（机械制造及其自动化专业论文）陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用.pdf

陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用摘要陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、强度高、硬度大、抗氧化等优点，陶瓷材料的直接成型已经成为快速成型技术的研究热点和发展方向之一。由于陶瓷零件的快速成型技术在国内外尚处于起步阶段，现有工艺及设备大都存在造价高、材料性能要求高、制件质量差等缺点，目前仍未有专门用于陶瓷零件生产的快速成型设备。为解决以上难题，陕西科技大学提出了层合速凝成型陶瓷零件的技术，以该技术为基础，结合陶瓷材料和石蜡的特性，本课题设计出一种新的陶瓷零件快速成型装置，该装置适用于以陶瓷为成型材料，石蜡为支撑及粘结材料的快速成型制造，具有很好的工业应用价值。制作陶瓷零件前，首先利用分层软件对零件的三维实体模型进行分层切片处理，得到每个层面轮廓的二维信息。该装置工作时，铺料台首先上升到一定高度，在盛料仓内分别盛入陶瓷浆料和熔融的石蜡，同时启动料仓内的搅拌装置和料斗外壳上的加热装置，以使陶瓷浆料保持均匀并防止石蜡凝固。然后在铺料台上铺一层石蜡，待石蜡凝固后，由计算机发出指令控制刻刀在石蜡板上刻出零件截面形状，并由吹风装置吹走石蜡碎屑，清空镂空部分，再铺一层陶瓷浆料，用刮板将多余的浆料刮走，镂空部分被陶瓷浆料填充。重复上述步骤，逐层叠加，形成实体。最后取出实体，进行排蜡、烧结，即可得到陶瓷零件。为了实现以上工艺要求，该设备的关键技术在于蜡板的雕刻和石蜡、陶瓷浆料的铺平。蜡板的雕刻采用啄木鸟d x 3 0 1 7 型雕刻机来完成；浆料的铺设采用步进电机带动丝杠导轨机构实现水平方向的运动，铺料平台的升降由步进电机带动滚珠丝杠导轨机构实现。盛料仓分为两部分，分别盛放石蜡和陶瓷浆料；盛料仓中装有搅拌辊，使浆料在铺料过程中被搅拌均匀，不发生沉淀；料斗外壳装有加热板，使石蜡被加热处于熔融状态；料斗侧面装有刮板，与料斗同处于被加热状态，使其在刮平过程中不粘连浆料或石蜡。本课题以陶瓷零件的快速成型设备为研究对象，对其总体结构、铺料系统、传动装置、料斗及控制系统等进行了设计，并对主要零部件参数进行了计算和校验，最后对成型工艺中的误差、缺陷作了详细的分析，并提出了解决办法。关键词：快速成型，陶瓷零件，层合速凝，石蜡d e s i g n ，m a n u f a c t u r ea n da p p l i c a t i o no fm ec h a n i c a ld e c eo fr a p i dp r o t o t y p i n gm 睑c h i n ef o rc e r a m i cp a r t sa b s t r a c tc e r a m i cm a t e r i a lh a sh i 曲t e m p e r a t u r er e s i s t a n c e ，c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，h i 曲s t r e n g t h ，h a r d n e s s ，a n t i o x i d a t i o ne t c t h ed i r e c tm o l d i n go fc e r a m i cm a t e r i a l sh a sb e c o m eah o tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n td i r e c t i o no fr a p i dp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y b e c a u s er a p i dp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g yu s e di nc e r a m i cp a r t si ss t i l la tt h ei n i t i a ls t a g ea th o m ea n da b r o a d ，e x i s t i n gt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n tm o s t l yh a v em a n yd i s a d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 曲c o s t , h i 曲p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so fm a t e r i a l s ，p o o rq u a l i t yp a r t se t c s of a rt h e r eh a s n tb e e nr a p i dp r o t o t y p i n ge q u i p m e n td e v o t e dt ot h ep r o d u c t i o no fc e r a m i cp a r t s t os o l v ea b o v ep r o b l e m s ，s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp u tf o r w a r dl a m i n a t e dc o a l i t i o na n dr a p i dc o n c r e t i n gp r o t o t y p i n gf o rc e r a m i cp a r t s b a s e do nt h et e c h n o l o g ya n dc o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fc e r a m i c sa n dw a x , an e wr a p i dp r o t o t y p i n gm a c h i n ef o rc e r a m i cp a r t si sd e s i g n e di nt h es u b j e c t , w h i c hi sa p p l i c a b l et oc e r a m i cm a t e r i a l sm o l d i n g ，w a xa st h es u p p o r ta n db o n d i n gm a t e r i a l sf o rr a p i dp r o t o t y p i n gm a n u f a c t u r i n g ，a n di th a sv e r yg o o dv a l u ef o ri n d u s t r i a la p p l i c a t i o n s t h em o d e ls h o u l db es t r a t i f i e db yl a y e r e ds o r w a r eb e f o r et h ep r o d u c t i o no fc e r a m i cp a r t s ，t h e ng e tt h ed a t ai n f o r m a t i o no fe v e r yl a y e r t h ep l a t f o r mr i s e st os o m eh e i g h t , a n df i l lc e r a m i cs l u r r ya n dm o l t e nw a xi n t ot h et w oh o p p e r ss e p a r a t e l yb e f o r et h ed e v i c ew o r k s t h e ns t a r tt h es t i r r i n ge q u i p m e n ti nt h eh o p p e ra n dt h eh e a t i n gd e v i c eo u t s i d eo ft h eh o p p e rs h e l li no r d e rt om a i n t a i nu n i f o r m i t yo fc e r a m i cs l u r r ya n dt op r e v e n tw a xf r o ms o l i d i f y i n g s p r e a dal a y e ro fw a xa n dt h es h a p eo ft h ef i r s tl a y e rw i l lb ec a r v e db yt h eg r a v e rc o n t r o l l e db yc o m p u t e ra f t e ri ts o l i d i f i e d ，t h eg r a v e rc o n t r o l l e db yc o m p u t e rc a r v et h es h a p eo ft h ef i r s tl a y e ri nt h ew a xp l a t e t h e nb l o wa w a yt h ec h i p st om a k et h eh o l l o wp a r tc l e a r s p r e a dal a y e ro fc e r a m i cs l u r r ya n ds c r a pa w a yt h ee x c e s ss l u r r yt om a k et h eh o l l o wp a r tb ef i l l e db yc e r a m i cs l u r r y r e p e a tt h ea b o v es t e p s ，s t a c kl a y e r - b y l a y e r , f o r m i n gt h ee n t i t y f i n a l l yt a k eo u tt h ee n t i t y ，c l e a ru pt h ew a x ，s i n t e ri t ，c e r a m i cp a r t sw i l lb eo b t a i n e d i no r d e rt oa c h i e v et h ea b o v er e q u i r e m e n t s ，t h ek e yt e c h n o l o g yo ft h ed e v i c el i e si nc a r v i n gw a xa n ds p r e a d i n gw a xa n dc e r a m i cs l u r r y n 硷w a xc a nb ec a r v e db ya ne n g r a v i n gm a c h i n e ，t h et y p eo fw h i c hi sw o o d p e c k e rd x 310 7 ，n l es p r e a do fs l u r r yt a k e st h es c r e w - g u i d em e c h a n i s md r i v e nb ys t e p p e rm o t o rt om o v ei nt h e1 e v e ld i r e c t i o n t a k e o f fa n dl a n d i n go ft h ep l a t f o r i dc a nb ec a r r i e do u tb yb a l ls c r e wd r i v e nb ys t e p p e rm o t o r t h eh o p p e r si n c l u d et w op a r t s ，o fw h i c h sf i l l e dw i o l t e l，a n dt h ef i l l e dw i t hslurry；oneo tw h i c hi st i l l e dw i t hm o l t e nw a xa n dt h eo t h e ri sf ie dw i t hc e r a m i cs hi ti se q u i p p e dw i t has t i r r i n gr o l l e rt om a k et h es l u r r yw e l l - p r o p o r t i o n e da n dn od e p o s i t i o n , a n dh e a t i n gp l a t e so u t s i d eo ft h eh o p p e rs h e l lt om a k ew a xi nam o l t e ns t a t e s c r a p e r sa l ee q u i p p e di nb o t hs i d e so ft h eh o p p e rc r u s t t h e ya r eh e a t e di nt h es a m es t a t u sw i t ht h eh o p p e r ss ot h a tt h e ya r e n tc o n g l u t i n a t e dw i t hs l u r r yo rw a xd u r i n gs c r a p i n g r a p i dp r o t o t y p i n gm a c h i n ef o rc e r a m i cp a r t sh a sb e e nr e s e a r c h e di nt h es u b j e c t 功eo v e r a l ls t r u c t u r e ，f e e d i n gs y s t e m ，g e a r ，h o p p e ra n dc o n t r o ls y s t e mh a v eb e e nd e s i g n e d a n dt h ep a r a m e t e r so fm a jo rc o m p o n e n t sh a v eb e e nc o m p u t e da n dc h e c k e d f i n a l l y , m a d ead e t a i l e da n a l y s i so ft h ee r r o ra n ds h o r t c o m i n g si nt h ef o r m i n gp r o c e s s ，a n dp r o p o s e ds o l u t i o n s k e yw o r d s ：r a p i dp r o t o t y p i n g , c e r a m i cp a r t s , l a m i n a t e dc o a l i t i o na n dr a p i dc o n c r e t i n gp r o t o t y p i n g ，w a x陕两科技大学硕士学位论文原创性声明及关于学位论文使用授权的声明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：社日关于学位论文使用授权的声明本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学- j - 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。( 保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：i 糠导师签名 1mm| 曼70 一洱一趔一2妈一2弘一l 一=堕2堕2=h龟陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用所以，该对齿轮能连续传动。3 5 2 步进电机的选择步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性 ，对于微电脑发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转个固定的角度，这个角度称为步距角，简称步距。脉冲一个个地输入，电机便一步步地转动。当接受到一串连续的脉冲时，步进电机将连续运转一段相应角度。步进电机的位移量与输入脉冲数严格成比例，单步的误差不会影响下一步的精度，因此，步进电机的误差不会积累。通过控制输入的脉冲个数来控制步进电机角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机工作原理易学易用，成本低( 相对于伺服) 、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，广泛地应用于数字控制系统中。一般电机的选择按以下步骤捌：降速比的计算及齿轮齿数的确幽转动惯量的计- 算力矩计算_ 计算电机最高工作频率- 确定电机型号。我们以确定x 方向的步进电机为例，其他两个步进电机可按同样的方法选择。1 已知条件为：拖动部分质量：w = 5 0 k g ，时间常数：t = 2 5 m s ，丝杠螺距：p = 4 m m ，脉冲当量：万= 0 0 1 r a m ，步距角：o = 1 8 0 ，传动比：i = la 转动惯量计算拖动部分重量折算到电机轴上的转动惯量：( 18 0 丁j j 2 形( 3 1 2 )= ( 等嚣) 2 5 0 x 1 0 k g 矗= o 0 5 0 7k g c 1 7 1 2其中i ，_ 一电机每转在直线方向移动的距离。丝杠的转动惯量：如= 署d 4 三( 3 1 3 )：坐7 8 l o 一3 1 8 4 3 4 k g c m 23 2锄2 7 3 2k g c r l - i 2总转动惯量：j = j l + 以= 0 3 2 4 k g ( 3 1 4 )b 力矩计算力矩计算有两项内容，是计算伺服系统快速空载启动时所需力矩；二是计算伺服系统在最大切削负载条件下所需力矩。得到计算结果后，就可以根据初选电机的动态特3 7陕两科技大学硕士学位论文性判断初选电机是否能满足快速空载启动和正常工作时所需的力矩要求。伺服系统快速空载启动时所需力矩：m = 也嘁+ m ，+ m o( 3 1 5 )式中心一快速空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；m _ r 折算到电机轴上的摩擦力矩；m 。由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。计算得：m = j a i m m x 一- f i 1 0 2 1 0 ：5 0 6 n c m( 3 1 6 )m ，= 丛堡1 0 - 2 ：3 5 8 n c m ( 其中：0 0 9 ，7 ：0 8 )( 3 1 7 )2 n r i、。7 。7由于所采用的是普通滑动丝杠，故认为眠= 0 。伺服系统快速空载启动时所需力矩：m = 乞啦+ m ，+ “= 8 6 4 no c m( 3 1 8 )由于立铣刀加工的是石蜡材料，切削力较小，所以折算到电机轴上的切削负载力矩也较小，系统在最大切削负载条件下所需力矩应小于快速空载启动时的力矩，由此可知最大力矩m 懈发生在快速启动情况下，肘眦= 8 6 4n c m 。c 步进电机的选择为了使步进电机正常运行( 不失步、不越步) ，正常启动并满足对转速的要求，启动力矩选取为：m 。具( 3 1 9 )90 3 0 5式中m 。电动机启动力矩；m 上。电动机静负载力矩。所以卟鲁= 等= 等= 2 1 6 n c m我们选用两相混合式步进电机，查表知m 。m 加= o 7 0 7 ，所以步进电机的最大静转矩为：m j , , , = 0 必7 0 7 ( 3 2 0 )陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用：坐n c i i l0 7 0 7- - - 3 0 5 5n c m步进电机最高工作频率为：疋。= 旦( 3 - 2 1 )j 啪。6 0 8、7：兰鱼qh z6 0 0 0 1= 6 0 0h z综合考虑，选择5 7 b y g 0 9 6 型步进电机。该电机的技术参数如下：最大静转距t = 7 5 0 n m m ；空载启动转速n = 3 6 0 r m i n ：转动惯量j = 1 4 5 9 c m 2 ；驱动电压v = d c ( e 4 - - 4 0 ) v 。3 5 3 滚珠丝杠的设计计算利用滚珠丝杠进行传动的作用是将旋转运动通过丝母转变为直线运动，其主要具有如下优点【7 l 】：( 1 ) 滚珠丝杠丝母间因无间隙，直线运动时精度较高；( 2 ) 利用滚珠丝杠传动频繁换向时无需间隙补偿；( 3 ) 滚珠丝杠丝母间摩擦力很小，转动时非常轻松；( 4 ) 利用滚珠丝杠进行传动，刚性较好，可以传递较大扭力，位置准确。螺旋传动按用途分为：以传递动力为主的传力螺旋，如千斤顶；以传递运动为主，精度要求较高的传导螺旋，如金属切削机床的进给丝杠。在本课题中，竖直丝杠属于传力螺旋；水平丝杠属于传导螺旋。螺旋传动按螺纹间摩擦状态又可分为滑动螺旋和滚动螺旋。由于丝杠价格高，结构复杂，故本课题采用滑动螺旋。滑动螺旋的特点：( 1 ) 结构简单，加工方便，成本低廉；( 2 ) 当螺纹升角小于摩擦角时，能自锁；( 3 ) 传动平稳；( 4 ) 摩擦阻力大，效率较低，仅在0 3 o 7 之间，自锁时低于o 5 ，常在o 3 o 4 之间：( 5 ) 螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度及轴向刚度较差：( 6 ) 磨损快；( 7 ) 低速及微调时可能出现爬行；滑动螺旋的螺纹通常为梯形、锯齿形及矩形三种，梯形螺纹应用最广，故本课题采3 9陕西科技大学硕士学位论文用梯形螺纹。利用滚珠丝杠进行传送要注意如下问题：( 1 ) 与电机连接时中间必须加装联轴器以达到柔性连接；( 2 ) 频繁换向时容易产生冲击振动，要注意避免频繁换向。以工作台水平运动所用丝杠为例进行设计计算，铺料台升降运动所用丝杠的计算方法与此相同。a 选择材料和许用应力丝杠材料选用4 5 钢，调制处理仃= 3 6 0 n m m 2 ，查表得：旷虽2 7 2 - 1 2 0 n m m 2 ，取2 0 0 n m m 2螺母材料选z c u a i l 0 f e 3 ，查表得：= 4 0 6 0 n m m 2 ，取5 0 n r a m 2 ：r 。：3 0 4 0 n m m 2 ，取3 5 n m m 2 。螺旋系低速，可查得：只：1 2 n m m 2 ，取1 n m m 2 。b 按耐磨性计算螺纹中径设轴向载荷f = 1 0 0 0 n 的实际重量，取伊= 1 7 d 2 = 0 8= 0 8= 1 9 4 m m由g b t5 7 9 6 3 19 8 6 可选d = 2 0 m m ，p = 4 m m ，d2 = - d - 2 z = - d 一0 5 p _ 2 0 0 5x4 = ls m md 。= d + 2 ：2 0 + 2 o 2 5 = 2 0 5 m md3 = d - 2 h3 = 2 0 - 2x2 2 5 = 15 5 m mdl = 2 hi = d 一1 9 = 2 0 - 4 = 1 6 m m的梯形螺纹，中等精度。4 0( 3 - 2 2 )( 3 - 2 3 )( 3 - 2 4 )( 3 2 5 )( 3 2 6 )陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用螺旋副标记为t r 2 0 4 7 h 7 e螺母高度：h = 舛2 = 1 7 x1 8 = 3 0 6 m m ，取h = 3 1 m m则螺纹圈数：n - 旦：翌：7 7 5 圈p4c 螺旋副传动自锁性验算导程s = p = 4 m m ，螺纹升角为a ：a r c t a i l 羔翮24= a r c t a l l - - - - - - - - - - - - - - 3 1 4 1 8= 4 0 5 。查表得钢对铜的摩擦系数f - - - - 0 0 8 - 4 1 1 0 ，取f = 0 0 9 ，可得：厂p 。a r c t a n 百20 0 9- - a r c t a l l - - - - - - - - - - - - - c o s l 5 0= 5 3 2 3 。因为五 p ，故自锁可靠。d 丝杠强度校核螺纹摩擦力矩：m n = - 圭d 2 f t a n ( 2 + p )1= 1 4 1 0 0 0 t a n ( 4 。0 5 0 + 5 3 2 3 0 )= 1 15 5 5 n m m代入得仃。=c 等) 2 + 3 ( 忠告，2= 6 n m m 24 1( 3 - 2 7 )( 3 - 2 8 )( 3 - 2 9 )( 3 3 0 )( 3 3 1 )( 3 3 2 )陕西科技大学硕士学位论文因为o c a 仃p ，所以丝杠满足强度要求。e 螺母螺纹强度验算因螺母材料强度低于螺杆，故只验算螺纹强度即可。牙根高度：b = 0 6 5 p = o 6 5x4 = 2 6 m m基本牙型高：h 1 = o 5 p = o 5 x 4 = 2 m m代入有f = 二：r r d 4 b n1 0 0 03 】4 x 2 0 5 x 2 6 7 7 5= 0 7 7 1 n m m 2因为r 2 5所以该传动系统稳定性较好。4 2( 3 3 3 )( 3 - 3 4 )( 3 3 5 )( 3 - 3 6 )( 3 3 7 )( 3 3 8 )( 3 - 3 9 )陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用3 6 整机特点、技术性能及适用范围3 6 i 特点陶瓷零件快速成型技术是快速原型制造技术的重要发展方向之一，由于其起步较晚，目前适用于陶瓷零件快速成型的专用设备并不多见。本设计提出了一种新的陶瓷零件快速成型设备，经实验验证，本设备基本上达到了设计的总体要求。该快速成型机的机械装置体积小、重量轻、结构紧凑，刚度、传动精度和选取的步进电机均达到了使用要求，而且便于拆装，可实现去除材料和添加材料两种形式的加工，能够满足设备及工艺成本低廉，制件质量良好、强度较高的性能要求，与其他快速成型设备相比，在性能相仿的情况下具有较大的价格优势。( 1 ) 该设备结合了熔融堆积成型和层合实体成型设备的特点，并在此基础上作以改进，针对目前快速成型设备造价昂贵的现状，其成本低廉，易予普及：( 2 ) 该设备针对石蜡和陶瓷材料的特性，在料斗中加入了加热及搅拌装置，专用于陶瓷制件的快速成型；( 3 ) 设备的铺料系统搭建在刻料系统之上，并易于拆卸，可以实现去除材料和添加材料两种成型方式；( 4 ) 该设备成型精度较高，成型件可获得良好的质量和性能；( 5 ) 设备构造简单，易于维护和修理。3 6 2 主要参数及性能指标该快速成型机的主要参数及性能指标如下：最大加工范围( 纵向横向竖向) ：2 1 0 x 2 7 0 2 3 0 ( r a m ) ；主轴电机功率：6 0 w ；主轴转速：o - - 6 0 0 0 r m i n ；铺料时料斗的水平进给速度：4 - 4 i m m s ；铺料台下降速度：0 1 2 r n m s ；脉冲当量：o o l m m p ；石蜡层的凝固时间：3 0 s ；加热板的加热湿度：9 5 1 0 0 ，恒温。3 6 3 适用范围该装置适用于以陶瓷为成型材料，石蜡为支撑及粘结材料的快速成型制造，也可用于以其他浆料及热粘结剂为原料的快速成型工艺。3 7 小结本章主要对陶瓷零件快速成型设备进行了设计，主要包括整体结构的设计、铺料系统的设计、料斗的设计以及传动装置的选择计算等，并分析了该设备的特点、技术性能4 3陕西科技大学硕士学位论文及适用范围。陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用4 控制系统运动控制是- f - j 有关如何对物体位置和速度进行精密控制的新技术。一个标准的主从式运动控制系统如图4 1 所示。操作员机械装置图4 ，1 运动控制系统f i 9 4 - 1m o t i o nc o n t r o is y s t e m从上图可见，主从式运动控制系统由以下四部分构成【罅】：a 主计算机主计算机，也称上位机，用于与操作员对话，并将运动指令下达给运动控制器，同时监测和显示运动系统的运行状态。实际中常见的主计算机有三种形式：p c 机、p l c 、单片机。b 运动控制器运动控制器，也称下位机，其作用是根据主计算机的运动命令对各轴电机的驱动系统发出脉冲和方向命令，并对i o 口和其他信号进行管理。根据与主计算机的通讯方式，可分为p c i 总线运动控制卡、i s a 总线运动控制卡、单片机运动控制器等。c 驱动器驱动器的作用是根据控制器发来的脉冲方向指令，控制电机线圈的电流以及相应的电磁场和电磁力矩，从而使得电机轴执行与脉冲方向相对应的转动。本系统采用步进驱动器。d 执行电机执行电机在驱动器的推动下，通过转轴的旋转来控制机械装置( 运动轴) 的位置和速度。本系统采用步进电机为执行电机。快速成型系统主要可以分为数据处理和成型执行两大部分。数据处理部分完成由三维c a d 模型到加工轨迹的离散过程，由高性能计算机处理。成型执行部分根据离散化后的信息实现加工过程的执行和控制，由数控r p m 设备来完成。该装置通过计算机内配置的专用c a d 软件生成符合快速成型工艺特色的c n c 信息，并由计算机把c n c 信息自动传递至控制器中，再由控制器将这些信息转化成能驱4 5笠i1。r，。l一运动控制器一 1把旦一阢剑丽管；陕西科技大学硕士学位论文动步进电机的信号，机床根据接收到的信号指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。镝料系统的控制选用p l c 可编程控制，工作台水平运动可通过安装在两端的无触点限位开关限定其运动范围，限位开关可以根据加工要求调整位置。由于成型机的刻料系统借鉴了雕刻机的结构和原理，因此整机在控制上也分为两部分：刻料系统的控制和铺料系统的控制。由于控制系统体系庞大，故在实验阶段，刻料系统的控制暂时采用原雕刻机厂家的数控系统控制，在这里就不再螯述；铺料系统的控制选用p l c 可编程控制。实验操作时，刻料和铺料的过程分别采用手动控制按钮的启动。4 1p l c 简介4 1 1 概念及特点可编程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) 简称p l c ，是一种以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置。它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机器或生产过程。p l c 是微机技术与传统继电接触控制技术相结合的产物，具有以下特点：( 1 ) 功能齐全：p l c 的基本功能包括开关量输输出、模拟量输入腧出，内部中间继电器及延时o n o f f 锁存和主控继电器：计时、计数和移位寄存器，四则运算、比较器、二一八、二一十和二十一六进制转换，事件鼓和机电鼓控制器，跳转和强制i o以及成组数据传送等。软件还具有矩阵运算、p i d 闭环回路控制、排序查表、中断控制、浮点数学运算、以及特殊函数运算、自诊断、自保护报警、监控、双机热备份等功能。( 2 ) 应用灵活：其标准的积木式硬件结构，以及模块的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能复杂的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。( 3 ) 操作维修方便：p l c 采用梯形图形式编程，能简单方便地读懂、编写和修改程序，由于p l c 本身带有完善的监视和诊断功能，操作人员、维修人员可以及时准确地了解机器故障部位，利用替代模块或插件，迅速处理故障，恢复生产。4 1 2p l c 的功能p l c 具有如下基本功能：( 1 ) p l c 是由计算机简化而来的。为适应顺序控制的要求，p l c 省去了计算机的些数字运算功能，而强化了逻辑运算控制功能，是一种功能介于继电器控制和计算机控制之间的自动控制装置。p l c 具有与计算机类似的一些功能器件和单元，它们包括：c p u 、用于存储系统控制程序和用户程序的存储器、与外部设备进行数据通信的接口及工作电源等。为与外部机器和过程实现信号传送，p l c 还具有输入、输出信号接口。p l c有了这些功能器件和单元，即可用于完成各种指定的控制任务。( 2 ) 具有面向用户的指令和专用于存储用户程序的存储器。用户控制逻辑用软件实陶瓷零件快速成型机机械装置的设计、制造及应用图4 - 2p l c 控制系统设计与调试的一般步骤f i 9 4 2t h es t e pt od e s i g na n dd e b u gp l c4 7陕西科技大学硕士学位论文现。适用于控制对象动作复杂，控制逻辑需要灵活变更的场合。( 3 ) 用户程序多采用图形符号和逻辑顺序关系与继电器电路十分近似的“梯形图编辑。梯形图形象直观，工作原理易于理解和掌握。( 4 ) p l c 可与专用编程机、编程器、个人计算机等设备联接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。( 5 ) p l c 没有继电器那种接触不良、触点熔焊、磨损和线圈烧断等故障。运行中无振动、无噪音，且具有较强的抗干扰能力，可以在环境较差( 如：粉尘、高温、潮湿等) 的条件下稳定、可靠地工作。( 6 ) 紧凑、体积小、容易装入机床内部或电气箱内，便于实现数控机床的机电一体化。p l c 的开发利用，为数控机床提供了一种新型的顺序控制装置，并很快在实际应用中显示了强大的生命力。现在p l c 已成为数控机床的一种基本的控制装置。4 2 设计p l c 控制系统任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量，因此，在设计p l c 控制系统时，应遵循以下基本原则：( 1 ) 最大限度地满足被控对象的控制要求；( 2 ) 保证p l c 控制系统安全可靠；( 3 ) 力求简单、经济、使用和维修方便；( 4 ) 适应发展的需要。图4 _ 2 为p l c 控制系统