全自动铝型材切割机系统设计说明书

XX大学毕业论文 学院：XX学院班级：机械XX姓名：XXX 学号：XX目 录摘 要3关键词3Abstract4Keywords4第一章 PLC简介及发展历史51.1 PLC发展51.2 PLC的用途71.3 PLC的性能特点81.3.1 硬件的可靠性81.3.2 编程简单，使用方便91.3.3 接线简单，通用性好91.3.4 可连接为控制网络系统101.4 PLC的工作原理111.5 PLC的编程语言12第二章 系统硬件设计142.1 PLC硬件设计142.1.1 CP1H简介142.1.2 PLC点表设计及接线152.2 步进电机硬件设计172.2.1 步进电机简介17第三章 系统软件设计213.1 软件系统简介213.2 工艺流程图分析223.3程序功能分析243.3.1启动按钮自锁243.3.2原点搜索原点复位功能243.3.3置位，复位功能263.3.4 频率设定指令26第四章 送料定位与夹紧284.1 结构方案设计284.2 传送部分的选型284.3 滚珠丝杠的选型294.3.1滚珠丝杠的发展及应用294.3.2滚珠丝杠的原理结构和特点324.3.3滚珠丝杠的设计要求33结论35参 考 文 献36致谢38全自动铝型材切割机送料定位与夹紧系统的设计摘 要在很多机械加工过程中，需要对铝材进行切割。而全自动铝型材切割机特别适用于加工精度要求高，图形复杂的情况它主要由PLC及传感器和步进电机组成。PLC在工作过程中，根据传感器和精确的脉冲控制对步进电机精准控制。在设计过程中，全自动铝型材切割机的控制系统是关键，它主要包括如下几个方面；1. 加工工件的原始参考点的确定；2. 切割刀的控制；3. 步进电机的控制；基于上述要求，我们选用欧姆龙CP1H构成控制系统，东洋2H45B步进电机配合完成系统控制设计。关键词：全自动、铝型材切割机、PLCAbstractIn many machining process, the need for aluminum cutting. Fully automatic aluminum cutting machine is especially suitable for high precision machining and complex graphics, it is mainly by the PLC and sensors and stepper motor. PLC in the work process, the precise control on the stepping motor is controlled according to the sensor, and accurate pulse. In the design process, automatic aluminum cutting machine control system is the key, which mainly include the following aspects;1.Determining of the original reference point of the workpiece;2.Cutting control of the knife;3.Stepper motor control;Based on the above requirements, we have the choice of Omron CP1H control system, Japan 2H45B stepper motor control design with the completion of the system.Keywords：Automatic, aluminum cutting machine, PLC第一章 PLC简介及发展历史1.1 PLC发展第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点(PLC实物图2-1)PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。1.2 PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。1.3 PLC的性能特点 1.3.1 硬件的可靠性PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。1.3.2 编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。1.3.3 接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。1.3.4 可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。(5) 易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。1.4 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。1.5 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图(Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程（Function Chart Programming）是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程(Boolean Logic Programming)包括“与”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。第二章 系统硬件设计OMRON集团1933年5月10日创业至今的70多年中，通过不断创造新的社会需求，已经发展成为全球知名的自动化控制及电子设备制造厂商，掌握着世界领先的传感与控制核心技术。欧姆龙自动化（中国）统辖集团是一个引领工业自动化产品和应用先进技术的跨国公司，作为欧姆龙全球事业的一部分，它已经成为自动化领域的佼佼者。欧姆龙自动化（中国）统辖集团建有研发、生产、技术服务和物流基地，在华北、华东和华南拥有销售公司，其下属近40个事务所、办事处遍布全国，为客户提供最直接的服务。欧姆龙以其特有的“传感与控制”技术，利用多年的经验，以及对生产现场的深刻理解，不断满足客户对产品多样化和高品质的追求。2.1 PLC硬件设计2.1.1 CP1H简介CP1H是日本欧姆龙新推出的整体式小型机，是一款性价比高、功能完备的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数、4轴高速脉冲输出、串行通信等功能于一身，CP1H指令丰富，采用任务编程方式，并支持功能块编程方法使编程更加清楚、简便。CP1H取消了手持编程器配置，没有通常的外设接口，取而代之的是USB端口。还有串行通信功能端口2个，可自由选择RS-232C、和RS-485。可编程控制器CP1H-X 是用于实现高速处理和高功能的程序一体化型PLC。详细具有以下特点：CPU 单元本体，内置输入24 点/输出16 点。CPU 单元本体，可实现高速计数器4 轴，脉冲输出4轴。通过扩展CPM1A 系列的扩展I/O 单元， CP1H 整体可以达到最大320 点的输入输出。通过扩展CPM1A 系列的扩展单元，也能够进行功能扩展（温度传感器输入等）。 通过安装选件板，可进行RS-232C 通信或RS-422A/485 通信（PT、条形码阅读器、变频器等的连接用）。通过扩展CJ 系列高功能单元，可扩展向上位/下位的通信功能等。2.1.2 PLC点表设计及接线选用CP1H的原因，是因为其性能稳定，经济合理，而其脉冲输出功能，也能很好的和步进电机配合控制切割机的动作。硬件上设计以下硬件点：1. 启动按钮，用来控制整个系统启动。2. 停止按钮，控制系统一般，紧急情况停止。3. 复位按钮，当步进电机运行到某一位置时，希望电机回归原位，以便随时校准丝杠。4. 步进电机复位开关，安装在送料导轨上，用于每次步进电机动作复位反馈。5. 切割机到位开关，安装在切割机上下动作气缸上，用于反馈气缸动作。6. 电机控制输出，分别为电机脉冲输出，方向控制，起停控制；7. 切割机转动控制。8. 切割机下降控制。9. 夹具气缸动作，使夹具夹紧。统计IO变量如表1所示序 号输 入输 出1启动按钮电机脉冲输出2停止按钮电机方向控制3复位按钮电机停止4步进电机复位开关切割机转动5切割机到位开关切割机下降6夹具夹紧表1. IO变量表PLC数字量输入点接线图如图1所示。输入点输入电压为DC24V，所以将开关电源DC24V输出与各开关量相连，输入进PLC中。图1.PLC数字量输入点接线图PLC数字量输出点接线图如图2所示。图2.PLC数字量输出点接线图2.2 步进电机硬件设计2.2.1 步进电机简介步进电机(stepping motor),步进电机(step motor)，或者是脉冲电机(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等有着各式各样的称呼方式，这些用日本话来表示的时候，就成为阶动电动机，还有，阶动就是一步一步阶段动作的意思，这各用另外一种语言来表示时，就是成为步进驱动的意思，总之，就是输入一个脉冲就会有一定的转角，分配转轴变位的电动机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进 电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进 电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。也就是说步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以对电机精确定位。步进电机驱动器有很多，应以实际的功率要求合理的选择驱动器。本设计步进电机选用性价比较高的东洋2H45B系统。2H45B系统具有以下特点：1. 双极性恒流斩波驱动；2. 灵活的输出电流设定；3. 最大128细分设定，且不影响其输出力矩；4. 报警信号光藕隔离输出，方便用户监控。；5. 过压、欠压、过流、短路、高温等报警保护；6. 电机低速无爬行现象，噪音小，无共振区。7. 通用定位孔尺寸，便于用户安装；2H45B步进电机驱动器主要有一下几个接线点，与PLC相连接，总结功能如表2所示：符号标记功能详细说明PLS+输入信号光电隔离正端接+5V供电电源，+5V+24均可驱动，高于+5V需接限流电阻。PLS-步进脉冲信号下降沿有效，每当脉冲由高变低时电机走一步。-5.5V低电平0.3V,3.6V高电平5.5V,脉冲宽度2.5uSDIR+输入信号光电隔离正端接+5V供电电源，+5V+24均可驱动，高于+5V需接限流电阻。DIR-方向控制信号改变电机方向。-5.5V低电平0.3V,3.6V高电平5.5V,脉宽2.5uSENA+输入信号光电隔离正端接+5V供电电源，+5V+24均可驱动，高于+5V需接限流电阻。ENA-电机释放信号有效（低电平）时关断电机线圈电流，驱动停止工作，电机处于自由状态。表2. 输入信号接口功能2H45B步进电机驱动器各接线端子与PLC接线图如图3所示：图3.标准接线图第三章 系统软件设计3.1 软件系统简介编程是一个系统工作，它包含了对控制对象的分析理解，一直到程序调试的全过程。1.明确控制系统要求确定控制任务是设计PLC控制系统十分重要的部分。在设计中首先必须确定控制系统的I/O点数，它决定了PLC的系统配置，然后确定控制系统动作发生的顺序和相应的动作条件。2.I/O分配根据控制系统区分哪些是发送 （输入）给PLC的信号，哪些是接收来自PLC的信号（输出），分别给出对应的地址。同时根据程序的需要合理使用定义过的内部辅助继电器、定时器和计数器等。3.绘制梯形图明确输入、输出以及它们之间的关系之后，按照实际的要求编写梯形图。4.将梯形图转换成助记符，编写指令表。如果借助于计算机和编程软件，可省去这一步。5.利用编程器或编程软件将程序输入到PLC中。6.检查程序并纠正错误。7.模拟调试。8.现场调试。 CX-Programmer 是一个用于对Omron CP系列 PLC、CV系列 PLC、以及C系列 PLC建立、测试和维护程序的工具。它是一个支持PLC设备和地址信息、 OMRON PLC 和这些PLC支持的网络设备进行通信的方便工具。 CX-Programmer 在运行微软Windows 环境(Microsoft Windows 95 或者更新版本, 或 Microsoft Windows NT 4.0或者更新版本)的标准IBM及其兼容（基于Pentium或者更高）台式机上面运行。3.2 工艺流程图分析统计IO变量如表1所示序 号输 入输 出1启动按钮电机脉冲输出2停止按钮电机方向控制3复位按钮电机停止4步进电机复位开关切割机转动5切割机到位开关切割机下降6夹具夹紧表1. IO变量表PLC程序设定的主要任务就是根据控制要求将公益流程图转换为梯形图，这是PLC应用中的关键问题，程序编写是软件设计的具体体现。所以工艺流程图在软件设计中占有相当重的份额，下面根据控制要求，总结工艺流程图如下：两切割机一起动作，三个夹具一起动作，这样能大大简化程序难度，减少CPU运算量。3.3程序功能分析下面详细分析程序中各功能，及使用到命令详解。3.3.1启动按钮自锁启动按钮和停止按钮在整个控制中，起着相当重要的作用。按下启动按钮运行，并自锁，程序中每一步动作，都需要有启动按钮的常开点保证系统可控性。当发生突发状况或需要停止系统时，按下停止按钮。程序中采用中间继电器自锁控制系统启停，如图：3.3.2原点搜索原点复位功能在CP1H CPU 单元的脉冲输出功能中，作为决定机械原点的方法，可配备以下2 种功能。1.原点搜索：以通过原点搜索参数指定的形式为基础，通过执行ORG 指令实际输出脉冲，使电动机动作，将以下3 种位置信息作为输入条件，来确定机械原点的功能。a.原点输入信号b.原点附近输入信号c.CW 极限输入信号、CCW 极限输入信号2.脉冲输出当前值变更：希望将当前位置设为原点的情况下，通过INI 指令将脉冲输出当前值变更为0。执行上述中的任何一项时，进入原点确定状态。此外，作为回复到原点的功能，还可以配备以下原点复位功能。原点复位：从电动机停止的任意位置开始，通过执行ORG 指令实际输出脉冲，使电动机动作，使其向原点搜索或当前值变更确定的原点位置移动。通过ORG 指令，输出脉冲使电动机实际动作，使用显示原点附近、原点的输入信号来决定原点。作为显示原点的输入信号，使用伺服电动机配备编码器的Z 相信号、或外部传感器（光电/接近传感器/限位开关等）。可选择几个原点搜索形式。另外，在原点输入信号上连接传感器等的集电极开路输出信号。原点输入信号的响应时间为0.1ms（NO 接点设定）。这里的“原点输入信号上连接传感器”即步进电机复位开关，系统每次重新上电和按下复位按钮时，执行“ORG”命令，搜索系统原点。程序如图：3.3.3置位，复位功能系统中，夹具气缸，切割机下降气缸，及切割机转动控制都采用置位（SET），复位（RSET）命令。为防止系统故障停止错位，初次上电和按下复位按钮时，也要复位夹具气缸，切割机下降气缸，及切割机转动。3.3.4 频率设定指令频率设定指令是这个程序的核心指令，用来控制步进电机。可进行无加减速脉冲输出、定位（单独模式）或速度控制（连续模式）。单独模式中通过PULS 指令和置位使用。通过在脉冲输出中执行本指令，可变更脉冲输出的目标频率。从由C1 指定的端口中，通过由C2 指定的方式和由S指定的目标频率来执行脉冲输出。执行一次SPED 指令时，通过指定的条件，执行脉冲输出。因此基本上在输入微分型（带）或1 周期ON 的输入条件下使用。在独立模式中输出事先所设定的脉冲量时，自动地停止脉冲输出。在连续模式中，在执行脉冲输出停止之前，继续进行脉冲的输出。在独立模式的脉冲输出中变更为连续模式，或在连续模式的脉冲输出中变更为独立模式时，就会出错，不能被执行。第四章 送料定位与夹紧4.1 结构方案设计铝型材与横向、纵向定位块为基准定位，到达传送初始位置。机械手夹紧铝型材后横向运动设置距离。这里的机械手由电机带动滚珠丝杠直线运动，配合4套气爪的夹取，这样的结构简单，工作可靠，采用滚珠丝杠，传送精度高。4.2 传送部分的选型给定参数：5米铝型材质量:15KG。铝型材宽：40MM。传送最大距离：500MM。气爪选用进口SMC厂家，MHL2-20D-Y69A-82MHL2-气爪系列20D-缸径Y68A-极限位置传感器型号82-气爪行程由于铝型材较长，需要增加夹取的长度。本系统采用4套气爪夹取。4.3 滚珠丝杠的选型4.3.1滚珠丝杠的发展及应用滚珠丝杠副早在19世纪末就已经被发明了，但受制于当时的制造水平，相当一段时间内未能实际应用。美国是世界上第一个将滚珠丝杠副应用于工业 产品的国家，1940年滚珠丝杠副被应用于美国通用汽车公司萨吉诺分厂的汽车转向机构。我国在1950年代末期开始研制用于数控机床的滚珠丝杠副，并于1964年由南京工艺装备制造厂成功生产出我国第一套滚珠丝杠副。随着数控机床和各种自动化设备的发展，滚珠丝杠副的需求迅速增加，研究和生产也得到了很大的促进，特别是精密螺纹磨床的出现， 使滚珠丝杠副在精度和性能上得到了较大的飞跃。滚珠丝杠副自1874年在美国获得专利至今已有100多年历史，在我国也有40来年的研制和生产历史。它的功能已从最初的“敏捷省能传动”(上世纪4050年代)到“精密定位”(70年代)，再从“大导程快速驱动”(80年代)到“精密高速驱动”(90年代)，在这过程中产品不断升级换代得到一次质的飞跃。 在数控补偿技术出现前的很长时间里，要提高机构定位精度，主要通过提高滚珠丝杠副的精度来实现，因此，对滚珠丝杠的导程误差要求很高，给滚 珠丝杠副的制造带来困难，使滚珠丝杠副的生产成本加大。特别是高精度滚珠丝杠副，各项精度指标只有通过数控螺纹磨床或激光反馈螺纹磨床多次加工才能达到。随着数控补偿 技术的出现，在没有很高精度的滚珠丝杠副的情况下，也能通过数控补偿获得高的定位精度。从而给滚珠丝杠的加工工艺争取了空间，使冷轧工艺成为继旋磨工艺之后又一个被广 泛采用的加工手段。 由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，现在滚珠丝杠副已经被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域，并已成为机械传动与定 位的首选部件。与此同时，伴随这滚珠丝杠副的应用领域的扩大，对滚珠丝杠副的要求也越来越多，滚珠丝杠副除了经典规格的加工工艺得到不断进步外，在多个特定方向上也有 了很大发展，主要在以下几方面：微型滚珠丝杠副在一些要求结构非常紧凑需要微动控制的场合，如航天航空领域、小型精密测试装置、精密仪器等，它们基本上都需要公称直径d012mm，导程Ph=0.52.5mm 的微型滚珠丝杠副。在电子器件生产线插件装置、小型机器人等需要高速驱动的领域，也需要微型滚珠丝杠副，甚至还要求导程很大。大导程滚珠丝杠副在机械产品向高速化发展的过程中，对进给驱动速度的要求不断提高，大导程滚珠丝杠副自然成为最便捷的选择。如工业机器人、数控锻压机械、加工中心 及机电一体化自动机械等，它们甚至需要导程等于公称直径的大导程滚珠丝杠副。重载滚珠丝杠副随着重型机床数控化、注塑机械电控化的不断扩大，重载滚珠丝杠自然应运而生。重载滚珠丝杠副的出现，使得一些之前只有通过液压实现的大推力传动系统 电气化成为现实，既减少了能源品种，又提高了控制精度。 现国内外文献上对滚珠丝杠副还没有统一的分类，但各国一般按公称直径和导程分为：普通滚珠丝杠副通常指公称直径d0=16100mm，导程Ph=420mm，螺旋升角9的滚珠丝杠副。微型滚珠丝杠副指公称直径d012mm的滚珠丝杠副，其中对于导程Ph9的滚珠丝杠副称为微型大导程滚珠丝杠副。 大导程滚珠丝杠副指公称直径d016mm，螺旋升角9或导程Ph=d0的滚珠丝杠副，对于螺旋升角17则称为超大导程滚珠丝杠副。重型滚珠丝杠副指公称直径d0120mm的滚珠丝杠副。世界主要滚珠丝杆生产制造商：THK (日本)NSK (日本) TSUBAKI (日本椿本)STAR (德国)SHUTON (西班牙)PMI-AMT(中国台湾银泰)HIWIN (中国台湾上银)汉江机床厂南京工艺装配厂4.3.2滚珠丝杠的原理结构和特点滚珠丝杠组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。 工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。滚珠丝杠螺母传动的优点：1.摩擦小，效率高。一般情况下，它的机械效率在90%以上，约比滑动丝杠传动的机械效率高2-4倍。因此，在同样负荷下，驱动扭矩较滑动丝杠减少2/3-3/4。同时它的逆传动效率也很高，接近正传动效率，因此它可以比较容易地把直线运动转换为旋转运动。2.由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差极小，无论是静止，还是高、低速时，摩擦扭矩几乎不变，因而灵敏度高，传动平稳。3.磨损少，寿命长。滚珠丝杠副中的主要零件，如丝杠、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置中部分零件，均经过热处理，并且有很高的表面光洁度，再加上滚动摩擦很小，因而具有良好的耐磨性，寿命约为滑动丝杠副的4-10倍以上。4.定位精度和重复定位精度高。由于滚珠丝杠副摩擦小，温升小，无爬行、无间隙。通过预紧进行拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。5.可靠性高。润滑密封装置结构简单，维修方便。滚珠丝杠螺母传动的缺点：1.不自锁。因其你传动效率很高，滚珠丝杠副一般不能自锁。因此在不允许产生逆传动的地方，如横梁的升降系统等，必须增设制动或自锁机构。2.结构较复杂，工艺性差，成本高。4.3.3滚珠丝杠的设计要求滚珠丝杠副是丝杠和螺母之以滚珠为滚动体的螺旋传动副，它可以将回转运动变为直线运动，或相反。其组成和主要尺寸如图所示。 公称直径； 滚珠丝杠螺纹外径； 滚珠丝杠螺纹底径； 轴颈直径； 滚珠螺母体螺纹外径； 滚珠螺母体螺纹底径； 滚珠螺母体螺纹内经； 节圆直径； 滚珠直径； 螺纹全长； 公称接触角； 导程； 导程角 主要部分 辅助部分滚珠丝杠 螺纹部分、支撑轴颈 其他滚珠螺母 滚珠螺母体、滚珠循环装置 密封件、润滑剂、预紧元件、 滚珠 负载滚珠 间隔滚珠查阅设计手册以及有关文献，设计一根公称直径20mm、基本导程10mm、循环圈数2.5、额定动载荷5000N的外循环双螺母式滚珠丝杠。结论为期两个半月的毕业设计即将结束，回顾整个过程，我觉得受益匪浅。毕业设计是应用所学基础理论，专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。通过这次毕业设计巩固、扩大和强化了自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力，学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书，并在设计中培养自己理论联系实际，严肃认真的工作作风和独立工作能力，为毕业后从事技术工作打下了良好的基础。我是在保证产品质量、提高生产率、降低成本、并充分利用现有生产条件保证工人具有良好而安全的劳动条件的前提下，进行工艺设计和夹具设计的。由于自己能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正。参 考 文 献1段志坚. 工程制图M.北京：机械工业出版社，2012.12成大先. 机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2007.113朱耀祥.现代夹具设计手册M.北京：机械工业出版社，2009.104吴宗泽.简明机械零件设计手册M.北京：中国电力出版社，20105黄平.常用机械零件及结构图册M.北京：化学工业出版社，19996虞和谦.机械工程手册.13卷.物料搬运设备.M.北京：机械工业出版社7郑文伟.机械原理. M.北京：高等教育出版社，19978 廖长初编著.可编程控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社，1997 9 汪晓光、王艳丹、孙晓瑛编著.可编程控制原理及应用.北京：机械工业出版社，199410 王兆义编著.可编程控制器教程.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，200111 陈宇编著.可编程控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，199912 林小峰编著.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，199113 朱绍祥编著.可编程控制器原理及应用.上海：上海交通大学出版社，1988 14 钟肇新，彭侃编著.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，1992 15 孙同景，徐蹲编著.可编程序控制器应用基础.山东科学技术出版社，199616 张汉杰编著.现代电标控制技术.哈尔滨工业大学出版杜，199617 余雷声编著电气控制与PLC应用北京：机械工业出版社，199618 洪忠渝编著可编程序控制器的原理及应用青岛：青岛海洋大学，198819 PROGRAMMING MANUAL .MISUBISHI ELECTRIC，199920 Programming Controller Melsec FX series Programming Manual.Misubishi electric,1994致谢在毕业设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声，谢谢！我想没有他们的帮助，毕业设计就会做得很困难。这次毕业设计是在xxx老师悉心指导下完成的。x老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题，x老师给了我许多关怀和帮助，并且随时询问我毕业设计的进展情况、细心的指导我们，也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。在论文工作中，得到了机电工程学院有关领导和老师的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。最后，在即将完成毕业设计之时，我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学。谢谢了！