最新主軸升降制動裝置結(jié)構(gòu)圖Table課件

1、摘 要小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱沿著X軸升降。數(shù)控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的升降系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等,盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同,但基本原理相同。機電一體化系統(tǒng)是將機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個有機整體。本文通過對小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱的機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計,闡述了機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中共性和關(guān)鍵的技術(shù)。 本說明書簡要明確的說明了小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降和制動裝置設(shè)計的過程及內(nèi)容，包括機械傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，其中機械傳動系統(tǒng)部分包含了確定系統(tǒng)脈沖當量和切削力，滾珠絲杠螺母副的計算和選型，電機的計算和選型。本次課程設(shè)計，主要設(shè)計和研究小型數(shù)控臥式鏜銑床

2、主軸箱升降和制動裝置及其電氣原理圖。確定小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降的傳動系統(tǒng)，并且選擇了螺旋傳動，驗算了螺旋傳動的剛度、穩(wěn)定性，壽命等參數(shù)；還設(shè)計了導軌，根據(jù)其用途和使用要求，選擇了直線滾動導軌副，確定了其類型、轉(zhuǎn)動力矩、轉(zhuǎn)動慣量。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠螺母副；直線滾動導軌副；伺服電機；PLC第一章總體方案設(shè)計1.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇為了實現(xiàn)鏜銑床主軸箱升降和制動，運動定位、暫停、急停等功能，故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到對工作臺實際位移的檢測，補償系統(tǒng)的誤差，故采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用交流伺服電機進行驅(qū)動。半閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示。驅(qū)動單元交流伺服電機執(zhí)行部件1.2機械傳動方式為了實現(xiàn)設(shè)計

3、要求的分辨率，采用伺服電機傳動絲杠。為了保證一定的傳動精度和傳動平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除傳動間隙，采用有預加負荷的結(jié)構(gòu)。1.3電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計 采用三菱PLC伺服系統(tǒng)1.4總體方案的確定 數(shù)控機床總體方案設(shè)計，主軸箱升降總體方案設(shè)計見圖第二章 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算2.1 設(shè)計參數(shù)1、主軸箱垂直提升行程：500； 2、主軸箱尺寸： 長×寬×高500×400×250；3、主軸箱總重： 1000N； 4、最高運行速度：步進電機運行方式： 空載：0.8m/min；切削：0.3m/min；交流伺服電機運

4、行方式： 空載：10m/min；切削：2m/min；5、系統(tǒng)分辨率： 開環(huán)模式：0.01mm/step；半閉環(huán)模式：0.005mm/step；6、系統(tǒng)定位精度： 開環(huán)模式：±0.10mm； 半閉環(huán)模式：±0.01mm；7、切削負載： X向500N；Y向800N；Z向1200N2.2滾動導軌設(shè)計2.2.1作用于滾動直線導軌副工作載荷的計算工作載荷是影響導軌副使用壽命的重要因素。對于升降工作臺，多采用雙導軌、四滑塊的支承結(jié)構(gòu)。采用雙導軌，四滑塊的支撐形式。查機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書，表329實驗計算公式及參考系數(shù)，考慮最不利的情況，即垂直于工作臺的最大垂直方向載荷為：其

5、中G主軸箱總重 Y向切削負載則：查表3-41，根據(jù)工作載荷,根據(jù)主軸箱垂直提升行程：500mm,估計導軌長度。型號標準長度FG最大長度SBG15160220280460640820100012401480220060203000初定導軌長為820mm。2.2.2距離額定壽命L的計算 直線滾動導軌副的壽命計算，是以在一定載荷下行走一定距離后，的支撐不發(fā)生點蝕為依據(jù)。這個載荷稱為額定動載荷，該行走距離稱為距離額定壽命，滾動體為球時：式中：L距離額定壽命，單位為km；額定動載荷，Ca=850*9.8=8330N=8.33KN;滑塊上的工作載荷，；硬度系數(shù)，如表336所示，=1.0；溫度系數(shù)，如表33

6、7所示，=1.00；接觸系數(shù)，如表338所示，=0.66；精度系數(shù)，如表339所示，=0.9；運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取=11.5，計算取1.5；見，遠遠大于滾子期望值50KM，故距離額定壽命滿足。2.2.3小時額定壽命計算式中壽命時間，單位為h；L距離額定壽命，L=8308.77km；S移動件行程長度，單位為0.5m；n移動件每分鐘移動次數(shù),一般選6次。h2.2.4導軌的尺寸與滑塊的尺寸選擇高承載小型導軌選型SL型：初步選定：SBG 15 SL型，滑塊尺寸如下：導軌尺寸：校核靜載荷（在不常運動時取11.3，常運動時取11.5）則因此SBG 15 SL型滿足選擇要求。2.3 滾珠絲杠螺母副的計算和

7、選型滾珠絲杠副已經(jīng)標準化，因此滾珠絲杠螺母副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。2.3.1 滾珠絲杠螺母副的計算(1）計算進給牽引力作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切削時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導軌上的摩擦力，其數(shù)值大小和導軌的型式有關(guān)。選用綜合導軌，則進給牽引力：其中G主軸箱總重 X向切削負載 Y向切削負載 Z向切削負載 K顛覆力矩影響系數(shù)K=1.15 導軌的摩擦因素=0.0030.005，取=0.0.004代入數(shù)據(jù)得：。(2)最大動負載計算 式中 滾珠絲杠導程，初選=6mm； 最大切削力下的進給速度此處： ； 使用壽命，按15000h； 載荷系數(shù)，查表3-30，按一般運

8、轉(zhuǎn)取=1.21.5，??； 硬度系數(shù)，?。?滾珠絲杠副的壽命，單位為r所計算出來的最大動負荷應(yīng)小于滾珠絲桿的額定動載荷。驗證所初步選擇的滾珠絲杠螺母副是否符合要求。 (3)初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查表3-31得，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列32064型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為32mm，導程為6mm，循環(huán)滾珠為4圈1列，精度等級取5級，額定動載荷為18292N，大于，滿足要求。螺紋長度：，由機電裝備設(shè)計，表3-21得；螺旋鋼帶防護罩規(guī)格：LGB 規(guī)格Spec Lmaxmm Lminmm D1mm D2mm 408008080080

9、 40 65 角接觸球軸承代號D/mmD/mmB/mmR/mm/mm7205C/AC/B25521510.3深溝球軸承：代號D/mmD/mmB/mmR/mm62052552151軸承寬度B=26mm支撐跨距：；絲杠全長：由機電裝備設(shè)計得，采用“一端雙向推力球軸承，一端采用深溝球軸承”支撐方式。所以滿足要求（5級精度）。 (4）傳動效率 滾珠絲杠螺母副的傳動效率一般在0.80.9之間，由下式計算。 =arctan/（）式中：公稱直徑=32mm，導程為絲杠螺旋升角；摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)=0.0030.004，其摩擦角約等于。=arctan/（）= (5）系統(tǒng)剛度驗算滾珠絲桿副的軸向

10、變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動平穩(wěn)性。因此，應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量、滾珠與螺紋滾道間接觸變形。 1）絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 式中： 絲杠最大工作載荷；上下支承的中心距離為鋼的彈性模量，絲杠底徑絲扛截面積 2)滾珠螺紋滾道間的接觸變形式中： 最大工作動載荷 滾珠直徑， 絲杠預緊時，取軸向預緊力的， 根據(jù)公式，代入 公式：，得到滾珠總數(shù)，取因為絲杠加有預緊力，所以為軸向負載的，所以實際變形量可減少一半，取。3） 剛度驗算 根據(jù)以上計算得到滾珠絲杠的總體變形量：在此次設(shè)計中,絲杠有效行程為500mm,由表3-27知，五級精度滾珠絲杠有效行程在4005

11、00mm之間時，行成誤差，所以絲杠剛度足夠。（6）穩(wěn)定性的驗算滾珠絲杠屬于受軸向力的細長桿，對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負荷時，應(yīng)驗算其是否產(chǎn)生彎曲失穩(wěn)現(xiàn)象。產(chǎn)生失穩(wěn)的計算臨界負載式中： 絲杠支承方式系數(shù)，由機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書P42 表3-34查取，。 絲杠材料彈性模量，鋼：；截面慣性矩，絲杠：，為絲杠螺紋的底徑，；K壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.54，垂直安裝時取最小值K=2.5；a絲杠兩支承端距離,單位為mm，； 故絲杠不失衡，是穩(wěn)定的。2.3.2絲杠型號、尺寸選取G系列滾珠絲杠副尺寸參數(shù)規(guī)格代號3206-4公稱直徑32導程6滾珠直徑3.969絲杠底徑2

12、7.2絲杠外徑31.2循環(huán)列數(shù)G4螺母安裝尺寸508267L60B13h7712油杯MM6額定載荷/N1829847148剛度G3942.4 交流伺服電機的計算與選擇選用交流伺服時，必須首先根據(jù)機械設(shè)計結(jié)構(gòu)草圖計算機械傳動裝置及負載折算到電機軸上的等效慣量，分別計算各種工況條件下所需的等效力矩，再根據(jù)交流伺服電機最大轉(zhuǎn)矩選擇合適的交流伺服電機。2.4.1 轉(zhuǎn)動慣量的計算(1）、絲杠的轉(zhuǎn)動慣量計算 由于用交流伺服電機則省去了齒輪的傳動比，以及齒輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算所以只要計算絲杠本身的轉(zhuǎn)動慣量即可，雖然絲杠上有階梯但為了計算方便按一個圓柱體來計算它的轉(zhuǎn)動慣量，而且絲杠與交流伺服電機直接相連則傳動比

13、可近似為一，下面首先計算絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，由表4-1得公式如下： 式中 -圓柱體直徑； -圓柱體長度或原度； -鋼材的密度在我以上所設(shè)計的零件中可知絲杠的公稱直徑為3.2cm，把絲杠近似的看成一個圓柱體則，考慮到我的任務(wù)書中的尺寸比較大，對與絲杠支撐端以外的絲杠對總體的影響較小所以忽略不記，則取。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)代入公式算得:(2)、工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量其公式為：式中 -工作臺重量；， -重力加速度（9.8m/s2）； -絲杠導程 ;代入公式： (3)、絲杠傳動時傳動系折算到電機上的總的轉(zhuǎn)動慣量其求解公式： 式中 -絲杠的轉(zhuǎn)動慣量； -工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量代入公式 =6.55+0.

14、93 =7.48考慮到電機傳動系統(tǒng)匹配問題： 空行程時： 即選型號HC-SFS81（B）額定轉(zhuǎn)矩8.12N·m,最大轉(zhuǎn)矩24.4N·m最大轉(zhuǎn)速1500r/min2.4.2 電機的力矩的計算 電機的負載力矩在各種工況下是不同的，下面分別對快速空載起時所需要的力矩、快速進給時所需要的力矩、最大切削負載時所需要的力矩等幾部分進行計算。(1)、快速空載起動時所需力矩 式中 -快速空載起動力矩； -空載起動時折算到電機上的加速力矩； -折算到電機軸上的摩擦力矩； -由于絲杠預緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩1） 求解： 式中 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的等校轉(zhuǎn)動慣量； 電機的最大轉(zhuǎn)速

15、 ； 運動部件動停止起動加速到最快進給速度所需 ； 代入上式： 2）折算到電機軸上的摩擦力矩： 式中 導軌的摩擦力 ； X向切削負載： Z向切削負載； 導軌的摩擦系數(shù)，； 齒輪降速比，這里無齒輪既； 傳動鏈總效率，由查得，這里取0.85； 絲杠導程，單位為cm，；代入求解： 3）附加摩擦力： 式中： 滾珠絲杠預加負荷，一般取，為進給牽 引力 ； 滾珠絲杠導程； 滾珠絲杠未預緊時的傳動效率；=0.953；代入計算得：4）根據(jù)上面的計算結(jié)果可得： ，比初選的電機的最大轉(zhuǎn)矩小符合設(shè)計要求。(2)、快速進給時所需力矩： ，比初選電機的額定轉(zhuǎn)矩小，符 合要求。 (3)、最大切削時所需力矩： 式中 折算到

16、電機軸上的切削負載力矩；的求解公式如下： 式中 進給方向上的最大切削力；代入數(shù)據(jù)計算得：綜合以上數(shù)據(jù)可算得 其與電機的額定轉(zhuǎn)矩比較，故 合乎設(shè)計要求。通過以上的演算可知，初選的電機合乎設(shè)計要求。2.5離合器的選取DZD1系列系通電工作單摩擦付型制動器，摩擦付為無石棉復合材料/鋼。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，制動延遲時間短，制動力矩大。適用于機械傳動系統(tǒng)中需要制動或定位要求的場合。如精密機床、印刷機械、包裝機械、試驗設(shè)備及辦公機械等傳動系統(tǒng)中的制動及定位。 故選取DZD1-2.5型。2.6聯(lián)軸器的選取第三章 微機數(shù)控硬件電路設(shè)計根據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框

17、圖。3.1 確定控制方案主軸箱升降電氣控制系統(tǒng)有繼電器控制、單片機控制和PLC（可編程控制器）控制三種方式。繼電器控制方式存在可靠性差、可塑性差、接線復雜、自動化程度低等一系列缺點。單片機控制方式采用單片機作為控制單元，開發(fā)周期較長，抗干擾性差，可靠性低，靈活性差。PLC由CPU、存儲器、輸入/輸出接口、內(nèi)部電源和編程設(shè)備幾部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度較高，開發(fā)方便，工作穩(wěn)定可靠。因此，本設(shè)計方案選用小型PLC作為控制單元?？删幊炭刂破魇且杂嬎銠C技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動控制裝置，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控

18、制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計?；赑LC的控制系統(tǒng)由小型可編程控制器、脈沖輸出模塊、交流伺服系統(tǒng)、鍵盤（多個開關(guān)組合而成）、顯示器（LCD指示燈）等幾部分組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，LCD指示燈可以實時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。設(shè)計內(nèi)容包括PLC選用，交流伺服電機控制電路，鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計（例如越界報警電路，掉電保護電路等）。本方案選用的PLC控制系統(tǒng)由1臺日本三菱公司的FX系列小型可編程控制器FX2N

19、-32MR，2臺FX2N-10PG脈沖輸出模塊，2套三菱MR-J2S系列及交流伺服系統(tǒng)（各包含1臺HC-KFS73(B)交流伺服電機），其核心是可編程控制器，其輸入部分主要接受行程開關(guān)、急停開關(guān)和手動開關(guān)等的動作信號，輸出部分主要用于控制伺服驅(qū)動電機。3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件介紹3.2.1 電氣控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運行。本方案可采用的半閉環(huán)模式擁有較高的系統(tǒng)分辨率，可以實現(xiàn)較高的定位精度?？刂葡到y(tǒng)硬件框圖如圖3-1所示。圖3-1 半閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖3.2.2 選擇PLC的類型目前在經(jīng)濟型控制系統(tǒng)中，推薦采用小型可編程控

20、制器。綜合考慮接通和斷開的頻率、帶負載能力和輸入輸出總點數(shù)等因素，選用日本三菱公司的FX系列小型可編程控制器FX2N-32MR。一般PLC的硬件結(jié)構(gòu)如下圖3-2所示。圖3-2 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖3.2.3 脈沖輸出模塊的選擇要驅(qū)動交流伺服電機并對其進行控制，需要配置一個專門的模塊。在選擇驅(qū)動模塊時，要考慮其的最大輸出脈沖頻率、帶負載能力和與交流伺服電機的匹配等。選擇完脈沖輸出模塊后，按照說明書與相應(yīng)的交流伺服系統(tǒng)連接。3.3 PLC及模塊簡介3.3.1 日本三菱公司的FX系列小型可編程控制器表3-1 日本三菱公司FX系列小型可編程控制器項目規(guī)格概況電源規(guī)格AC電源型：AC100v-240vDC電

21、源型：DC24v輸入規(guī)格DC輸入型：DC24V 7mA/5mA（無電壓接點，或者NPN集電極開路型晶體管輸入）AC輸入型：AC100V-240V輸出規(guī)格繼電器輸出型：2A/1點，8A/4點公共端 AC250V，DC30V Max晶體管輸出型：0.5A/1點，（Y000，Y001為0.3A/1點）。0.8A/4點公共端 DC5V/DC30V可控硅輸出型：0.3A/1點，0.8A/4點公共端AC85-242V輸入輸出擴展可以連接FXUN、FX2N系列用的擴展模塊以及FX2N系列用的擴展單元程序內(nèi)存內(nèi)置8000步RAM(備用電池)、注釋輸入、可以在RUN時寫入安裝存儲盒是，最大可以擴展到16000步

22、時鐘功能內(nèi)置實時時鐘（有時間設(shè)定指令，時間比較指令）指令基本指令27個，步進梯形圖指令2個，應(yīng)用指令132個高速處理有輸入輸出刷新指令，輸入濾波器調(diào)整指令，輸入中斷功能，定時器中斷功能，計數(shù)器中斷功能，脈沖捕捉功能最大輸入輸出計數(shù)256點輔助繼電器/定時器輔助繼電器：3072點定時器：256點計數(shù)器一般用16位增計數(shù)器：200點一般用16位增減計數(shù)器：35點高速用32位增減計數(shù)器：（1相）60KHz/2點，10KHz/4點（2相）30KHz/1點，5KHz/1點數(shù)據(jù)寄存器一般用8000點，變址用16點，文件用最大可以在程序區(qū)域中設(shè)定位7000點3.3.2 FX2N-32MR概述FX2N-32M

23、R為基本單元，共用32點，使用AC200-240V電源，其中DC輸入16點，以繼電器形式輸出16點，橫式端子排，標準輸出。其外形尺寸寬×厚×高=150×87×90mm，外形如圖3-3所示。圖3-3 FX2N-32MR-D外形圖3.3.3 FX2N-10PG脈沖輸出模塊FX2N-10PG脈沖輸出模塊是最大1MHz脈沖列并且驅(qū)動單軸的步進電機和伺服電機的特殊模塊。每個FX2N-10PG單元對一臺單軸步進電機或是伺服電機進行位置控制。通過使用FROM/TO指令對所連接FX2N的或是FX2NC系列PLC進行數(shù)據(jù)讀寫。最大可以輸出1MHz的脈沖列（差分線驅(qū)動器輸出

24、）。FX2N-10PG脈沖輸出模塊使用電纜與PLC相連，連接如圖3-4所示。圖3-4 FX2N-10PG脈沖輸出模塊與PLC相連圖3.3.4 三菱通用交流伺服MELSERVO-J2-Super系列三菱通用交流伺服MELSERVO-J2-Super系列是在MELSERVO-J2系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有更高性能、更多功能的伺服系統(tǒng)。控制模式有位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制三種模式，還有位置/速度控制、速度/轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)矩/位置控制這些切換方式可供選擇。此類伺服放大器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不但可用于工作機械和一般工業(yè)機械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的應(yīng)用場合，也可用于速度控制和張力控制的領(lǐng)域。此外，此類產(chǎn)

25、品還有RS-232C和R-422串行通訊功能。通過安裝有伺服設(shè)置軟件和個人計算機，就能進行參數(shù)設(shè)定、試運行、狀態(tài)顯示和增益調(diào)整等操作。MELSERVO-J2-Super系列的伺服電機編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，具有很高的精度控制能力。只要在伺服放大器上另加電池，就能構(gòu)成絕對位置系統(tǒng)，這樣在原點經(jīng)過設(shè)置后，當電源重新投入使用時或發(fā)生報警后，不需要再次原點復歸也能繼續(xù)工作。MR-JS2-A系列伺服放大器的符號說明如表3-2所示。表3-2 MR-JS2-A系列伺服放大器符號3.4 PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.4.1 設(shè)計目標完成臥式鏜銑床主軸箱升降及其制動裝置的可編程

26、控制，并實現(xiàn)半閉環(huán)檢測。整個設(shè)計可分為以下幾個部分：1）PLC及其擴展模塊的供電；2）采用FX2N-32MR和FX2N-10PG完成檢測，自動插補等動作；3）利用伺服系統(tǒng)對曲線插補實現(xiàn)半閉環(huán)控制；4）設(shè)置控制面板和工作指示燈，實現(xiàn)人機交互。3.4.2 供電線路本設(shè)計共引入三相電，其中兩相經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器，可轉(zhuǎn)換為AV24V電源。FX2N-32MR使用AC200-240V電源，F(xiàn)X2N-10PG使用經(jīng)轉(zhuǎn)化后的DC24V電源。MR-J2S-70A伺服放大器可以使用三相AC380V，50/60Hz和單相AC200-230V，50/60Hz電源，在本電路中，選擇使用單相AC200-230V，50Hz

27、電源，有一相接地。交流伺服電機及其編碼器有MR-J2S-70A伺服放大器直接驅(qū)動。對于整個系統(tǒng)閉合開關(guān)QF1，系統(tǒng)應(yīng)通電，若EL1（綠色）亮，表示系統(tǒng)已確實上電。一般在PLC系統(tǒng)電路中，向擴展設(shè)備供應(yīng)電源，如圖3-5所示。圖3-5 PLC系統(tǒng)電路中向擴展設(shè)備供應(yīng)電源3.4.3 可編程邏輯控制器FX2N-32MR的連接設(shè)計1）電源由L、N接AC200-230V給電，并設(shè)接地。接交流電時，在高電勢接入線上加裝熔斷器，以保護PLC；另外配備手動開關(guān)QF3。2）各種輸入信號與相應(yīng)的指示X000-X003接手動常開觸點，當SB-5，SB-8，SB-9，SB-10閉合，SB-1SB-2任意一觸點閉合，則相

28、應(yīng)的X000-X001有輸入，使Y000-Y001中相應(yīng)的端口有輸出，于是與之對應(yīng)的發(fā)光二極管亮。與此同時，KA2、KA3和KA4動作，使對應(yīng)的X軸伺服電機正向/反向點動。無論何時SP-1SP-2接合，對應(yīng)的X004-X005有信號輸入，對應(yīng)的Y004-Y005有輸出，對應(yīng)的發(fā)光二極管亮起，表示某軸某方向已經(jīng)越位。與此同時，Y016和Y017停止輸出。驅(qū)動器斷電，伺服停止；然后可以用點動功能調(diào)整越位。SB-6接合時，PLC處于自動狀態(tài)，按下伺服開啟，驅(qū)動器上電后它將按照已設(shè)定的數(shù)值，配合脈沖輸出模塊驅(qū)動伺服系統(tǒng)完成主軸箱升降。急停：SB-7為緊急事故手動急停開關(guān)。當SB-7接合時，X012信號

29、輸入，Y013輸出，紅燈亮，Y014輸出是KA1動作，啟動MR-J2S-70A上的EMG端口，形成緊急停止。其它說明：SB-10接合是KA4動作時，電磁繼電器KM1，吸合常開觸點KM1給伺服放大器MR-J2S-70A加電。SB-9接合時KA3動作時，給脈沖輸出模塊FX2N-10PG的START端口輸入信號使脈沖輸入開始。3.4.4 脈沖輸出模塊FX2N-10PG的接線一個脈沖輸出模塊FX2N-10PG只能驅(qū)動一臺單軸伺服電機，本設(shè)計只需要一臺FX2N-10PG便可驅(qū)動一臺伺服電機。（1） 給電通過VIN+和VIN-接DC24V電源的正負極。（2） 輸入信號START為開始輸入端子，接KA3，用

30、于接收FX2N-32MR發(fā)出的脈沖開始輸入信號。DOG即近點DOG輸入端子，用于返回原點指令的輸入端子，外接一個手動觸點，即成為一個復位開關(guān)。（3） 輸出信號PF+在本設(shè)計中為正向/反向模式，為正向脈沖輸出端子；RP+在本設(shè)計中為正向/反向模式，為反向脈沖輸出端子。PF-和RP-分別為PF+和RP+的公共端子。以上4個端子與MR-J2S-70A上的正向/反向脈沖串相連。從而使X坐標方向上的伺服電機可只有正反轉(zhuǎn)，使主軸箱能夠?qū)崿F(xiàn)2個象限的運動。（4） FX2N-10PG與MR-J2S伺服系統(tǒng)連接圖3-6 FX2N-10PG與MR-J2S伺服系統(tǒng)連接圖3.4.5 MELSERVO-J2-Super

31、伺服系統(tǒng)的連接1）器件選擇首先，根據(jù)機械部分要求，選擇相應(yīng)的伺服電機。本設(shè)計中選用了三菱公司的HC-SFS81（B）伺服電機，其規(guī)定功率是850W，額定轉(zhuǎn)矩是8.12N·m，最大轉(zhuǎn)矩是24.4 N·m，額定轉(zhuǎn)速是1000r/min，最大轉(zhuǎn)速是1500r/m，轉(zhuǎn)動慣量是20J×10-4kg·m2然后，根據(jù)所選電機選擇與之匹配的伺服放大器。依據(jù)表3-3選擇MR-J2S-100A。表3-3 MELSERVO-J2-Super系列所列匹配關(guān)系（2）伺服系統(tǒng)供電通過KM1控制采用AC200-230V電源。交流伺服電機和編碼器由MR-J2S-100A直接驅(qū)動。（3）

32、連接說明CN1A接頭：有SD（屏蔽端），LZ、LZR（編碼器Z相脈沖）端子。其中LZ、LZR與FX2N-10PG的PG0+（零點信號輸入端子）、PG0-（PG0+的公共端子）相連。PP、PG、NP、NG共同組成正向/反向脈沖串，接收FX2N-10PG所發(fā)生的脈沖。另外還有清除端口CR和控制公共端LG。CN1B接頭：有內(nèi)部電源輸出VDD與CN1A中的COM相連（數(shù)字接口電源），ZSP、TLC和ALM端口能實現(xiàn)零速、轉(zhuǎn)矩限制和故障等輔助功能。EMG、SO、LSP、LSN和SG作為信號輸入端口，可分別響應(yīng)緊急停止、伺服開始、正傳行程末端和反轉(zhuǎn)行程末端。P5、LG、MR和BAT等端口通過編碼器電纜與編

33、碼器連接，形成反饋回路，使系統(tǒng)成為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。（4）電子齒輪設(shè)定電子齒輪的設(shè)定范圍是1/50<CMX/CDV<500。電子齒輪設(shè)定錯誤可能導致錯誤運行，必須在伺服放大器停止輸出的狀態(tài)下進行設(shè)定。對于輸入脈沖，可以乘上任意的倍率使機械運行。電子齒輪的原理如圖3-7所示。圖3-7 電子齒輪的原理對于本設(shè)計，減速比為1，絲杠導程為0.006m，MELSERVO-J2-Super系列的伺服電機編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器。那么主軸箱是可以達到0.005mm/step的系統(tǒng)分辨率，和±0.01mm的定位精度的。3.5 控制系統(tǒng)控工作原理簡述3.5.1

34、 控制系統(tǒng)的功能n X的進給伺服系統(tǒng)n 鍵盤顯示n 面板管理n 行程控制n 其他功能，例如光電隔離電路、功率放大器、紅綠燈顯示等。其他控制見附錄控制面板圖。3.5.2 控制系統(tǒng)的工作原理圖3.21 數(shù)控銑床的控制面板為了便于說明，以圖3.21所示的控制面板為例，簡述其工作原理?？刂泼姘宸譃轱@示器、信號燈、鍵盤、按鈕和旋鈕。n 顯示器：用來顯示工作過程中一些相關(guān)的數(shù)據(jù)n 信號燈：在顯示器下面的紅燈為越界信號燈，顯示器右面與其對應(yīng)的綠燈為正常工作的信號燈。當正常工作時綠燈亮。當在X方向越界時紅燈亮、綠燈滅。鍵盤右面的燈為電源指示燈，指示燈下放為一“急停”按鈕，當需要立即停止時按此按鈕。n 鍵盤：簡單的輸入設(shè)備，可以進行編輯和控制系統(tǒng)的工作。n 按鈕：旋鈕右面四個按鈕+X，-X，+Y，-Y是與手動擋配合使用的，旋鈕下方的“X原點”、“Y原點”按鈕是使車床刀具回原點的按鈕。包括越