最新主軸升降制動(dòng)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(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個(gè)有機(jī)整體。本文通過(guò)對(duì)小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計(jì),闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中共性和關(guān)鍵的技術(shù)。 本說(shuō)明書簡(jiǎn)要明確的說(shuō)明了小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的過(guò)程及內(nèi)容，包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)部分包含了確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量和切削力，滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型，電機(jī)的計(jì)算和選型。本次課程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)和研究小型數(shù)控臥式鏜銑床

2、主軸箱升降和制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，并且選擇了螺旋傳動(dòng)，驗(yàn)算了螺旋傳動(dòng)的剛度、穩(wěn)定性，壽命等參數(shù)；還設(shè)計(jì)了導(dǎo)軌，根據(jù)其用途和使用要求，選擇了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，確定了其類型、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠螺母副；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副；伺服電機(jī)；PLC第一章總體方案設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇為了實(shí)現(xiàn)鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)，運(yùn)動(dòng)定位、暫停、急停等功能，故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到對(duì)工作臺(tái)實(shí)際位移的檢測(cè)，補(bǔ)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(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示。驅(qū)動(dòng)單元交流伺服電機(jī)執(zhí)行部件1.2機(jī)械傳動(dòng)方式為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

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

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(fù)載： X向500N；Y向800N；Z向1200N2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)2.2.1作用于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副工作載荷的計(jì)算工作載荷是影響導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。對(duì)于升降工作臺(tái)，多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承結(jié)構(gòu)。采用雙導(dǎo)軌，四滑塊的支撐形式。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，表329實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù)，考慮最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)的最大垂直方向載荷為：其

5、中G主軸箱總重 Y向切削負(fù)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(jì)導(dǎo)軌長(zhǎng)度。型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度FG最大長(zhǎng)度SBG15160220280460640820100012401480220060203000初定導(dǎo)軌長(zhǎng)為820mm。2.2.2距離額定壽命L的計(jì)算 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算，是以在一定載荷下行走一定距離后，的支撐不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個(gè)載荷稱為額定動(dòng)載荷，該行走距離稱為距離額定壽命，滾動(dòng)體為球時(shí)：式中：L距離額定壽命，單位為km；額定動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=11.5，計(jì)算取1.5；見，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滾子期望值50KM，故距離額定壽命滿足。2.2.3小時(shí)額定壽命計(jì)算式中壽命時(shí)間，單位為h；L距離額定壽命，L=8308.77km；S移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，單位為0.5m；n移動(dòng)件每分鐘移動(dòng)次數(shù),一般選6次。h2.2.4導(dǎo)軌的尺寸與滑塊的尺寸選擇高承載小型導(dǎo)軌選型SL型：初步選定：SBG 15 SL型，滑塊尺寸如下：導(dǎo)軌尺寸：校核靜載荷（在不常運(yùn)動(dòng)時(shí)取11.3，常運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jì)算和

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

8、轉(zhuǎn)取=1.21.5，取； 硬度系數(shù)，取； 滾珠絲杠副的壽命，單位為r所計(jì)算出來(lái)的最大動(dòng)負(fù)荷應(yīng)小于滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷。驗(yàn)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(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-31得，選擇濟(jì)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(dǎo)程為6mm，循環(huán)滾珠為4圈1列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為18292N，大于，滿足要求。螺紋長(zhǎng)度：，由機(jī)電裝備設(shè)計(jì)，表3-21得；螺旋鋼帶防護(hù)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(hào)D/mmD/mmB/mmR/mm/mm7205C/AC/B25521510.3深溝球軸承：代號(hào)D/mmD/mmB/mmR/mm62052552151軸承寬度B=26mm支撐跨距：；絲杠全長(zhǎng)：由機(jī)電裝備設(shè)計(jì)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(jí)精度）。 (4）傳動(dòng)效率 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率一般在0.80.9之間，由下式計(jì)算。 =arctan/（）式中：公稱直徑=32mm，導(dǎo)程為絲杠螺旋升角；摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)=0.0030.004，其摩擦角約等于。=arctan/（）= (5）系統(tǒng)剛度驗(yàn)算滾珠絲桿副的軸向

10、變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)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(dòng)載荷 滾珠直徑， 絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力的， 根據(jù)公式，代入 公式：，得到滾珠總數(shù)，取因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，所以為軸向負(fù)載的，所以實(shí)際變形量可減少一半，取。3） 剛度驗(yàn)算 根據(jù)以上計(jì)算得到滾珠絲杠的總體變形量：在此次設(shè)計(jì)中,絲杠有效行程為500mm,由表3-27知，五級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在4005

11、00mm之間時(shí)，行成誤差，所以絲杠剛度足夠。（6）穩(wěn)定性的驗(yàn)算滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)荷時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其是否產(chǎn)生彎曲失穩(wěn)現(xiàn)象。產(chǎn)生失穩(wěn)的計(jì)算臨界負(fù)載式中： 絲杠支承方式系數(shù)，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)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(shí)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(hào)、尺寸選取G系列滾珠絲杠副尺寸參數(shù)規(guī)格代號(hào)3206-4公稱直徑32導(dǎo)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(jī)的計(jì)算與選擇選用交流伺服時(shí)，必須首先根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效慣量，分別計(jì)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(jī)最大轉(zhuǎn)矩選擇合適的交流伺服電機(jī)。2.4.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算(1）、絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 由于用交流伺服電機(jī)則省去了齒輪的傳動(dòng)比，以及齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算所以只要計(jì)算絲杠本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即可，雖然絲杠上有階梯但為了計(jì)算方便按一個(gè)圓柱體來(lái)計(jì)算它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而且絲杠與交流伺服電機(jī)直接相連則傳動(dòng)比

13、可近似為一，下面首先計(jì)算絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由表4-1得公式如下： 式中 -圓柱體直徑； -圓柱體長(zhǎng)度或原度； -鋼材的密度在我以上所設(shè)計(jì)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(gè)圓柱體則，考慮到我的任務(wù)書中的尺寸比較大，對(duì)與絲杠支撐端以外的絲杠對(duì)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(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其公式為：式中 -工作臺(tái)重量；， -重力加速度（9.8m/s2）； -絲杠導(dǎo)程 ;代入公式： (3)、絲杠傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)系折算到電機(jī)上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其求解公式： 式中 -絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； -工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量代入公式 =6.55+0.

14、93 =7.48考慮到電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配問(wèn)題： 空行程時(shí)： 即選型號(hào)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(jī)的力矩的計(jì)算 電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分別對(duì)快速空載起時(shí)所需要的力矩、快速進(jìn)給時(shí)所需要的力矩、最大切削負(fù)載時(shí)所需要的力矩等幾部分進(jìn)行計(jì)算。(1)、快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 式中 -快速空載起動(dòng)力矩； -空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)上的加速力矩； -折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； -由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩1） 求解： 式中 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的等校轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速

15、 ； 運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)停止起動(dòng)加速到最快進(jìn)給速度所需 ； 代入上式： 2）折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： 式中 導(dǎo)軌的摩擦力 ； X向切削負(fù)載： Z向切削負(fù)載； 導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，； 齒輪降速比，這里無(wú)齒輪既； 傳動(dòng)鏈總效率，由查得，這里取0.85； 絲杠導(dǎo)程，單位為cm，；代入求解： 3）附加摩擦力： 式中： 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽 引力 ； 滾珠絲杠導(dǎo)程； 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率；=0.953；代入計(jì)算得：4）根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果可得： ，比初選的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小符合設(shè)計(jì)要求。(2)、快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： ，比初選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩小，符 合要求。 (3)、最大切削時(shí)所需力矩： 式中 折算到

16、電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；的求解公式如下： 式中 進(jìn)給方向上的最大切削力；代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：綜合以上數(shù)據(jù)可算得 其與電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩比較，故 合乎設(shè)計(jì)要求。通過(guò)以上的演算可知，初選的電機(jī)合乎設(shè)計(jì)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(dòng)器，摩擦付為無(wú)石棉復(fù)合材料/鋼。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制動(dòng)延遲時(shí)間短，制動(dòng)力矩大。適用于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中需要制動(dòng)或定位要求的場(chǎng)合。如精密機(jī)床、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、試驗(yàn)設(shè)備及辦公機(jī)械等傳動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)及定位。 故選取DZD1-2.5型。2.6聯(lián)軸器的選取第三章 微機(jī)數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)總體方案及機(jī)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(jī)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(fù)雜、自動(dòng)化程度低等一系列缺點(diǎn)。單片機(jī)控制方式采用單片機(jī)作為控制單元，開發(fā)周期較長(zhǎng)，抗干擾性差，可靠性低，靈活性差。PLC由CPU、存儲(chǔ)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(jì)方案選用小型PLC作為控制單元。可編程控制器是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控

18、制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式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。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)?；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(gè)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(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，LCD指示燈可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括PLC選用，交流伺服電機(jī)控制電路，鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等）。本方案選用的PLC控制系統(tǒng)由1臺(tái)日本三菱公司的FX系列小型可編程控制器FX2N

19、-32MR，2臺(tái)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(tái)HC-KFS73(B)交流伺服電機(jī)），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(dòng)開關(guān)等的動(dòng)作信號(hào)，輸出部分主要用于控制伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。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(yùn)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(shí)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(jì)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(fù)載能力和輸入輸出總點(diǎn)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(dòng)交流伺服電機(jī)并對(duì)其進(jìn)行控制，需要配置一個(gè)專門的模塊。在選擇驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，要考慮其的最大輸出脈沖頻率、帶負(fù)載能力和與交流伺服電機(jī)的匹配等。選擇完脈沖輸出模塊后，按照說(shuō)明書與相應(yīng)的交流伺服系統(tǒng)連接。3.3 PLC及模塊簡(jiǎn)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(xiàng)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(wú)電壓接點(diǎn)，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(diǎn)，8A/4點(diǎn)公共端 AC250V，DC30V Max晶體管輸出型：0.5A/1點(diǎn)，（Y000，Y001為0.3A/1點(diǎn)）。0.8A/4點(diǎn)公共端 DC5V/DC30V可控硅輸出型：0.3A/1點(diǎn)，0.8A/4點(diǎn)公共端AC85-242V輸入輸出擴(kuò)展可以連接FXUN、FX2N系列用的擴(kuò)展模塊以及FX2N系列用的擴(kuò)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(shí)寫入安裝存儲(chǔ)盒是，最大可以擴(kuò)展到16000步

22、時(shí)鐘功能內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘（有時(shí)間設(shè)定指令，時(shí)間比較指令）指令基本指令27個(gè)，步進(jìn)梯形圖指令2個(gè)，應(yīng)用指令132個(gè)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(shí)器中斷功能，計(jì)數(shù)器中斷功能，脈沖捕捉功能最大輸入輸出計(jì)數(shù)256點(diǎn)輔助繼電器/定時(shí)器輔助繼電器：3072點(diǎn)定時(shí)器：256點(diǎn)計(jì)數(shù)器一般用16位增計(jì)數(shù)器：200點(diǎn)一般用16位增減計(jì)數(shù)器：35點(diǎn)高速用32位增減計(jì)數(shù)器：（1相）60KHz/2點(diǎn)，10KHz/4點(diǎn)（2相）30KHz/1點(diǎn)，5KHz/1點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器一般用8000點(diǎn)，變址用16點(diǎn)，文件用最大可以在程序區(qū)域中設(shè)定位7000點(diǎn)3.3.2 FX2N-32MR概述FX2N-32M

23、R為基本單元，共用32點(diǎn)，使用AC200-240V電源，其中DC輸入16點(diǎn)，以繼電器形式輸出16點(diǎn)，橫式端子排，標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)單軸的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的特殊模塊。每個(gè)FX2N-10PG單元對(duì)一臺(tái)單軸步進(jìn)電機(jī)或是伺服電機(jī)進(jìn)行位置控制。通過(guò)使用FROM/TO指令對(duì)所連接FX2N的或是FX2NC系列PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。最大可以輸出1MHz的脈沖列（差分線驅(qū)動(dòng)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)?？刂颇Ｊ接形恢每刂啤⑺俣瓤刂坪娃D(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(jī)械和一般工業(yè)機(jī)械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的應(yīng)用場(chǎng)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(guò)安裝有伺服設(shè)置軟件和個(gè)人計(jì)算機(jī)，就能進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、試運(yùn)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(jī)編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對(duì)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(duì)位置系統(tǒng)，這樣在原點(diǎn)經(jīng)過(guò)設(shè)置后，當(dāng)電源重新投入使用時(shí)或發(fā)生報(bào)警后，不需要再次原點(diǎn)復(fù)歸也能繼續(xù)工作。MR-JS2-A系列伺服放大器的符號(hào)說(shuō)明如表3-2所示。表3-2 MR-JS2-A系列伺服放大器符號(hào)3.4 PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.4.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)完成臥式鏜銑床主軸箱升降及其制動(dòng)裝置的可編程

26、控制，并實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)檢測(cè)。整個(gè)設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)部分：1）PLC及其擴(kuò)展模塊的供電；2）采用FX2N-32MR和FX2N-10PG完成檢測(cè)，自動(dòng)插補(bǔ)等動(dòng)作；3）利用伺服系統(tǒng)對(duì)曲線插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制；4）設(shè)置控制面板和工作指示燈，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。3.4.2 供電線路本設(shè)計(jì)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(jī)及其編碼器有MR-J2S-70A伺服放大器直接驅(qū)動(dòng)。對(duì)于整個(gè)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(shí)上電。一般在PLC系統(tǒng)電路中，向擴(kuò)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(kuò)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(jì)1）電源由L、N接AC200-230V給電，并設(shè)接地。接交流電時(shí)，在高電勢(shì)接入線上加裝熔斷器，以保護(hù)PLC；另外配備手動(dòng)開關(guān)QF3。2）各種輸入信號(hào)與相應(yīng)的指示X000-X003接手動(dòng)常開觸點(diǎn)，當(dāng)SB-5，SB-8，SB-9，SB-10閉合，SB-1SB-2任意一觸點(diǎn)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(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮。與此同時(shí)，KA2、KA3和KA4動(dòng)作，使對(duì)應(yīng)的X軸伺服電機(jī)正向/反向點(diǎn)動(dòng)。無(wú)論何時(shí)SP-1SP-2接合，對(duì)應(yīng)的X004-X005有信號(hào)輸入，對(duì)應(yīng)的Y004-Y005有輸出，對(duì)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(shí)，Y016和Y017停止輸出。驅(qū)動(dòng)器斷電，伺服停止；然后可以用點(diǎn)動(dòng)功能調(diào)整越位。SB-6接合時(shí)，PLC處于自動(dòng)狀態(tài)，按下伺服開啟，驅(qū)動(dòng)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(dòng)伺服系統(tǒng)完成主軸箱升降。急停：SB-7為緊急事故手動(dòng)急停開關(guān)。當(dāng)SB-7接合時(shí)，X012信號(hào)

29、輸入，Y013輸出，紅燈亮，Y014輸出是KA1動(dòng)作，啟動(dòng)MR-J2S-70A上的EMG端口，形成緊急停止。其它說(shuō)明：SB-10接合是KA4動(dòng)作時(shí)，電磁繼電器KM1，吸合常開觸點(diǎn)KM1給伺服放大器MR-J2S-70A加電。SB-9接合時(shí)KA3動(dòng)作時(shí)，給脈沖輸出模塊FX2N-10PG的START端口輸入信號(hào)使脈沖輸入開始。3.4.4 脈沖輸出模塊FX2N-10PG的接線一個(gè)脈沖輸出模塊FX2N-10PG只能驅(qū)動(dòng)一臺(tái)單軸伺服電機(jī)，本設(shè)計(jì)只需要一臺(tái)FX2N-10PG便可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)伺服電機(jī)。（1） 給電通過(guò)VIN+和VIN-接DC24V電源的正負(fù)極。（2） 輸入信號(hào)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(hào)。DOG即近點(diǎn)DOG輸入端子，用于返回原點(diǎn)指令的輸入端子，外接一個(gè)手動(dòng)觸點(diǎn)，即成為一個(gè)復(fù)位開關(guān)。（3） 輸出信號(hào)PF+在本設(shè)計(jì)中為正向/反向模式，為正向脈沖輸出端子；RP+在本設(shè)計(jì)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(gè)端子與MR-J2S-70A上的正向/反向脈沖串相連。從而使X坐標(biāo)方向上的伺服電機(jī)可只有正反轉(zhuǎn)，使主軸箱能夠?qū)崿F(xiàn)2個(gè)象限的運(yùn)動(dòng)。（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(jī)械部分要求，選擇相應(yīng)的伺服電機(jī)。本設(shè)計(jì)中選用了三菱公司的HC-SFS81（B）伺服電機(jī)，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(dòng)慣量是20J×10-4kg·m2然后，根據(jù)所選電機(jī)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(guò)KM1控制采用AC200-230V電源。交流伺服電機(jī)和編碼器由MR-J2S-100A直接驅(qū)動(dòng)。（3）

32、連接說(shuō)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(diǎn)信號(hào)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(shí)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(hào)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(guò)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(cuò)誤可能導(dǎo)致錯(cuò)誤運(yùn)行，必須在伺服放大器停止輸出的狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于輸入脈沖，可以乘上任意的倍率使機(jī)械運(yùn)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(duì)于本設(shè)計(jì)，減速比為1，絲杠導(dǎo)程為0.006m，MELSERVO-J2-Super系列的伺服電機(jī)編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置編碼器。那么主軸箱是可以達(dá)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(jiǎn)述3.5.1

34、 控制系統(tǒng)的功能n X的進(jìn)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(shuō)明，以圖3.21所示的控制面板為例，簡(jiǎn)述其工作原理。控制面板分為顯示器、信號(hào)燈、鍵盤、按鈕和旋鈕。n 顯示器：用來(lái)顯示工作過(guò)程中一些相關(guān)的數(shù)據(jù)n 信號(hào)燈：在顯示器下面的紅燈為越界信號(hào)燈，顯示器右面與其對(duì)應(yīng)的綠燈為正常工作的信號(hào)燈。當(dāng)正常工作時(shí)綠燈亮。當(dāng)在X方向越界時(shí)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?！卑粹o，當(dāng)需要立即停止時(shí)按此按鈕。n 鍵盤：簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備，可以進(jìn)行編輯和控制系統(tǒng)的工作。n 按鈕：旋鈕右面四個(gè)按鈕+X，-X，+Y，-Y是與手動(dòng)擋配合使用的，旋鈕下方的“X原點(diǎn)”、“Y原點(diǎn)”按鈕是使車床刀具回原點(diǎn)的按鈕。包括越