六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床為廣東省東莞力達(dá)公司（美國通用電氣公司）專門設(shè)計(jì)制造的，用于加工電機(jī)前后端蓋六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床。在本機(jī)床完成上料、粗鏜、鉆孔、攻絲、精鏜止口、下料六工序，生產(chǎn)節(jié)拍20秒鐘。該六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是采用了比較簡單的換位斜板和轉(zhuǎn)向盤來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位和定位，換位斜板與燕尾形導(dǎo)軌的滑塊相連，用氣缸推動(dòng)，換位斜板只能沿導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)。換位斜板是一塊多邊形，在轉(zhuǎn)向盤底下均勻地分布著一些圓柱定位銷，其數(shù)量等于分度工位數(shù)。當(dāng)擬制活塞推動(dòng)斜板向前移動(dòng)時(shí)，斜板的一邊推動(dòng)著定位銷，使轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，壓縮氣體進(jìn)入擬制的另一腔，使活塞桿帶動(dòng)斜板向后退回。六工位回轉(zhuǎn)工作是該機(jī)床的重要組成之一，它對(duì)工件的加工精度有直接的影響。主要是它的定位精度對(duì)工件精度影響很大。還有是否有可靠的固定，使加工時(shí)工作臺(tái)能平穩(wěn)。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的快慢，影響機(jī)床的工作效率。沖擊的大小又直接影響產(chǎn)生的噪音。所以在設(shè)計(jì)過程中，即要考慮機(jī)床的工作效率，準(zhǔn)確的工作定位，沖擊又不能太大，以免產(chǎn)生太大噪音，影響居民的工作和休息。關(guān)鍵詞:多工位;回轉(zhuǎn)工作臺(tái);換位斜板AbstractSix-PositionRotaryTableMachineToolforthepowerofthecompanyinDongguan,GuangdongProvince(GE)designedandmanufacturedspecificallyfortheprocessingofmotorcoversixstationsaroundtheRotaryTableMachineTool.Inthismachinetocompletethematerial,roughboring,drilling,tapping,fineboringonlythemouth,cuttingsixprocesses,productionbeat20seconds.Thesix-positionrotarytableistousearelativelysimpletranspositiontoachievetherampandturnthesteeringwheelpositionandorientation,withthedovetailshapedramptranspositionsliderrailconnectedwiththecylinderdrive,transpositionramponlytoastraightlinealongtherail.Transpositionrampisapolygon,evenlydistributedunderthesteeringwheelanumberofcylindricalpins,andtheirnumberisequaltothemediandividingwork.Whendrawingupthepistonmovesforwardtopromotetheramp,therampsideofthedrivingpins,turnthesteeringwheel.Gotothelimitposition,compressedgasintothefictionoftheotherchamber,thepistonrodtodriverampbackwardsreturn.Six-positionrotaryworkisanimportantcomponentofthemachine,theprecisionofitspartshasadirectimpact.Itismainlythepositioningaccuracyofagreatimpactontheaccuracyoftheworkpiece.Thereisareliablefixed,sothatprocessingcansmoothtable.Tablerotationspeed,affectingtheefficiencyofthemachine.Thesizeoftheimpactofadirectimpactonnoise.Sointhedesignprocess,thatis,toconsidertheefficiencyofthemachine,accurateworkpositioning,impactandcannotbetoomuch,toavoidtoomuchnoise,theresidentsworkandrest.Keywords:Six-station;Rotarytable;Transpositionramp目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 IAbstract II\o"CurrentDocument"第1章緒論 1\o"CurrentDocument"課題背景 1\o"CurrentDocument"各設(shè)計(jì)內(nèi)容簡單介紹 2\o"CurrentDocument"工作臺(tái)轉(zhuǎn)位和定位原理 2\o"CurrentDocument"各構(gòu)件的設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"各構(gòu)件的設(shè)計(jì) 2計(jì)算部分 3\o"CurrentDocument"第2章總體方案設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"總體結(jié)構(gòu) 4\o"CurrentDocument"原理方案得設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"軸承的選用 6\o"CurrentDocument"動(dòng)力的選擇 6\o"CurrentDocument"斜板的選用 8\o"CurrentDocument"潤滑方式選擇 10\o"CurrentDocument"第3章計(jì)算分析 11\o"CurrentDocument"工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 11\o"CurrentDocument"計(jì)算工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及所需動(dòng)力 11\o"CurrentDocument"在各階段的受力分析 12\o"CurrentDocument"在推進(jìn)過程中 12\o"CurrentDocument"3.3.2在回退過程中 13\o"CurrentDocument"行程的計(jì)算 14\o"CurrentDocument"第4章氣壓傳動(dòng)系統(tǒng) 17\o"CurrentDocument"明確系統(tǒng)要求 17\o"CurrentDocument"分析系統(tǒng)工況 17\o"CurrentDocument"確定執(zhí)行元件的工作壓力 18\o"CurrentDocument"4.3.1初選氣壓缸的工作壓力 18\o"CurrentDocument"確定氣壓缸的主要參數(shù) 18\o"CurrentDocument"計(jì)算液壓缸的流量和功率 18\o"CurrentDocument"擬定系統(tǒng)原理圖 19\o"CurrentDocument"結(jié)論 21\o"CurrentDocument"致謝 22\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 23\o"CurrentDocument"附錄 24第1章緒論課題背景本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是多工位實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)即回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)臺(tái)是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，則可加工圓弧面和圓弧槽等。通用轉(zhuǎn)臺(tái)按結(jié)構(gòu)不同又分為水平轉(zhuǎn)臺(tái)、立臥轉(zhuǎn)臺(tái)和萬能轉(zhuǎn)臺(tái)。水平轉(zhuǎn)臺(tái)：在圓臺(tái)面上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽。臺(tái)面外圓周上刻有360°的等分刻線。臺(tái)面與底座之間設(shè)有蝸桿-蝸輪副（見蝸桿傳動(dòng)）,速比為90:1或120:1，用以傳動(dòng)和分度,蝸桿從底座伸出的一端裝有細(xì)分刻度盤和手輪。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪即可驅(qū)動(dòng)臺(tái)面，并由臺(tái)面外圓周上的刻度與細(xì)分刻度盤讀出旋轉(zhuǎn)角度。分度精度一般為土60〃。水平轉(zhuǎn)臺(tái)的蝸桿伸出端也可用聯(lián)軸器與機(jī)床傳動(dòng)裝置聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。立臥轉(zhuǎn)臺(tái)：底座有兩個(gè)相互垂直的安裝基面，使臺(tái)面既可水平也可垂直放置。萬能轉(zhuǎn)臺(tái)：臺(tái)面可以在0°?90°范圍內(nèi)傾斜任意角度，使工件在空間的任何角度都能準(zhǔn)確調(diào)整。精密轉(zhuǎn)臺(tái)用于在精密機(jī)床上加工或角度計(jì)量。常見的有光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)和超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺(tái)。光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)：主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)將刻度細(xì)分、放大，通過目鏡或光屏讀出角度值。數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)：轉(zhuǎn)臺(tái)主軸上裝有精密圓光柵或圓感應(yīng)同步器，由數(shù)字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度最高可達(dá)土1。超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺(tái)：利用一對(duì)經(jīng)過精密對(duì)研的1440齒、720齒或360齒的端面齒盤分度定位，其分度精度最高可達(dá)土0.01〃，作精密角度計(jì)量用?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)是六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)鏜床的重要組成部分，本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)就以六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為設(shè)計(jì)目標(biāo)。本機(jī)床為廣東省東莞力達(dá)公司（美國通用電氣公司）專門設(shè)計(jì)制造的，用于加工電機(jī)前后端蓋六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床。在本機(jī)床完成上料、粗鏜、鉆孔、攻絲、精鏜止口、下料六工序，生產(chǎn)節(jié)拍20秒鐘。該工作設(shè)計(jì)得好壞直接影響到機(jī)床的整體質(zhì)量，正因?yàn)槠渲匾?，所以我在設(shè)計(jì)過程中以十分認(rèn)真的態(tài)度來對(duì)待，盡量滿足六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的性能要求。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，主要的工作是：工作臺(tái)轉(zhuǎn)位和定位原理；各構(gòu)件的設(shè)計(jì)；氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這篇論文中，我主要分為：總體方案設(shè)計(jì)；計(jì)算；各構(gòu)件設(shè)計(jì)；氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)；外文資料翻譯。圖1-1六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床各設(shè)計(jì)內(nèi)容簡單介紹工作臺(tái)轉(zhuǎn)位和定位原理該六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是采用了比較簡單的轉(zhuǎn)位斜板和轉(zhuǎn)向盤來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位和定位，轉(zhuǎn)位斜板與燕尾形導(dǎo)軌的劃板相連，用汽缸推動(dòng)，轉(zhuǎn)位斜板只能沿導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)。換位斜板是一塊多邊形，在轉(zhuǎn)向盤底下均勻地分布著一些圓柱定位銷，其數(shù)量等于分度工位數(shù)。當(dāng)擬制活塞推動(dòng)斜板向前移動(dòng)時(shí)，斜板的一邊推動(dòng)著定位銷，使轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，壓縮氣體進(jìn)入擬制的另一腔，使活塞桿帶動(dòng)斜板向后退回。這時(shí)斜板的另一邊推著另一個(gè)定位銷，使分度盤繼續(xù)朝同一方向回轉(zhuǎn)，當(dāng)斜板移動(dòng)后退到重點(diǎn)位置時(shí)，斜板上的兩個(gè)邊分別靠在相鄰兩個(gè)定位銷上，此時(shí)分度盤得以正確定位鎖緊。各構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有：換位斜板的設(shè)計(jì)，分度圓盤的設(shè)計(jì)，軸承的選擇，主軸的設(shè)計(jì)，燕尾形導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)等，這些構(gòu)件的具體設(shè)計(jì)見圖紙。氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本工作臺(tái)所選的動(dòng)力為氣壓推動(dòng)，氣壓傳動(dòng)與電機(jī)傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相比，主要有反應(yīng)快速、流動(dòng)阻力低，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離運(yùn)送、對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。在傳動(dòng)過程中，主要分為推進(jìn)、停留、回程。所以在設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)時(shí)，氣流過程分為這三個(gè)階段進(jìn)行控制。各構(gòu)件的設(shè)計(jì)所需的設(shè)計(jì)的主要構(gòu)件有：上板、立柱、底座、左擋板、右擋板、滑座、滑塊、支架、接頭、銷軸、換位斜板、轉(zhuǎn)盤、滾子軸、滾子、軸承座、中軸、圓盤、上蓋。每個(gè)零件的設(shè)計(jì)說明在后面且每個(gè)零件的詳細(xì)資料見圖紙。1.2.5計(jì)算部分在這部分中主要包括換位斜板在各階段的所需受力、速度、換位斜板的行程等，主要是為氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。第2章總體方案設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)1-圓錐滾子軸承2-立柱3-底座4-左擋板5-滑座6-滑塊7-右擋板8-氣缸9-換位斜板10-分度圓盤11-主軸12-圓盤13-油杯圖2-1六工位實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝配圖原理方案的設(shè)計(jì)方案1：采用了比較簡單的轉(zhuǎn)位斜板和轉(zhuǎn)向盤來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位和定位。轉(zhuǎn)位斜板與帶燕尾形導(dǎo)軌的滑板相連，用氣缸推動(dòng)，轉(zhuǎn)位斜板只能沿導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)。

5后退中間位置5后退中間位置圖2-2換位斜板與轉(zhuǎn)向盤原理圖工作臺(tái)轉(zhuǎn)位和定位的原理見上圖，轉(zhuǎn)位斜板是一塊多邊形板，在轉(zhuǎn)向盤底下均勻地分布著一些圓柱定位銷，其數(shù)量等于分度工位數(shù)，當(dāng)氣缸活塞推動(dòng)斜板向前移動(dòng)時(shí)，斜板的一邊推動(dòng)著定位銷1。使轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)，如上圖的（1）、（2）兩圖所示。（3）圖表示斜板向前終了的位置，然后壓縮空氣進(jìn)入氣缸的另一腔，使塞桿帶動(dòng)斜板后退。這時(shí)，協(xié)辦的另一邊推動(dòng)著定位銷2。使轉(zhuǎn)向盤繼續(xù)朝同一方向回轉(zhuǎn)，如圖（4）、（5）所示。當(dāng)斜板移到后退極限位置時(shí)，斜板上的兩個(gè)邊分別靠在兩個(gè)相鄰定位銷上。如圖（6）所示。這時(shí)，轉(zhuǎn)向盤得以正確定位并鎖緊。這種利用斜板回轉(zhuǎn)定位的分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)比較簡單。工作也比較可靠，特別適用于小型分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和分度夾具，但由于轉(zhuǎn)位斜板的邊都是直線，導(dǎo)致原盤受到不恒定的力矩。很難實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且轉(zhuǎn)位時(shí)有較大的沖擊現(xiàn)象。方案2：采用圓柱形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，六個(gè)滾子均勻分布在轉(zhuǎn)盤端面，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過角度2時(shí)，轉(zhuǎn)盤以圖（2）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。這種方案只要能設(shè)計(jì)出圓柱形凸輪。就能獲得所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。與方案1項(xiàng)比較，減少了沖擊，運(yùn)動(dòng)規(guī)律能嚴(yán)格按照要求實(shí)現(xiàn)。但圓柱形凸輪設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，更不好加工。方案1雖然有些沖力，而且不能嚴(yán)格按照所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。但由于該工作臺(tái)工作時(shí)，負(fù)載不大，而且也不需要嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。綜合考慮，我選方案1。軸承的選用選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，必須了解軸承的工作載荷（大小、性質(zhì)、方向）、轉(zhuǎn)速及其他使用要求，以下是選用滾動(dòng)軸承的基本原理：1） 轉(zhuǎn)速較高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí)宜選用球軸承：轉(zhuǎn)速較低、載荷較大有沖擊載荷時(shí)則選用滾子軸承。2） 軸承上同時(shí)受徑向和軸向載荷，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；若精細(xì)那個(gè)載荷大，軸向載荷小，可選用深溝球軸承的組合結(jié)構(gòu)。綜上所述，由中軸，中軸上零件及工作臺(tái)上負(fù)載的重力作用，使中軸產(chǎn)生較大的軸向力，軸向力的全部由軸承支承，在眾多的軸承中，圓錐滾子軸承能支承較大的軸向力，故選用圓錐滾子軸承。因?yàn)闈L子軸承能同時(shí)承受較大的徑向力，軸向聯(lián)合載荷。又內(nèi)外可分離，裝拆方便。動(dòng)力的選擇方案1：電動(dòng)機(jī)，由后面計(jì)算可知，要帶動(dòng)該工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，所需的功率不大，可以采用一小電機(jī)。但由于該工作臺(tái)是間歇式工作的，不適合用電機(jī)。方案2：采用液壓，其優(yōu)點(diǎn)是：1） 同其他傳動(dòng)方式相比，傳動(dòng)功率相同，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。2） 可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，調(diào)整范圍大。運(yùn)動(dòng)間的慣性小，能夠頻繁迅速換向，傳動(dòng)工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸震，并能自動(dòng)防止過載。與電氣設(shè)備配合，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和操作和自動(dòng)化；與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)配合能實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制工作。原件已基本上系列化，通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，適于CAD技術(shù)的應(yīng)用，提高工效，降低成本。其缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生泄露，污染環(huán)境。反映速度慢。引有泄露和彈性變形大，不易做精確的定比傳動(dòng)。系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會(huì)引起爬行，噪音和振動(dòng)。使用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小。故障診斷與排除要求較高技術(shù)。方案3：采用氣壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)相比，雖遠(yuǎn)不及液壓傳動(dòng)應(yīng)用那樣廣泛，但它卻具有許多其他能源所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。空氣可以從大氣中取之不盡，無介質(zhì)費(fèi)用和供應(yīng)上的困難；同時(shí)，可以將用過的空氣直接放入，處理方便；與液壓傳動(dòng)相比較慢不必設(shè)置回收液壓油的油箱和管道。萬一空氣管道有泄漏處引起部分能量損失外，不致引起環(huán)境污染?？諝獾恼扯群苄?，在管道中流動(dòng)時(shí)壓力損失較小，一般其阻力損失不到油的千分之一，因此，壓縮空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離傳送。壓縮空氣的工作壓力較低，一般在0.4到0.8Mpa，可降低對(duì)氣動(dòng)原件的材質(zhì)和制造精度的要求，因而結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低。氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速，反應(yīng)快。因此，適用于一般機(jī)械設(shè)備的控制上。氣壓傳動(dòng)維護(hù)簡單，工作介質(zhì)清潔，管道不易堵塞，已不使用安全，可靠。可以在高溫、振動(dòng)、腐蝕、易燃、多灰塵、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作、便于實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。此外，氣壓傳動(dòng)上具有液壓傳動(dòng)的一些優(yōu)點(diǎn)，如操作控制方便，元件便于標(biāo)準(zhǔn)化，易于控制和實(shí)現(xiàn)供需自動(dòng)化等。存在介質(zhì)變質(zhì)，補(bǔ)充和更換等問題。氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：由于空氣的可壓縮性，使工作速度不易穩(wěn)定，外載變化對(duì)速度影響較大，也難于準(zhǔn)確地控制與調(diào)節(jié)工作速度。由于工作壓力較低使結(jié)構(gòu)尺寸較大，氣壓傳動(dòng)裝置的總推力較小，一般約到10到40KN。氣壓傳動(dòng)的總功率低，僅為電機(jī)的1/6到1/7。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)所需的推力不大，對(duì)精度也要求不高，有較快的反應(yīng)速度，也適合間歇式的工作。所以該工作臺(tái)的動(dòng)力采用氣壓傳動(dòng)。斜板的選用方案1：斜板各邊都是直線的。斜板各邊設(shè)計(jì)成直線的，最大的問題就是沖擊問題，下面對(duì)沖擊的現(xiàn)象進(jìn)行分析。對(duì)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來說，沖擊現(xiàn)象可分為兩種：一種是開始回轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)終了及定位是的沖擊。現(xiàn)在先分析后一種現(xiàn)象。當(dāng)斜板的邊推動(dòng)銷使回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)，斜板作用力的方向垂直于斜板失去一邊的斜面，定位銷的運(yùn)動(dòng)方向垂直于回轉(zhuǎn)中心O及定位銷中心O1的連線，如圖2-3所示。斜板作用方向與定位銷運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角A為壓力角。當(dāng)斜板為直線，如圖2-3中所示的協(xié)辦推動(dòng)定位銷的邊與水平成75度和30度的直線時(shí)，用壓力角都是不一樣的，由于在回轉(zhuǎn)過程中，定位銷運(yùn)動(dòng)方向的分力也是一樣的。由于在回轉(zhuǎn)過程中，定位銷中心與協(xié)辦的相對(duì)位置一直在變化。因此沿定位銷運(yùn)動(dòng)方向也一直在變化，也推動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的力一直在變化。所以在回轉(zhuǎn)過程中有不平穩(wěn)現(xiàn)象，就要把這種壓力角設(shè)計(jì)成不變的。另外一種是開始回轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)終了及定位銷的沖擊現(xiàn)象。開始回轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊現(xiàn)象是由于斜板板面與定位銷之間有一段不小的距離，斜往前（往后）推動(dòng)定位銷有一定的沖擊力，由于斜板的質(zhì)量較小，這些沖力也不會(huì)太大，要消除也不很方便?；剞D(zhuǎn)終了時(shí)的沖擊是由于回轉(zhuǎn)終了時(shí)工作臺(tái)轉(zhuǎn)盤的速度并不等于零，所以有一定的慣性和沖擊力。這種沖擊力可以用液壓緩沖有剛來吸收，也可以把斜板做成比較復(fù)雜的曲線來消除。這種斜板各邊都是直線的，雖存在以上問題，但由于會(huì)回轉(zhuǎn)速度小，且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不大，所以影響不大。該斜板設(shè)計(jì)和制造比較簡單。方案2：斜板邊設(shè)計(jì)成等壓力角斜板曲線的設(shè)計(jì)方法，為了消除工作臺(tái)回轉(zhuǎn)過程中的不平衡現(xiàn)象，可以把壓力欠妥設(shè)計(jì)成相等的。下面用一個(gè)六工位的實(shí)例來說明（見圖2-4）。壓力角就在70度到75度之間，在本例中選用了72度。把定位銷直徑d和回轉(zhuǎn)半徑R按比例繪好。將兩次回轉(zhuǎn)角度a和卩（這里是取六等分的1/2,所以各為30度）分別繪出，并將30度分為六等分，分別繪出定位銷中心1~7，并以1~7為中心分別繪出定位銷直徑,再分別繪出斜板作用力方向的直線,分別與徑向成18度角（因?yàn)閴毫菫?2度）。此直線與定位銷分別相交于1＇~7＇點(diǎn),通過1＇~7＇點(diǎn)作水平方向的平行線。再通過1＇點(diǎn)作與斜板作用力方向成90度的直線,與第二條水平線相交于2＂（1＂點(diǎn)與1＇點(diǎn)重點(diǎn)）,從2＂點(diǎn)作與定位銷中心2處于與斜板作用方向成90度的直線,與第三條水平線相交于3＂點(diǎn)：其余依此類推,做出4＂~7＂點(diǎn)。用曲線或幾段弧把1＂~7＂連接起來。斜板雖然消除了不平衡現(xiàn)象,但斜板各邊用了較復(fù)雜的曲線,設(shè)計(jì)和制造都比較困難。所以我認(rèn)為方案1更可取。

2.6潤滑方式選擇因最上面的圓盤面積比較大，又是旋轉(zhuǎn)的，所以不便于對(duì)圓錐滾子軸承進(jìn)行潤滑。故在上面放一油杯，油杯經(jīng)過中軸的小孔流入軸承，從而對(duì)軸承取到潤滑的作用。因?yàn)楸竟ぷ髋_(tái)的受力比較小，速度也很小，所以也可用脂潤滑。圖2-5油杯第3章計(jì)算分析工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析按照工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)要求，工作臺(tái)每回轉(zhuǎn)n/3時(shí)，工作停下來工作一次，在這n/3時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下：0~0.5s 圓盤以恒定加速度旋轉(zhuǎn)0.5~1.5s 恒角速度旋轉(zhuǎn)1.5~2s 圓盤以恒角加速度減速，直到停止。所以原盤的角速度在n/3內(nèi)隨時(shí)間變化規(guī)律如下圖3-1：因?yàn)樵?s內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為n/3。所以：（1+2）Wmax/2=n/3得出： Wmax=2/9n顯然0~0.5s和1.5~2s間的角加速度大小都等于4/9rad/s2計(jì)算工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及所需動(dòng)力把旋轉(zhuǎn)部分按層來分，分為多個(gè)圓柱來求。對(duì)單個(gè)底面半徑r、高為h的圓柱，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如表3-1：表3-1部分零件尺寸表12345R(mm)503008550130H(mm)815178117另外，在工作時(shí)，工作臺(tái)有20kg的負(fù)載放在離中心位置190mm處，必須考慮進(jìn)去。由于還有油杯，圓錐滾子軸承，摩擦等在計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)都沒有考慮。所以總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I總?cè)?.2kg/m2所以在加速減速時(shí)，所需要的力矩為M=IB=2.2X4/9n=3.07Nm從而圓盤在圓柱銷處所需的切向力F=3.07/0.08=38.375N在各階段的受力分析這是設(shè)計(jì)過程中很重要的部分，只有準(zhǔn)確的受力分析，才能合理地選擇氣壓動(dòng)力。并保證工作臺(tái)按照要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，既要準(zhǔn)確，又要保證動(dòng)力足夠大，能推動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)力太大，會(huì)增加沖擊，產(chǎn)生較大的噪音，對(duì)環(huán)境造成污染，尤其是在大城市，嚴(yán)重影響居民的工作和休息；另外，沖擊太大，會(huì)嚴(yán)重影響整機(jī)的壽命，造成零件過早地失效。所以在這部分，我們要作嚴(yán)格的受力分析，為各設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。在推進(jìn)過程中要使圓盤以”=4/9n的角加速度加速，必須受到F=38.375N的圓周力（前面已算出）。由上圖的受力分析圖3-2及公式（3-1）可知：3-1)Fn=Ft/cosO

3-1)圖3-2推進(jìn)過程位置1和3的受力由于Ft恒定，所以Fn與3成正比。所以在推進(jìn)過程中（從位置1到位置3）。3角逐漸增大，又因?yàn)槲恢?是推進(jìn)的極限位置，所以在位置3處的Fn最大。Fn的方向始終不變，所以在位置3處的動(dòng)力應(yīng)需最大。F =FXsin9=143.2N氣動(dòng)maxnmax 3注：9為推進(jìn)過程中的最大壓力角，即9=75。333.3.2在回退過程中由上圖的受力分析可知：Fn在位置6上力最大才能保證Ft恒定F =FtXcos55°/cos65°=52.3N氣動(dòng)max在這過程中，最大壓力角為9=30。＋35。=65。6如下圖3-3

圖3-3回程過程位置4和6的受力分析3.4行程的計(jì)算行程計(jì)算在設(shè)計(jì)過程中是一項(xiàng)很重要的計(jì)算，它決定著T型槽的長度選擇。太長的話，會(huì)造成尺寸過大，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來不便，同時(shí)也浪費(fèi)材料，從而增加成本；太小的話，更是不行，導(dǎo)致分度圓盤無法在整個(gè)圓周上回轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。另外，行程的計(jì)算是選擇氣缸的主要參數(shù)來源，只有確定了換位斜板的最大行程，才能正確選擇氣缸。以下是行程計(jì)算過程：如下圖3-4，引入未知數(shù)d0、d1、d2、d3、d4、d5。

圖3-4未知數(shù)假設(shè)由換位斜板的已知尺寸可知44+d2?cos35°=178Sin35°?d2+4+d3?sin30°=113由以上兩式可解出：d2=163.58 d3=30.35由上圖可知：d4?tan35°+4+d3?sin30°=100-r-r/sin55°得出：d4=67.87又有： 15+(44-76cos75°)+(178-44)?cos55°=d5得出：d5=145.09又： d6=110+110?sin60°=205.26mm所以行程為：l=d6-d5+d4=128.04mm氣缸使用場合與其使用場合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，以免活塞與氣缸蓋相碰撞，所以按計(jì)算行程多加10~20mm的行程余量第4章氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)明確系統(tǒng)要求據(jù)加工的需要，該系統(tǒng)的工作循環(huán)是：推進(jìn)—暫?！爻?。調(diào)查結(jié)

果及計(jì)算結(jié)果表明，推進(jìn)和回程的速度為41.9m/min推進(jìn)速度就能在0?41.9m/min范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，速度最大行程為128.04mm，在這近給方向最大力為143.2。在回程過程上，氣缸所需的最大力為16.7N。中間要停留1秒。在這過程中，氣缸所受的負(fù)載為0。分析系統(tǒng)工況氣壓在工作過程各階段的負(fù)載為：啟動(dòng)時(shí)，分度圓盤的角加速度為”=4/9nrad/s，此時(shí)受到Ft=38.375N的圓周力（后面有計(jì)算過程）。所以F-Fttan=88.9N氣動(dòng) 3推進(jìn)過程中：由前面計(jì)算可知：F -143.2N氣動(dòng)max回程過程中：

由前面計(jì)算可知：F氣缸max=52.3N;將氣壓在各階段的速度和負(fù)載列于下表中。表4-1氣壓缸在各階段的速度和負(fù)載值工作階段速度v(m/s)負(fù)載F/N啟動(dòng)加速88.9推進(jìn)0.698143.2回程0.69852.3確定執(zhí)行元件的工作壓力初選氣壓缸的工作壓力由上表可知參考同類型組合機(jī)床，取氣壓缸工作壓力P為0.1MP確定氣壓缸的主要參數(shù)4X143.24X143.2麗：4X143.2= =42.7*P\「3.14x0.1x1000000查找設(shè)計(jì)手冊(cè)，按液壓缸內(nèi)徑徑系列將以上計(jì)算圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取D=70mm計(jì)算液壓缸的流量和功率1）計(jì)算氣壓缸的輸入流量因推進(jìn)時(shí)的速度為0.698m/s,則液壓缸各階段的輸入流量為推進(jìn)和回程過程的速度相同，所以這兩階段的流量相同。q=nd2?v=3.14X452X0.698X10-4=26.6L/min2）計(jì)算氣壓缸的輸入各階段的輸入功也是相等的。P=p?q=0.1X106X26.6X10—2/60=0.44kw通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：選用氣壓缸型號(hào)：QCJ2B16-1304.4擬定系統(tǒng)原理圖根據(jù)組合機(jī)床的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，該機(jī)床對(duì)調(diào)整范圍，低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題。速度的換接，穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。速度控制回路的選擇:本機(jī)訂的推進(jìn)運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性，故采用調(diào)速閥調(diào)速，有三種方案可供選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，出口節(jié)流調(diào)速。本系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，效率和發(fā)熱問題并不突出；在整個(gè)旋轉(zhuǎn)過程中，負(fù)載和速度都不大，而且是正負(fù)載，所以沖擊不太大，所以不需要加背壓閥。在各階段的速度和負(fù)載都不一樣，所以要選用節(jié)流閥，通過改變節(jié)流口通流面積大小來改變局部受力的大小，從而現(xiàn)實(shí)對(duì)流量的控制，來改變換位斜板的速度。該氣壓系統(tǒng)各階段工作狀況分析：推進(jìn)過程：此時(shí)，電磁閥得電，接通電磁閥的左端，氣體從氣缸的右腔，推動(dòng)活塞各左運(yùn)動(dòng)?；爻踢^程：此時(shí)二位四通電磁閥不得電，電磁閥的右端接入系統(tǒng)，氣體經(jīng)過節(jié)流閥進(jìn)入氣缸的左腔，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)。如圖4-3。1-氣缸2-單向節(jié)流閥3-二位四通電磁閥 4-氣源4-3氣壓系統(tǒng)圖結(jié)論在這一個(gè)學(xué)期時(shí)間內(nèi)，在孫老師的指導(dǎo)下并通過自己的努力。順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容為六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過這一個(gè)學(xué)期做畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在原來理論知識(shí)基礎(chǔ)上得到了升華。不僅進(jìn)一步鞏固了以前三年所學(xué)的理論知識(shí)，還讓我了解了設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的整個(gè)過程：怎樣去收集、理解各種資料、怎樣具體設(shè)計(jì)、怎樣去編寫、整理論文。同時(shí)也讓我深深體會(huì)到，現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)一機(jī)械產(chǎn)品是多么艱辛，并不像理論說的那么簡單。不僅要扎實(shí)的理論知識(shí)，還要考慮到許多現(xiàn)實(shí)因素。這些收獲都為我以后的學(xué)習(xí)和工作取到很大的指導(dǎo)作用。在設(shè)計(jì)六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)過程中，我采用了論文中的方案。如論文中所訴，該方案由很多優(yōu)點(diǎn)。但也未必是最好的，其中不可避免地存在一些問題。首先，在推進(jìn)和回程過程中，推力是不變的，而換位斜板各邊都是直線，使在各處的壓力角不相等。最后導(dǎo)致分度圓盤所受的圓周力不一樣，即旋轉(zhuǎn)的角速度一直在變，從而工作臺(tái)不能嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。其次，分度圓盤旋轉(zhuǎn)一工位的開始和結(jié)束時(shí)，都有比較明顯的沖擊現(xiàn)象，不過該工作臺(tái)的負(fù)載較小，問題不大，如果負(fù)載較大的話，那該方案就不可取了，應(yīng)該選用等壓力角斜板曲線的設(shè)計(jì)方法。致謝時(shí)光的流逝也許是客觀的，然而流逝的快慢卻純是一種主觀的感受。當(dāng)自己終于可以從考研、找工作、畢業(yè)設(shè)計(jì)的壓力下解脫出來，長長地吁出一口氣時(shí)，我忽然間才意識(shí)到，原來四年已經(jīng)過去，到了該告別的時(shí)候了。一念至此，竟有些恍惚，所謂白駒過隙、百代過客云云，想來便是這般惆悵了。可是悵然之后，總要說些什么。大學(xué)四年，生活其實(shí)很簡單，只是一些讀書、寫字和考試的周而復(fù)始。如果把這種單調(diào)的生活看作一場場循環(huán)的演出，那么我只是一個(gè)安靜的演員。這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)也絕稱不上什么精彩的臺(tái)詞，只不過是這種循環(huán)演出即將告一段落時(shí)的謝幕詞。但是無論多么蹩腳的演員，無論臺(tái)下有多少觀眾，即使是只說給自己聽，在他謝幕時(shí)也總要感激一些人，是這些人幫助他走上舞臺(tái)，成功或者不那么成功地演出。我在這里首先要感謝的是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師——孫全穎老師。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)從開題、資料查找、修改到最后定稿，如果沒有他的心血，尚不知將以何等糟糕的面目出現(xiàn)。我很自豪有這樣一位老師，為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，他放棄了自己的休息時(shí)間，他的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩也值得我感激和尊敬。感謝和我共度四年美好大學(xué)生活的哈理工機(jī)械07-11班的全體同學(xué)。感謝機(jī)械學(xué)院和其他學(xué)院的所有授課老師，感謝他們的教誨，讓我知道在社會(huì)上懂得怎樣去做好自己，端正自己的位置，為社會(huì)貢獻(xiàn)出我自己的力量。感謝所有關(guān)心、鼓勵(lì)、支持我的家人和朋友。參考文獻(xiàn)邱宣懷編.機(jī)械設(shè)計(jì).第四版.高等教育出版社高常識(shí)編.液壓與氣壓傳動(dòng). 高等教育出版社哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組編.理論力學(xué).高等教育出版社.機(jī)械工程手冊(cè)編委會(huì)編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社19975姜海，宋錦春等?液壓與氣壓傳動(dòng)?高等教育出版社,2002,1(1)5?3106高鑫,姚玉春，李林貴主編?機(jī)械設(shè)計(jì)?沈陽：東北工學(xué)院,1988:10?2137徐瀛主編?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1985:1?3158邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第四版.高等教育出版社，1997,(4):1?2509大連理工大學(xué)工程畫教研室編.機(jī)械制圖.第四版.高等教育出版社,1995:1?269徐福玲,陳堯明主編.液壓氣壓傳動(dòng).機(jī)械工業(yè)出版社,1999:1?257Hydraulicpressurepneumaticactuatormachinepartsdesignhandbook(sequel)-hydraulictransmissionandpneumaticactuator-metallurgicalindustrypublishinghouse，1994，(4):56?17512H.LiuJ,ButterfassS,KnochP,MeuselG.Hirzinger.ANewControlStrategyforDLRMultisensoryArticulatedHand.13H.LiuJ,ButterfassS,KnochP,MeuselG.Hirzinger.ANewControlStrategyforDLRMultisensoryArticulatedHand，1989，(5):19?66附錄DevelopmentofaPLCVirtualMachineorienting

IEC61131-3StandardAbstract—ProgrammableLogicController(PLC)playsamoreandmoreimportantroleinthefieldofindustry.Todealwiththeheterogeneityofmanufacture-dependentprogramminglanguages,IEC61131-3internationalstandardhaspromotedthePLCopennesstodeveloping.Inthispaper,wepresentaproposaltoimplementtheIEC61131-3standardinaPLCvirtualmachine(VM),whichisanewkindofhigh-levellanguageVMandtakesInstructionList(IL)astheintermediatecode.WediscussthesyntaxandsemanticsofIL,andshowthedesignarchitecturefortheemulationengineusingbothinterpretationandtranslationmethods.ThePLCVMenablesdeveloperstorapidlyportinganIEC-61131-3applicationontodifferentplatforms.WehaveimplementedthePLCVMonaC51basedembeddedPLCplatform.Keywords-Programmablelogiccontroller;virtualmachine;IEC61131-3I.INTRODUCTIONWiththeacceleratingpopularityofnetworkedcontrolsystem,asamaintypeofdiscretecontroller,thePLChasbeenunprecedentedlyappliedinindustryfield.TraditionalprogramminglanguagesforPLChadseveraldrawbacks,including:weaksoftwarestructure,limitedcontroloverprogramexecution,andinparticular,limitedfacilitiesforsoftwareportingduetothelackofunifiedsyntaxandsemanticsbetweenPLCproducts.TheIEC61131-3standardisaglobalstandardthattriestoovercometheseproblemstoimprovesoftwarequality.However,thesoftwareportingproblemisstilloutstandingbecauseofdifferentaddressingschemes,varioustasksscanrates,andalackofstandardfileformattostoreIEC61131-3applications.Inthispaper,wefocusonproposingavirtualizationbasedsolutiontosuchasoftwareportingproblem.Virtualmachineprovidesawayofenhancesoftwareinteroperability,systemimpregnability,andplatformversatility,whichareusedinanumberofdisciplinesrangingfromprogramminglanguagestoprocessorarchitectures.Whenasystem(orsubsystem),e.g.aprocessor,memory,orI/Odevice,isvirtualized,itsinterfaceandallresourcesvisiblethroughtheinterfacearemappedontotheinterfaceandresourcesofarealsystemactuallyimplementingit.Withthisconcept,thePLCVMisthetraditionalPLCsysteminabstract,usingthehardware-independentinstructionsetandshieldingtheapplicationlogicfromhardware.Whenhardwareplatformchanges,onlythePLCVMneedstobetransplanted,andtheuser'sapplicationdoesnotrequireanychangesinprocedures.Hence,TheVMprovidesaneffectivewaytoporttheIEC611313basedapplicationlogicontodifferentplatforms.Therefore,ourvirtualmachineisorientingPLCprogrammingstandard-IEC61131-3.Oneofthestandardlanguages-IListakenastheintermediatecodetocopewithhardwareindependentcontrollogic.Meanwhile,unifiedlocalAPIinterfacesaredesignedtodealwithhardware-dependentcallsintheinstructioninterpretationprocess.Inshort,Pre-compilingthelocalresources,realtimeinterpretingtheILlogicandon-demandcallingthelocalinterfacesarethemaincharacteristicsofourPLCVM.Therestofthispaperisorganizedasfollows:SectionIIoverviewstherelatedworkintwoaspects:IEC61131-3standardandembeddedvirtualizationtechnology;SectionIIIshowsthevirtualizedsystemarchitectureforPLCVM.SectionIVanalyzesthesyntaxandsemanticsofIL,describestheVMhardwaredependentconfigurationprocessanddetailstheimplementationofinstructionemulationengine.TheimplementationandtestofPLCVMonaC51basedPLCplatformispresentedinSectionV.ThisisfollowedbyaconclusionandfutureworkinsectionVI.RELATEDWORKIEC61131-3overviewTheIEC61131standardisageneralframeworkthattriestoestablishtherulestowhichallPLCsshouldadhereto,encompassingmechanical,electrical,andlogicalaspects.Thethirdpart,IEC61131-3,dealswiththeprogrammingaspectoftheindustrialcontrollers,definingthelogicalprogrammingblocksandtheprogramminglanguages.IEC61131-3hasstipulatedfivekindsofprogramminglanguages,includinginstructionlist(IL),ladderdiagram(LD),sequentialfunctiondiagram(SFC),functionblockdiagram(FBD)andstructuredtext(ST).ILisasimpletyped,low-level,assemblylanguage,frequentlyusedwheneveritisnecessarytohavecompact,ime-criticalcode.Inparticular,itcanactastheintermediatecarrierfortheotherfourlanguages,LD,SFC,FBDandST.Forinstance,thefamousIEC61131-3compilerOpenPCS[4]takestheILasthebasiccomponenttosupporttheinternaltranslationbetweenhigh-levellanguages.B.EmbeddedvirtualizationtechnologyVMscanbedividedintotwocategories[3]:processvirtualmachineandsystemvirtualmachine.Theformercanonlyprovideavirtualenvironmenttoasinglesystemprocess,suchasJava,Smalltalkandtheotherhigh-levellanguage(HLL)VM.Thelatteristovirtualsystemasawhole,suchasVMWareandVirtualPC.Overtheyears,designershavedevelopedanumberofHLLVMstargetedatspecificlanguages.AwellknownexamplewasJavavirtualmachine(JVM)[5].Todealwithplatformdependent,Javaprogramsshouldfirstbecompiledtojavabinaryclasses,andthenJVMloadsandexecutesit.ByapplyingJavatechnology,Grabner[6]proposedVirtualPLCarchitecturetobeplatformindependent.However,itsimplementationisfocusedonrealizingremotesupervisionandmaintenancethroughgeneralpurposecomputer.PLCisatypicalkindofembeddeddevice,whosearchitectureisdifferentfromgeneralpurposecomputer.YukiKinebuchi[7]hasdiscussedthebenefitsofapplyingvirtualizationtechniquesonembeddedsystems.Muchtoourregret,theperformanceofitsimplementationwasnotenoughtomeetthestrictresourcerequirements,andalsolackinginthesupportofreal-timeguarantee.Heiser[8]arguedthatvirtualizationisunabletomeetthespecialrequirementsofembeddedsystems.Hence,whenwethinkinvirtualmachineswealwaysremembertheoverheadoftheinterpretation.Nowadays,apartfromthisthought,virtualizationconstitutesavalidapproachtobeappliedtoanothertypicalembeddedapplicationfield-wirelesssensornetwork(WSN).TheproofisthebroadrangeofsoftwareproposalsforWSNsbasedonvirtualmachines[9].Aswe'veseen,thereisstilllackofworktoapplyembeddedvirtualizationtechnologiesforPLC.OurworkisfocusedondesigningaHLLVMtosupportIEC61131-3languages,calledPLCVM.Itenablesuserstorapidlyportapplicationstodifferentplatforms,speciallytherestrictedembeddedenvironment.PLCVIRTUALMACHINEA.DesigngoalsTheoverallgoalistoenabledeveloperstorapidlyimplementbackendsofPLCapplications.WeidentifiedthetwospecificPLCVMdesigngoals:xProvideprogrammingsupportforIEC61131-3standard,throughinterpretingILcode.xProvideaunifiedsetoflocalresourceinterfacestoshieldthedifferencesbetweenPLCplatforms,suchasaddressingschemes,taskscanrates,peripheraldevicesdriverandsoon.SystemArchitectureFullcross-platformportabilityismoreeasilyachievedbydesigningitintooverallsystemarchitecture.Here,astheillustrationofVM-basedsystemarchitecture(Figure.1),theapplicationenvironmentdoesnotdirectlycorrespondtorealplatform.Instead,itisdesignedforeaseofportabilityandtomatchthefeaturesofVM.TheVMisfocusedonminimizinghardware-specificandOS-specificfeatures,whichwouldcompromiseplatformindependence.Specially,acompilerfront-endgeneratesabstractmachinecode,calledportablecode.ThisportablecodeisinessencethemachinecodeforVM.Itcouldbedistributedontodifferentplatforms.Foreachplatform,aninterpreterinVMtakeseachinstruction,decodesit,andthenperformstherequiredstatetransformationsinvolvingmemoryandstack.I/OandperipheralfunctionsareperformedviaasetofstandardAPIcallswhicharedefinedasapartoftheVM.IMPLEMENTATIONOFVIRTUALMACHINEPortablecode—ILlanguageIEC61131-3definesfivestandardprogramminglanguagesforPLC.Amongthem,IListheonlyassemblelanguagewhichcouldbedirectinterpretedasanintermediatecode.OthertypeoflanguagescanbetranslatedtoILprogram.Therefore,wechooseILastheportablecodetosupportthefull-setofIEC61131-3.Syntax ILisexecutedlinebyline.EachinstructionlineiscorrespondingtoanexecutablePLCorder.Apartfromthevariabledeclarations,ILprogramsaresequencesofstatements.Astatementmainlyconsistsofacommandandaseriesofoperands.Sometimes,astatementbeginswithalabeltodenotethecommandlocationintheprogram.Additionally,programscanbeaugmentedbyannotations.SemanticsSemanticsanalysisistodeterminewhatstatementislegitimate.ThematchingrulesarelistedinTableI.Ingeneral,weconsidersthefollowingthreemajorpoints:xReadthecommandlinebylineandrecordthestartandtheendpoint.xIdentifythecommandandoperandtypes.xCheckwhetherthescopeoftheoperationsbeyondthelimit.Firstly,theappearanceofdenotesthebeginningofaninstructionline,and"\n"istheend.Secondly,identifyingtheCOMMANDistomatchthefirst"string"withdefinitionofILCode.FollowingCOMMANDstringsiscategorizedtodifferenttypesofoperands.Forinstance,"LDSI''isidentifiedasthepattern"string+stringl",anindirectoperand,andthentranslatedtothepattern"%+string+num"accordingtovariabledefinitions."LD%IXl.l"isusuallyinterpretedasthelstbit ofthe1stinputchannel.Iftheoperandpatternisnotmatched,thesemanticsanalyzershouldstepintoerrorprocess.ThemajorcomponentsofaPLCVMareshownin:VMloader:writestheILcodeasinput"data"intoaregionofmemoryholdingtheinterpretationandtranslationroutines.Initialization:allocatesmemoryspaceforthecodecache,operandstackandmatchingruletableusedduringtheemulationprocess.Emulationengine:usesbothinterpretationandbinarytranslationtoemulatetheILinstructions.Theemulationismainlyperformedviainterpretationwithaprerecordedintermediateform.Andthetranslationisresponsiblefordealingwiththelocaloperationswhichhappenedininterpretationprogress.LocalAPImanager:providesaunifiedlocalcallinterfacesforcodeinterpretation,anddecideswhichtranslationsshouldbeflushedouttomakeroomfornewtranslations.OScallemulator:translatestheVMactivityintoanappropriatecallontheOSandthenhandlesanyassociatedinformationreturnedasaresultofthecall.I/O&Peripheralemulator:translatestheI/Oorperipheraloperationsintoanappropriatecallonthelocalresourcecodelibraryandthenhandlesanyassociatedinformationreturnedasaresultofthecall.Moreover,whichhasbeendenotedintheFig.3,toachievetheplatform-independent,therearethreestepsshouldbecompletedbeforetherunofPLCVM:VMenvironmentconfiguration,thatistoallocatememoryforstoringILcodeandsetoperandstack.ReplacementoftheindirectoperandswiththeactualsystemIOaddress,thedecouplingoftherelationshipbetweenthelocalrelatedoperationsandthecontrollogic.Encapsulationoftheperipheraldriverpackageunderaunifiedsetofinterfaces,toallocatethespecialcodecacheforoperationofthelocalresourcelibrary.EmulationengineThefollowingdetailedthePLCVMdesign(Figure.4).PLC_VMisafactoryclass,whichisresponsibleforthecreationoftheotherfourcomponentsofVM,whileaninterfacefunctionInterpretCodestoexplaintheIL-code,usingthepointerCcodeBasedforthelocationofeachcommandtocallthecommandexecutionfunction.AstheIL-codeinterpretationisdesignedbasedonobject-orientedidea,eachcommandisasubclasswhichisderivedfromsuperclassCCodeBase.CCodeBaseistoprovideapurevirtualfunction.Eachcommandsubclassinheritsit,rewritethefunctionandrealizethesemanticitself.Inthisway,thereisnoneedchangetheinterfacecodefortheinterpretationofeachcommand.ThemajorfourcomponentsinVMarelistedbelow:Stackoffunctioncalls:torecordthepointoffunctioncallandthecontextswitch.Stackofoperands:usedforbufferingtheimmediateresultsofcomputing,similartotheEvaluationStackin.NETCLRframework.Datasector:responsibleforthestorageoflocalandglobalvariables.Whenaccomplishingtheinterpretationofoneinstructionline,thedatasectorwouldberecoveredimmediately.Codebufferarea:responsibleforthemaintenanceofILcode,loadandremove.TheILprogramdecodedprocess