依據(jù)實際需要查表可知缸徑為63mm的氣缸，空氣壓力為0.4MPa時，效率為85%時的輸出壓力為125kgf，可以滿足生產(chǎn)需要。 本切棒料機為切刀提供上下往復運動動力，行程不需要太大，故可以選行程為50mm即可滿足需要，由于是上下往復運動，可安裝于切刀的上方，因此選擇基本式的安裝方式即可。 氣缸有專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的標準氣缸，目前國內(nèi)外各供應(yīng)商主要有SMC，亞德客等，其中SMC公司生產(chǎn)的氣缸系列全，質(zhì)量可靠，性能優(yōu)越，由上所述，可確定氣缸型號為SMC公司的CDQ2B63-50D。 1、 氣動系統(tǒng)回路的設(shè)計 典型氣動系統(tǒng)回路的示意圖如下： 進氣口——油壓過濾器——電磁閥——單向調(diào)節(jié)閥——氣缸 由上面選定的氣缸，可依次選定氣動系統(tǒng)回路中的各個部件： 2、 線性滑軌的選擇 線性滑軌是一種滾動導引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作線性運動，其摩擦系數(shù)可降至傳統(tǒng)滑動導引的1/50，使之能輕易地達到微米級的定位精度?；瑝K與滑軌間的末制單元設(shè)計，使得線形滑軌可同時承受上下左右等各方向的負荷，專利的回流系統(tǒng)及精簡化的結(jié)構(gòu)設(shè)計讓HIWIN的線性滑軌有更平順且低噪音的運動。 線性滑軌又稱直線滾動導軌，簡稱線軌，是替代傳統(tǒng)滑動導軌的機床組件，具有精度高、精度維持時間長等優(yōu)點。 本設(shè)計中刀具的上下往復運動宜采用線性導軌作為傳動，為了使用傳動平穩(wěn)，宜采用MR系列微型標準型線性滑軌。目前，線性滑軌制造商中，性價比較高的品牌一般都是臺灣品牌，如HIWIN、 ABBA，CPC，TBI等。本設(shè)計中選用臺灣CPC公司的MR 15WL，其主要參數(shù)是： 基本額定動負荷C動=6725N， 基本額定靜負荷C靜=12580N 靜扭矩 Mro=191.9Nm Mpo=93.1 Myo=93.1 完全能滿足需求。 3、 刀具材料的選擇 刀具材料的性能的優(yōu)劣是影響切斷加工表面質(zhì)量、切削加工效率、刀具壽命的基本因素。切削加工時，直接擔負切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好壞大多取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料、切學部分的集合參數(shù)及刀具結(jié)構(gòu)和選擇和設(shè)計是否合理。每一品種刀具材料都有其特定的用途范圍， 4.1刀具材料應(yīng)具備的性能主要有： 4.1.1高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料必須具備的基本特征，刀具要從工件上切下切屑，其硬度筆削比工件材料的硬度大。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。 4.1.2足夠的強度和韌性 要使刀具在承受很大的壓力，以及在切削過程經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動條件下工作，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強度和韌性。 4.1.3高的耐熱性 耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標志。它是指刀具材料在高溫條件下保持一定的硬度、耐磨性、強度和韌性的性能。 4.1.4良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能 刀具材料的導熱性越好，切削熱越容易從切削區(qū)散走，有利于降低切削溫度。刀具在連續(xù)切削時，常常受到很大的熱沖擊。 4.1.5良好的工藝性能 為了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等。 4.1.6經(jīng)濟性 經(jīng)濟性是刀具材料的重要指標之一，優(yōu)質(zhì)刀具材料雖然單件刀具成本很高，但因其使用壽命長，分攤到每個零件的成本則不一定很高，因此在選擇刀具材料時要綜合考慮其經(jīng)濟效果。 4.2主要刀具材料的分類 4.2.1高速鋼 高速鋼是一種加高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼具有較高的強度和韌性，并且具有一定的硬度和耐磨性。適合各類刀具的要求。高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨成鋒利切削刃，因此盡管各種新型刀具材料不斷出現(xiàn)，高速鋼刀具在金屬切削中仍占較大的比例。可以加工有色金屬和高溫合金。由于高速鋼具有以上性能，活塞加工中的銑澆冒口、銑橫槽及銑膨脹槽用銑刀、鉆油孔用鉆頭等刀具都為高速鋼材料。 4.2.2硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金屬粘結(jié)劑(如Co、Ni等)粉末經(jīng)粉末冶金的方法制成。 由于硬質(zhì)合金中都含有大量的金屬碳化物，這些碳化物都有熔點高、硬度高、化學穩(wěn)定好、熱穩(wěn)定性好等特點，因此，硬質(zhì)合金材料的硬度、耐磨性、耐熱性都很高。常用硬質(zhì)合金的硬度為89～93HRA，比高速鋼的硬度(83～86.6HRA)高，在800～1000℃時尚能進行切削。在540℃時，硬質(zhì)合金的硬度為82～87HRA，在760℃時，硬度仍能保持77～85HRA。因此，硬質(zhì)合金的切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍，在耐用度相同時，切削速度可提高4～10倍。 4.2.3金剛石 金剛石是目前已知礦物材料中硬度最高、熱傳導性最好的物質(zhì)，與各種金屬、非金屬材料配對摩擦的磨損量僅為硬質(zhì)合金的1/50～1/800，是制作切削刀具最理想的材料。然而，金剛石目前價格較高，經(jīng)濟性較差。 4.2.4立方氮化硼 聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉與少量粘結(jié)相(Co，Ni或TiC、TiN、Al203)在高溫高壓下加入催化劑燒結(jié)而成的。它具有很高的硬度(僅次于金剛石)和耐熱性(1300～1500℃)，優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、比金剛石刀具高得多的熱穩(wěn)定性(達1400℃)和導熱性，低的摩擦系數(shù)，但其強度較低。與金剛石相比，PCBN的突出優(yōu)點是熱穩(wěn)定性高得多，可達1200℃(金剛石為700～800℃)，可承受較高的切削速度；另一個突出優(yōu)點是化學惰性大，與鐵族金屬在1200～1300℃下也不起化學反應(yīng)，可用于加工鋼鐵。因此，PCBN刀具主要用于高效加工黑色難加工材料。 4.2.5陶瓷 陶瓷刀具材料的主要優(yōu)點是：有很高的硬度與耐磨性，常溫硬度達91～95HRC；有很高的耐熱性，在1200℃高溫下硬度為80HRC；而且高溫條件下抗彎強度、韌性降低極少；有很高的化學穩(wěn)定性，陶瓷與金屬親和力小，高溫抗氧化性能好，即使在熔化溫度下也不與鋼相互作用。因而刀具的粘結(jié)、擴散、氧化磨損較少；有較低的摩擦系數(shù)，切屑不易粘刀，不易產(chǎn)生積屑瘤。 陶瓷刀的缺點是：脆性大，強度與韌性低，抗彎強度只有硬質(zhì)合金的1/2～1/5，因此使用時必須選擇合適的幾何參數(shù)與切削用量；避免承受沖擊負荷，以防崩刃與破損；此外，陶瓷刀導熱率低，僅為硬質(zhì)合金的1/2～1/5，熱膨脹系數(shù)卻比硬質(zhì)合金高10～30%，抗熱沖擊性較差。目前，陶瓷刀具還沒有應(yīng)用于鋁活塞加工過程中。 4.3切棒料機刀具材料的選擇 綜合以上所述，切棒料機刀具材料的選擇宜使用W18Cr4V高速鋼，既經(jīng)濟又使用，能滿足生產(chǎn)需求。 在鋼中，碳主要與鉻、鎢、鉬和釩(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。鎢是提高紅硬性的主要元素，它在鋼中形成碳化物。加熱時，一部分碳化物溶入奧氏體，淬火后形成含有大量鎢及其他合金元素、有很高回火穩(wěn)定性的馬氏體。在回火時，一部分鎢以碳化物的形式彌散析出，造成二次硬化。在加熱時，未溶的碳化物則起到阻止奧氏體晶粒長大的作用.釩能顯著地提高高速鋼的紅硬性、硬度及耐磨性。釩形成的碳化物在加熱時，部分溶入奧氏體，回火時以細小的質(zhì)點彌散析出，造成二次硬化而提高鋼的紅硬性。鉻在高速鋼中主要是增加其淬透性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。鈷也能顯著提高鋼的紅硬性及硬度。 故切棒料機刀具材料W18Cr4V高速鋼經(jīng)淬火處理后硬度可以達到HRC58-62° 第四節(jié) 輔助機構(gòu)的設(shè)計 1、 切壓機構(gòu)護刀板和刀具模板臺的設(shè)計 切壓機構(gòu)護刀板和刀具模板臺的設(shè)計示意圖如下: 如圖所示，8上刀安裝于7上刀座之上，并通過12壓刀板螺釘和9壓刀板固定。在9壓刀板與7上刀座之間安裝有小壓縮彈簧，壓刀板可起到保護刀刃口的作用。另外當上刀自上而下進行切斷運動時，壓刀板與下刀撞擊，使彈簧產(chǎn)生壓縮，并有一定的壓力作用于棒料之上，使棒料齊整切斷。 2、 導向及夾持裝置的設(shè)計 導向及夾成持裝置機構(gòu)設(shè)計示意圖如下： 如圖所示，當棒料通過3導管輸送槽進入切刀之前，首先進入了1導管導向板與3導管輸送槽之間設(shè)定的＾型槽中進行校直和導向，由于1導管導向板是鋁板，密度比較小，自身的自重輕壓在棒料之上，不影響棒料的輸送，同時有起到了校直的作用。同時由有四個＾型槽可使棒料在輸送槽內(nèi)分流成為四個方向，便于獲得符合要求棒料。 另外＾型槽被設(shè)計為同時與最小直徑4mm的棒料和最大10mm直徑棒料的圓弧面相切的位置，可以增加可切斷棒料的類型。 在不需要進行切斷操作或者中止切斷操作時，可通過松開5螺釘手動將導管導向板提上，將棒料取下。 第三章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 第一節(jié) PLC簡介 1、 PLC概念 可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。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。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 2、PLC的特點 1）高可靠性 A、所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 B、各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10-20ms。 C、各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 D、采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 E、對采用的器件進行嚴格的篩選。 F、良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。 G、大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性進一步提高。 2）豐富的I/O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流動；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；冒充或電位；強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按紐、行程開關(guān)、接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接選接。 另外為了提高操作性能，她還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 3）采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)，PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 4）編程簡單易學 PLC的編程大多數(shù)采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識。因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 5）安裝簡單，維修方便 PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。 3、PLC的功能 PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化（FA）和計算機集成制造系統(tǒng)（CTMS）內(nèi)占重要地位。今天PLC功能，遠不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。 PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成： 1） 控制功能 邏輯控制：PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關(guān)量控制。 定時控制：它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定：接通延時，關(guān)斷延時和定時脈沖等方式。 計數(shù)控制：用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測。 順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。 2） 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能 數(shù)學運算功能包括： 基本算術(shù)：加、減、乘、除。 擴展算術(shù)：平方根、三角函數(shù)和浮點運算。 比較：大于、小于和等于 數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出 模擬數(shù)據(jù)處理：PID、積分和濾波。 3） 輸入/輸出接口調(diào)理功能 具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)，位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇，具有溫度測量接口，直接連接各種電阻和電偶。 4） 通信、聯(lián)網(wǎng)功能 現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。 通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移、如西門子S7-200的Profibus現(xiàn)場總線口，其通信速率可以達到12MBPS。 在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。 5)人機界面功能 提供操作者監(jiān)視機器/過程工作必需的信息，允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。 實現(xiàn)人機界面功能和手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 6）編程、調(diào)試等功能 使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。 4、PLC的應(yīng)用 1)開關(guān)量的邏輯控制 它是PLC的最基本功能，所控制的邏輯可以是多種多樣的，如時序的、組合的、計數(shù)的、不計數(shù)的等等。控制的輸入/輸出點數(shù)可以不受限制，少則10點，幾十點，多則成千上萬點，并可以聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)控制。 2)模擬量的閉環(huán)控制：PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運算功能，因此可以實現(xiàn)模擬量控制。有的PLC還具有PID控制或模糊控制的功能，可用于閉環(huán)的位置控制、速度控制和過程控制等。 3)數(shù)字量的智能控制 利用PLC能接收和輸出高速脈沖的功能，在配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)行分配器、功放、步進電機），就能實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。較高級的PLC還專門開發(fā)了位控單元模塊、運動單元模塊等，可實現(xiàn)曲線插補。新開發(fā)的運動單元還能識別數(shù)控技術(shù)的編程語言，為PLC進行數(shù)字量的智能控制提供了方便。 4）數(shù)字采集與監(jiān)控 PLC實現(xiàn)控制時，可把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)實時顯示出來或采集保存下來，供進一步分析研究。較普通使用的是PLC加上觸摸屏，可隨時觀察采集來的數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析結(jié)果。 5）通信、聯(lián)網(wǎng)和集散控制： PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能力很強，除了PLC和PLC之間的通信聯(lián)網(wǎng)以外，PLC還可以與計算機進行通信和聯(lián)網(wǎng)，由計算機來實現(xiàn)對其編程和管理。PLC也能與只能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器）進行通信和聯(lián)網(wǎng)，互相見換數(shù)據(jù)并對其實施控制。 5、PLC的綜合經(jīng)濟分析 綜上所述，在惡劣環(huán)境中，使用PLC控制機構(gòu)設(shè)備，生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動控制將越來越廣泛。但是，這種新型控制裝置在推廣使用中尚有一些問題困擾著用戶，主要集中在兩個方面：一個是可靠性問題，一個是價格問題。 當然，用新型控制裝置實現(xiàn)老設(shè)備改造與生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率，改善企業(yè)管理，這是提高企業(yè)經(jīng)濟效益的必要措施。但如何正確處理這種關(guān)系，本文提供一些數(shù)據(jù)資料作為用戶參考。 1） 可靠性問題 據(jù)有關(guān)資料提供數(shù)據(jù)表明：國外一般中小型PLC，如日立、西門子、IBM，平均無故障時間高達10萬小時，即使大型PLC平均無故障時間也在4-5萬小時之間。因此，制造廠商認為可靠性已不存在問題，就可靠性而言，繼電接觸器是望塵莫及的。所以，對于日立、西門子、IBM等產(chǎn)品資料中可靠性不再是一項技術(shù)指標。 2)PLC的經(jīng)濟綜合分析 1）從影響成本的各個因素綜合考慮，價格僅是選擇PLC品牌的一個因素，而可靠性是選擇時需要考慮的另一個因素。 2）從設(shè)計、生產(chǎn)周期長短考慮，不論是老設(shè)備改造，還是設(shè)計新的生產(chǎn)機械設(shè)備，毫無疑問，生產(chǎn)、設(shè)計周期越短越好，甚至希望邊設(shè)計、邊安裝和邊生產(chǎn)，特別是產(chǎn)品的更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造，不需改動現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及其外部接線，就能馬上組織生產(chǎn)，這不僅節(jié)約了勞動力，而且新產(chǎn)品能盡快投入市場，這無疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟效益。如果把這些要求得以實現(xiàn)，繼電器或半導體都不能滿足，而PLC則完全可以實現(xiàn)。這是因為若用PLC不必改動外部設(shè)備接線，只要在軟件上作文章就可以了。也就是說只要改變梯形圖，按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可。這既經(jīng)濟又簡捷，可以達到事半功倍的目的。 眾所周知，目前我國75%的生產(chǎn)機械設(shè)備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設(shè)計程序也很復雜。從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計以及施工，圖面的工作量很大，這勢必造成設(shè)計周期長。而采用PLC控制可以大大縮短設(shè)計周期，甚至有些文件資料也不必繪制成圖。設(shè)計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準確無誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在EEPROM模塊中去，需要加工哪個產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調(diào)用，這既方便、簡單又可保密。開發(fā)這種軟件對優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，非常具有實際意義。僅此一點也深受生產(chǎn)及設(shè)計者的歡迎。 6、PLC最新發(fā)展狀態(tài)及趨勢 現(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個主要趨勢：其一是想體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展：其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展。 1） 大型網(wǎng)絡(luò)化 主要是朝DCS方向發(fā)展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強是PLC發(fā)展的一個重要方面，向下可將多個PLC、I/O框架相連；向上與工業(yè)計算機，以太網(wǎng)、WAP網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化系統(tǒng)。 2）多功能 隨著自調(diào)整、步進電機控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。 如西門子公司早在80年代就研制除了多回路閉環(huán)控制模塊、步進電機控制模塊、仿真模塊和通信處理模塊等。在1995年西門子又成功地開發(fā)出了S7200、S7300系列，它具有TD200和COROS OPS操作模板（OPS）為用戶提供了方便人機界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集，MPI接口和通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能，模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴展；脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程時間，大幅度降低了技術(shù)。 2） 高可靠性 由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作，多數(shù)表決的工作方式。S7400PLC即使在惡劣，不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，堅固、全密封的模板依然可正常工作，在操作運行過程中模板還可以熱插拔。 第二節(jié) 基于PLC的進給系統(tǒng)控制設(shè)計 一、 控制系統(tǒng)的組