毕业设计（论文）-风机轴套自动加工专机研究.doc

风机轴套自动加工专机研究 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 机械工程及其自动化 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2011年5月30日 3毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给 07机械（3） 班学生 黄南昌 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 风机轴套自动加工专机研究 2.应完成的项目： （1） 搜集市场资料，了解风机轴套的加工现状和加工设备，分析专机市场前景。 （2） 查找资料，借鉴同类设备的经验，进行初步的设计 （3） 电路图的设计和完善 （4） 机械的装配和电路的接线 （5） 整机调试 3.参考资料以及说明： （1） 欧姆龙系列plc原理及应用 （2） 欧姆龙cp1h plc应用基础与编程实践 （3） 欧姆龙cp1h plc原理及应用 （4） 电机原理与拖动基础 （5） 机电传动控制（第四版） （6） 电工电子技术基础教程 4.本毕业设计（论文）任务书于 年 月 日发出，应于 年 月 日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）、研究所负责人 审核 年 月 日 指导教师 签发 年 月 日毕业设计（论文）评语：毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩负责人签字： 年 月 日32摘要随着全球空调的需求量不断上升，空调等相关零配件需求量也不断增加。风机轴套作为空调必不可少的一个零件之一，需求量自然也相当大且不断增加。然而目前国内很多风机轴套的生产企业不能很有效的完成轴套的加工，多数仍是采用人工加工，自动化程度很低。本文运用plc作为控制核心，采用气动推动各工序工作，介绍了一种风机轴套自动加工专机，可以对风机轴套完成钻孔，攻丝，铣平面和倒角等工序。plc作为一种可编程语言，以其结构简单通用性强、抗干扰能力强、成本低、数字化及适用面广等特点，在自动化领域得到广泛运用。专机需分成六个工位，采用间歇分割器完成，结合相关夹具进行精确定位。各机构加工采用气缸推动，各气缸有相应的磁性开关检测位置，能精确控制其行程，操作方便。送料齿轮驱动用到步进电机，步进电机可用脉冲，能更精确定位。自动攻牙机能实现自动正反转，保证了攻丝的质量。专机生产效率高，能达到3.6秒完成一个工件的加工，故能大大地提高生产效率。关键词:轴套；plc；传感器；电磁阀；步进电机abstractwith the rising global demand for air conditioners and related spare parts demand is also increasing. fan sleeve as an essential part of air-conditioning, the demand is very large and increasing. however, many domestic manufacturers can not be very effective to complete the processing of sleeve, most still use manual processing, and automation is very low. in this paper, plc as the control, the use of the cylinder to promote the work of the process, introduces a dedicated fan sleeve automatic processing machines, you can complete the fan sleeve drilling, tapping, milling and chamfering processes.plc as a programmable language,with its simple structure, versatility, anti-interference ability, low cost, digital, for a wide range of features, etc., is widely used in the automation field. we use intermittent split to divided the worktable into 6 stations to positioning accurately and combined with a dedicated fixture for accurate positioning is needed. agencies to promote the processing using the cylinder, the cylinder has a corresponding magnetic switch to detect position, can accurately control the stroke, easy to operate. feeding mechanism of the gear used in stepper motor, stepper motor can produce pulses that can be more precise positioning. this special machine to produce high efficiency, 3.6 seconds to complete the processing of a workpiece, it can greatly increase productivity.keywords: sleeve; plc; sensors; solenoid valves; stepper motor目录摘要iabstractii1.1背景11.2 研究目的和意义1故研究风机轴套的自动加工专机显得意义深远。11.3 研究方法1本研究以目前在自动化应用相当广泛的plc为控制核心，结合气动控制、相关传感器、磁性开关、接近开关以及步进电机等把送料、钻孔、攻丝、铣边、倒角、出料过程等进行有序地控制，多道工序一起自动加工，把机械与电控有郊地结合在一起，大大地提高生产效率。11.4风机轴套介绍1本研究的专机是用来对风机轴套进行钻孔、攻丝、铣边、倒角的加工，所加1工的轴套主要用于空调的风机中，因为空调年产量高，所以轴套的产量也高，要求能满足市场的需求。本研究的专机生产速率是3.6s/个/台，在一定程度上能满足市场的需求。1本专机加工的轴套如图1.1所示。2图1.1 轴套加工零件图2当然空调风机轴套有许多类型的，如图1.2所示，但只要稍稍改动，本研究的专机仍然能适合用于加工其他类型的轴套。2图1.2 空调器橡胶轴套图2第二章基础知识介绍3结 论29第一章 绪论1.1 背景随着经济的向前发展，人民生活水平的提高，现代人对生活质量的要求也越来要高，空调也走进了千千万万人的家中以及商业写字楼中等。全调空调的需求量不断上升，而轴套是空调风机重要且必不可少的零件之一，所以轴套的需求量自然也大。然而，国内目前很多风机轴套的加工自动化水平仍然不高，许多还停留在人工加工阶段，人力物力投入大，导致生产效率低，无法实现大规模的生产，产品质量有很大程度取决于工人操作技术，所以质量很不稳定，经济效益低且加工的精度也低，废品率高。有些厂也有采用专门的机械设备加工风机轴套，多数是直线传送式的，不能多道工序一起进行，生产效率也不高。 1.2 研究目的和意义为了适应市场需求量的不断增加，迫切需要高效率的自动化生产设备来代替传统低效率的加工，以提高经济效益，降低人力劳力成本，减轻工人劳动强度。故研究风机轴套的自动加工专机显得意义深远。1.3 研究方法本研究以目前在自动化应用相当广泛的plc为控制核心，结合气动控制、相关传感器、磁性开关、接近开关以及步进电机等把送料、钻孔、攻丝、铣边、倒角、出料过程等进行有序地控制，多道工序一起自动加工，把机械与电控有郊地结合在一起，大大地提高生产效率。1.4 风机轴套介绍本研究的专机是用来对风机轴套进行钻孔、攻丝、铣边、倒角的加工，所加工的轴套主要用于空调的风机中，因为空调年产量高，所以轴套的产量也高，要求能满足市场的需求。本研究的专机生产速率是3.6s/个/台，在一定程度上能满足市场的需求。本专机加工的轴套如图1.1所示。图1.1 轴套加工零件图当然空调风机轴套有许多类型的，如图1.2所示，但只要稍稍改动，本研究的专机仍然能适合用于加工其他类型的轴套。图1.2 空调器橡胶轴套图第二章 基础知识介绍2.1 plc概述2.1.1 plc 控制技术概论plc 是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统, 它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体, 成为实现单机，车间，工厂自动化的核心设备, 具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便等优点。随着技术的进步, 其控制功能由简单的逻辑控制， 顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制, 成为自动化领域的三大技术支柱(plc，机器人，cad/cam) 之一1 。plc软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由plc厂家提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用plc的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。step7是用于simatic可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用step7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。标准语言梯形图语言是最常用的一种语言，它有以下特点：它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是plc输入点接的开关也可以是plc内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供cpu内部使用。plc是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。2.2 主令电器2.2.1 按钮按钮是一种专门发号施令的电器用以接通或断开控制回路中的电流。图2.1所示是按钮开关的结构与图形符号。按下按钮帽，动合触头闭合而动断触头断开，从而同时控制了两条电路；松开按钮帽，则在弹簧的作用下使触头恢复原位2。图2.1 按钮开关的结构与图形符号(a) 结构示意图 (b)符号1按钮帽 2弹簧 3动断触头 4动合触头2.2.2 接近开关接近开关是一种电子式行程开关，它没有机械触点，也不需要用撞块来撞动。它利用电磁感应原理工作，当其他物体与之接近到一定距离，进入接近开关的检测距离时( 接近开关的感应面和动作距离时)，由于电磁感应作用，开关就能在无压力、无火花、无接触、快速发出电气指令。与机械式行程开关相比，接近开关在定位精度、操作频率、使用寿命和对环境适应能力等方面具有明显优点。同时接近开关是一种传感器，具备传感器的作用，其动作可靠，频率回应快，同时性能稳定，搞干扰强，寿命长，能具有防水、防震、耐腐蚀等特点。接近开关按外型可分为: 圆柱型、方型、沟型、穿孔( 贯通) 型和分离。按工作原理可分为: 电容型、高频振荡型、超声波型、光电型、电磁感应型。按输出型式又可分为: 直流两线制、直流三线制、直流四线制、交流两线制和交流三线制。按供电方式可分为: 直流型和交流型。2.2.3 磁性开关磁性开关意思就是通过磁铁来感应的，这个“磁 ”就是磁铁。常用的磁铁有橡胶磁、永磁铁氧体、烧结钕铁硼等。开关就是干簧管了。干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体积小便控制等优点，外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电板，还灌有一种叫金属铑的惰性气体。通常玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。所以，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等，同时它还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中，通常用永久磁铁控制这两根金属片的接通与否，所以又被称为“磁控管”。 还有一种磁性开关是在密闭的金属或塑料管内，设置一点或多点的磁簧开关，然后将管子贯穿一个或多个，中空而内部装有环型磁铁的浮球，并利用固定环，控制浮球与磁簧开关在相关位置上，使浮球于一定范围内上下浮动。利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点，产生开与关的动作。磁性开关具有可做多点控制、安装容易、节省成本的特点。本设计中采用气缸推动，而所选用的气缸磁铁安装在活塞内，这样不仅方便使用，而且活塞的行程判断准确。所以，磁性开关要固定在汽缸上，以便准确判断气缸的状态。2.3 步进电机步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度称为步距角，简称为步距。脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，步进电动机因此而得名。步进电动机是受其输入信号，即一系列的电脉冲控制而动作的。脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为使电动机能够输出足够的功率，经环形分配器产生的脉冲信号还需进行功率放大。环形分配器、功率放大器以及其他控制线路组合称为步进电动机的驱动电源，它对步进电动机来说是不可缺少的部分。步进电动机、驱动电源和控制器构成步进电动机传动控制系统，如图2.2所示。图2.2 步进电动机传动控制系统框图步进电动机转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲信号数，故它作为伺服电动机应用于控制系统时，往往可以使系统简化、工作可靠，而且不需要位移传感器就可以达到较精确的定位，获得较高的控制精度。在多数情况下，它可以代替交直流伺服电动机。2.3.1 步进电机的结构和工作原理2.3.1.1 步进电机的结构步进电动机和一般旋转电动机一样，分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，由环行分配器送来的电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构，转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电动机”，用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机”。步进电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理都相同，下面仅以三相反应式步进电动机为例加以说明。图2.3为三相反应式步进电动机的结构示意图。定子有六个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组。转子上装有四个凸齿。图2.3 三相反应式步进电动机的结构示意图2.3.1.2 步进电机的工作原理步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理，如图2.4所示。由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通以单极性励磁电流，三相电流波形如图2.5所示。设a相绕组先通电，b相和c相都不通电。由于磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，图(a)中转子齿1、齿3的轴线与定子a极轴线对齐，即在电磁吸力作用下，将转子齿1、齿3吸引到a极下。此时，因转子只受径向力而无切向力，故转矩为零，转子被自锁在这个位置上，b、c两相的定子齿则和转子齿在不同方向各错开30。随后，如果a相断电，b相控制绕组通电，则转子齿就和b相定子齿对齐，转子顺时针方向旋转30(见图b)。然后b相断电，c相通电，同理转子齿就和c相定子齿对齐，转子又顺时针方向旋转30(见图(c)。可见，通电顺序为abca时，转子便按顺时针方向一步一步转动。每换接一次，转子就转过一个步距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子转过一个齿距(此例中转子有四个齿时齿距为90)。欲改变旋转方向，则只要改变通电顺序即可，例如，通电顺序改为acba，转子就反向转动。图2.4 三相单三拍通电方式时转子的位置(a) a相通电 (b)b相通电 (c)c相通电图2.5 三相单三拍通电方式相电流波形2.3.1.3 实用的小步距角步进电动机图2.6所示就是一个实用的小步距角步进电动机结构图。从图中看出，它的定子内圆和转子外圆均有齿和槽而且定于和转子的齿宽和齿距相等。定子上有三对碰极，分别绕有三相绕组，定子极面小齿和转子上的小齿位置则要符合下列规律：当a相的定子齿和转于齿对齐(如图2.6所示位置)时，b相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开13齿距，而c相的定子齿又应相对于转子齿顺时针方向错开23齿距。也就是说，当某一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开m。其中为齿距，m为相数。再下一相磁极定子与转子的齿则错开2m。依此类推，当定子绕组按abca顺序轮流通电时，转子就沿顺时针方向一步一步地转动，各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。图2.6 三相反应式小步距角步进电动机结构1定子 2转子 3定子绕组设转子的齿数为z，则齿距为=360/z 2.1因为每通电一次（即运行一拍），转子就走了步，故步距角为= 2.2式中，k状态系数（单三拍、双三拍时，k，单双六拍时，k）。设步进电动机的z40，若按三相单三拍运行，则步距角为=3若按三相单双六拍运行，则步距角为=1.5由此可见，步进电动机的转子齿数z和定子相数(或运行拍数)愈多，步距角就愈小，控制也就越精确。当定子控制绕组按照一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(通电频率)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为nr/min=60=60=fhz 2.32.3.2 步进电动机的驱动方法步进电动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。2.4 气压传动3 2.4.1 气压传动系统的基本构成气压传动与控制简称“气动技术”，它是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，在密闭容器里进行能量的传递或信号传递的工程技术，是一种能量转换系统，通过能量的传递，实现各种生产控制及自动化作业。其工作原理是将原动机输出的机械能转变为空气的压力能，利用管路、各种控制阀及辅助元件将压力能传送到执行元件，再转换成机械能，从而完成直线运动或回转运动，并对外做功。气动系统的基本构成如图101所示。在气动控制系统中，压缩空气是工作介质。压缩空气在气动系统中的主要作用如下：决定传感器的状态；处理信号；通过控制元件控制执行机构；实现动作(执行元件)。2.4.2 气动执行元件气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能并完成做功动作的元件或装置。包括气缸和气动马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气动马达。本设计受用的是实现直线运动，所以采用的是气缸拆行元件。2.4.3 气动辅助气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头、气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。2.5 本章小结 本章重点介绍了本课题相关的基础知识，概述了plc软件系统，同时对用到的一些电器件进行了介绍，如按钮开关，接近开关，磁性开关，其中重点介绍了步进电机，对其结构、特点、工作原理及小型步进电机进行了介绍。对于专机需要涉及到的基础知识有了个大概的了解。第三章 专机主电路及元器件介绍3.1 专机整体设计图3.1 专机俯视图图3.1是所设计的风机轴套自动加工专机的整机装配图。各机械构件安装在一个工作台上，采用圆周循环的工作方式，可大大减小加工专机的尺寸。线从上面的铁管通过，可有效的防止工作时受到油的腐蚀。工作台面是一块经过热处理的钢板，硬度高，强度大，足以固定及支撑上面的机构。钢板上面钻有很多尺寸不同的通孔和螺纹孔，用于固定专机所需的加工机构。工件在加工专机内需完成：送料、钻孔、攻丝、铣平面、去毛刺倒角和出料6个处理。为了实现工位的等分，我们采用了六等分的间歇分割器。分割器上装配分度盘，分割器转动带动分度盘转动，将工件轮流传送到不同工位，以完成加工。分度盘上等分地安装六个夹具，用于固定加工工件。送料、钻孔、攻丝、铣平面、倒角和出料机构也是六等分固定在工作台上，与六个夹具相对应。在整机装配平面图中，位置最下的是送料夹紧机构。从送料夹紧机构开始，按逆时针方向数，依次为：钻孔机构、攻丝机构、铣平面机构、去毛刺倒角机构和推出机构。工件工艺流程：送料夹紧钻孔攻丝铣平面去毛刺倒角推出。工作台四周有用有机玻璃板围住，保证了操作人员的安全。工作台的底部用门板围住，里面安装了间歇分割器的驱动电机，油泵和油箱及装加工完的工件设备。液压油作冷却液和润滑剂，用于钻孔、攻丝、铣平面和倒角。工件虽然是铝合金，硬度比较低，但是铝合金在加工过程中会逐渐变硬，所以需要油润滑，保证加工的精度，并且油能够及时冲洗刀具切出来的碎屑。同时在工作台下面分布有线槽，用于各电线的通过，保证电线的整齐通过。3.2 专机硬件设计3.2.1 电路使用的基本元器件介绍自动加工专机电路部分主要由plc、继电器和交流接触器组成。电路引入的是380v三相交流电，经过开关电源的整流，输出24v和48v直流电，其中24v为plc、离合器等供电，而48v为步进电机供电。plc通过控制换向阀、继电器和交流接触器间接控制相应的气缸和电机。a.步进电机介绍：送料工序使用了步进电机，本专机采用的是步科/86系列的2s86q步进电动机，步进电机不能由plc直接发脉冲进行驱动，plc输出的电流不足以驱动步进电机，所以要用步进电机驱动器来驱动步进电机。专机采用的是步科2m530驱动器,驱动器还可进行细分驱动，专机所用驱动器的脉冲细分是200。2m430驱动器需要的是48v的直流电源供电，采用脉冲+方向的控制方式，使用plc的脉冲输出口0。专机用到的步进电机及步进驱动器的接线图如下图所示。图3.2 步进电机接线 图3.3 步进电机驱动器接线专机采用kinco步科公司的两相步进电机/2s86q-03865型号的步进电机，驱动器采用的是步科2m530（两相双极微动型）型号的驱动器。其中步进电机技术参数如表3.1所示：表3.1 110步进电机技术参数型号110byg250c-0402步距角0.5相电流（a）4保持转矩（n.m）12相数2相电阻()0.5相电感(mh)5.1电机长度l(mm)190转动惯量(kg.cm2) 11.0引线数量4绝缘等级b绝缘电阻 500vdc 100m min 定位转矩(n.m) 2.4绝缘强度 1000v ac 1minute 工作环境温度 -25+40 表面温升最高80（两相接通额定相电流）空载启动频率(khz) 1.4重量(kg)8.7图3.4 步进电机电缆b.驱动器kinco步进电机驱动器/2m530特点：1. 电压最大可达直流48v；2. 采用双极型恒流驱动方式，最大驱动电流可达每相3.5a，可驱动电流小于3.5a的任何两相双极型混合式步进电机；3. 对于电机的驱动输出相电流可通过dip开关调整，以配合不同规格的电机；4. 具有电机静态锁紧状态下的自动半流功能，可以大大降低电机的发热；5. 采用专用电机驱动控制芯片，具有最高可达256/200的细分功能，细分可以通过dip开关设定，保证提供最好的运行平衡性能；6. 具有脱机功能，可以在必要时关闭给电机的输出电流；7. 控制信号的输入电路采用光耦器件隔离，降低外部噪声的干扰。驱动器的规格参数如表3.2所示。表3.2 步进电机驱动器规格参数供电电压直流24v48v输出相电流1.2a3.5a控制信号输入电流616ma冷却方式自然风冷使用环境要求避免金属粉尘、油雾或腐蚀性气体使用环境温度-10+45使用环境温度85%非冷凝重量0.7kg图3.5是驱动器的典型接线方法，分共阳接法与共阴接法。图3.5 步进电机驱动器典型接线图步进电机与驱动器搭配的矩频曲线特性如图3.6所示。图3.6 步进电机与驱动器搭配的矩频曲线图 专机采用2s86q-03865/2m530搭配，是因为配合使用方便，在生产小工件上性能稳定，同时性价比高等。c.攻丝机：攻丝工序使用自动攻丝机，为了保证攻丝的质量，丝攻到达下限位必须立刻反转。为此，电路设计方面安排了两个交流接触器，一个控制正转，另一个控制反转。攻丝开始时，正转接触器接通，反转断开；到达下限位，反转接触器接通，正转断开。到了上限位时，两个接触器都断开。攻丝正反转的接线图如下图所示。图3.7 攻丝机接线图d.分割器电机：分割器里分度盘是需要经常启动和停止的，如果控制间歇分割器电机经常通断电，电机的使用寿命必然会大大降低。因此，需要使总接触器一接通分割器电机就开始转动，而此时由plc控制电机离合器的通断来控制分度盘的启动和停止。从而大大的提高分割器电机的使用寿命。分割器电机的接线如图3.8所示：图3.8 分割器电机接线图e.钻孔、铣边、倒角电机：钻孔、铣边、倒角电机均是采用三相异步电机，采用的是星形连接。钻孔、铣边、倒角电机接线图如图3.9所示。图3.9 钻孔、铣边、倒角电机接线图f. 三色指示灯：三色指示灯用来识别专机的工作状态，当专机按下电源启动按钮时，但没开始工作，电路处于通电状态，这时三色指示灯会闪黄灯；当专机在正常工作无故障时，会闪绿灯；若电路出现故障或工人操作出现错误时，三色指示灯会闪红灯，起警示作用，能很好的对专机的工作状态起到良好的提示。三色指示灯接线如图3.10所示。图3.10 三色指示灯接线图g.传感器专机中对于气缸的上下限位用到磁性开关，专机中有八个气缸，总的用到17个磁性开关起位置检测作用，对气缸的行程进行很好的控制。磁性开关接线如图3.11所示。图3.11 磁性开关接线图h.气控电路：专机使用气缸推动相关机构完成各个工序，气缸的进气和出气由换向阀控制。设计使用两位四通换向阀，共8个,分别是：送料上顶气缸、送料上推气缸、送料下推气缸、钻孔气缸、铣平面气缸、倒角气缸、出料上顶气缸和出料推出气缸。plc控制气缸不需要继电器，直接把i/o输出点连接到换向阀的信号线。图3.12是plc和换向阀的接线图。图3.12 plc与换向阀接线图其中，送料下推、送料上顶、出料上顶、出料推出直接与按钮相接，不经过电控柜，可由按钮面板相应按扭直接控制，方便操作，能更好地对它们进行控制降低了工人的劳动强度。专机采用的是亚德客超薄型气缸且带有磁环，因为专机安装空间窄、行程短，且需要位置检测。i.主电路：主电路如图3.13所示，电路引入的是380v三相四线电供电，图中断路器是空气断路开关，是整个电路的总开关。空气断路开关一闭合，电源指示灯亮。电路出现短路或者其他情况，空气断路开关自动迅速断开，以保护电路的其他部分。电路中有设置一个电源启动按钮，按下启动按钮，总接触器接通，开关电源、plc接触器等上电。专机中由于采用的电源启动按钮不带锁，所以在接线时对其进行了自锁。急停按钮是在风机轴套自动加工专机遇到紧急情况时使用，当按下它时，总接触器断电，受总接触器控制的电路断电，整个电路也就断电。在设计中，对油泵进行单独控制。是因为在专机进行调试时，一般不供油，且油泵不受plc的控制；而进入实际生产，专机处于正常工作状态，必需要油进行润滑，这时油泵需要经常工作，所以为油泵单独设置控制按钮。只要按下按钮，油泵工作，专机供油。同时为了防止过载或电路短路，在电路中串入了熔断器，以更好地保证专机安全工作。3.13 主电路图图3.14是总接触器控制下的各个控制子电路。总接触器接通，24v和48v的开关电源通电，24v的给plc供电、48v的给步进电机驱动器供电。钻孔电机、攻丝电机、铣边电机和倒角电机都是由继电器和交流接触器组成的控制电路来控制，同时各交流电机均采用星形连接。当plc输出信号，相应的继电器接通，则其控制的电机开始工作。油泵的通断则直接由按钮控制。总接触器一接通，间歇分割器电机就通电转动。因为专机正常工作时，分度盘是经常启动和停止的，如果控制间歇分割器电机频繁通断电，必然会大大降低电机的使用寿命。因此，使总接触器一接通分割器电机就转动，而plc控制电机离合器的通断来控制分度盘的启动和停止。别外三色指示灯是由220v交流电供电。图3.14 子电路j.按钮面板： 专机中，为了能方便操作，把需要用到按钮控制的各元器件的按钮都装在一个面板里，我们把它称为按钮面板，图3.15是按钮面板图。在按钮开关中，有三个是带自锁的，分别用于手动、自动及油泵控制。另外攻丝机钮子开关采用的是三向的开关，当开关打着正中时，结合plc的控制，能实现正反转自动换转，当开关处于两边任一边时，刚只能实现一种状态。同时还把计数器、电源指示灯等也装在了按钮面板上，能更加方便对专机的操作与控制。图3.15 按钮面板路3.3 本章小结本章对专机相关的硬件进行了介绍，解析了专机所用到的步进电机及步进电机驱动器。同时对各元器件的接线进行了解析，对主电路，各支路也作出了讲解，对专机电路部分有了一定的了解。第四章 专机软件设计4.1 程序的总体安排专机的plc控制程序采用任务式安排，这样可以节省plc周期扫描的时间，提高plc动作的处理速度；不同任务内的定时器、计数器可以重复使用，减少程序对plc资源的占用。在本设计中，plc控制总程序一共分成以下几个单独的任务，分别是：初始化处理、自动、手动、和输出。其中，自动、和手动任务之间是互锁的，两个之中最多只能有一个任务在运行，如果两个同时按下，三色指示灯就会作出相应的警示，亮起红灯。加工是一般采用自动加工，手动一般用来调试时用。按下任一种加工方式选择按钮，对应的任务启动，并将另外一个任务置为待机状态，这样就保证了加工方式互不干涉。总程序还包含了一些初始化处理。4.2 初始化处理在初始化任务里面，使用了mov指令为程序用到的数据存储位送入所需的数据。其中d300、d302位分别存放了送料步进电机的1538和1539个脉冲。之所以进行这样的处理，是因为送料机构的送料齿轮共有13齿，而步进电机的驱动器的驱动细分为200，步进电机转一圈需要20000个脉冲，而20000不能被13整除。也就是说，如果每次向电机发送1538或1539个脉冲，一圈过后将会有几个脉冲的误差。随着专机的长时间工作，累积的误差将会越来越大，最终会导致齿轮和落料口之间有错位，工件不能顺利定位甚至无法进入落料口。为了解决这个问题，采用数据互补。把其中6次供给1539个脉冲，另7次供给1538个脉冲，这样13次输出的脉冲数总共为：15396+15387=20000。这样，送料齿轮就不会错位，可以一直保持正常运行。d500、d501两位存放了送料步进电机的脉冲输出频率4000hz。初始化任务用了第一次任务启动标志作为输入条件，为各个位赋初值，此后的周期，将不执行该任务。直到下一次plc上电，才一周期执行该任务。图4.1为步进电机的初始化处理梯形图。图4.1 步进电机初始化梯形图4.3 手动程序手动加工方式主要用来调试机器，共分为六部分：送料、钻孔、攻丝、铣平面、倒角和出料。其中每个任务部分之前互不干涉，只要按下按钮面板里的手动按钮及其中的一个手动相应按钮，相对应的工序就开始动作，动作完成后自动停止。在手动加工里，多个按钮可以同时按下。手动任务程序框图如图4.5所示。4.5手动程序框架图输出：各个指示灯、气缸和电机的实际输出。4.4 本章小结 本章主要对专机控制部分的plc程序进行了介绍，对初始化处理，步进电机驱动脉冲的解决访客作出了说明，由于我是完成手动部分，所以对于自动与手动方面，只介绍了手动的程序流程图。第五章 整机调试出现的问题及解决方法1 接线由于线比较多，所以难免有少部分线接法不当，这时需要对每根线进行检查，运用万能表，检查哪根线不适当时重接。2 气缸不能自动复位