4332数控导轨磨床【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4332数控导轨磨床【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,数控,导轨,磨床,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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吉林大学本科毕业设计说明书 1 中文 摘要 数控导轨磨床 床身、工作台、立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。 主运动是周边磨头、万能磨头带动砂轮的旋转运动。 机床的纵向进给 由液压系统 驱动工作台运动来实现， 床身、工作台为双 定位 导轨 ， 提高了工作台运动的直线性 。其中 一条导轨体 是 横向可浮动的 ，补 偿 了 由 于 导轨 副 运动摩擦发热而引起的 导轨 中心距 的 变化。 水平和垂直方向的 进给 均由 伺服电机通过滚珠丝杠螺母 副驱 动 执行元件（横滑板和垂直滑板）运动来完成。 该 机床的 控制系统采用 主从式 模块化控制结构， 微机作为中央控制器，实现对进给系统控制模块、主运动速度控制模块、以及辅助系统的集中控制管理。进给系统的控制由 关键词 数控导轨磨床 整体结构 控制系统 外文摘要 is of 文摘要 2 of is of is by is by a of on of is So of is it of s on is by .C of As a as as is by a of is by 林大学本科毕业设计说明书 3 目 录 1 引言 4 2 机床 总体方案及主要参数确定 5 机床总体方案 5 机床主要参数确定 7 3 周边磨头部件设计 7 运动和动力参数计算 7 周边磨头主轴部件设计计算 8 周边磨头垂直滑板设计计算 18 4 床身工作台设计 20 床身工作台总体尺寸确定 20 床身工作台导轨设计 20 5 控制系统设计 22 控制对象的描述 22 总体控制方案确定 23 电气控制系统硬件的选择 24 控制系统程序设计 26 毕业设计总结 33 致谢 34 参考文献 34 附录 A 36 第一 章 引言 4 1 引言 近些年来，随着机械工业在我国的迅猛发展，被称为工作“母机”的金属切削机床也有了前所未有的进步。 2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。 磨床是机械加工后道工序的关键设备。 车、铣、刨、镗床等金切机床上难以加工的淬硬材料和难加工材料或达不到精度要求的机械零件都在磨床上加工。随着科学技术的发展和社会进步，机械产品的加工精度越来越高，表面粗糙度越来越低， 使得磨床在国民经济各部门的作用越来越大。因而专用于导轨和平面加工的导轨磨床的需求量越来越大 。而且， 国内外实践证明，用磨削方法加工的导轨表面，在工作中能很好形成油膜，耐磨性亦比刮研的导轨面高， 况且磨削加工机床导轨面比刮研的方法生产率要高 。 尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距 ，特别是在精度和自动化方面，从而导致每年必须进口相当数量的数控导轨磨床。由此可见，加大力度设计和研制具有自主知识产权的数控导轨磨床是必要的也是必须的。下面首先简单介绍一下国内外数控导轨磨床的发展情况。 目前，在国际上德国、日本和瑞典的机床制造水平最高。其中德国、瑞典在制造精度方面处于领先地位，日本则产量和自动化方面占有优势。在诸多龙门导轨磨床制造厂之中， 以德国瓦德利希柯堡 (司水平最高。该公司从 70年代开始发展数控导轨磨床。近年来在 相继开发了 自动华化龙门导轨磨床、 列磨床采用10M 数控系统， 控制万能磨头垂直 (和水平 (运动， 以及万能磨头在垂直平面内的回转运动 ( 轴 )； 控制周边磨头的垂直 ( 轴 )和水平轴 轴 )的运动。 5080M 吉林大学本科毕业设计说明书 5 的数控系统。除少数监督功能外， 自动完成全部磨削加工， 开发了导轨磨床的专用软件， 其最多控制轴可达 削中心，采用 50或 880M 数控系统， 横梁 固定， 用一个万能磨头， 其功率可达 l 8 5 22直拖板的行程可达 备有砂轮库， 可自动换砂轮和砂轮罩壳， 具有双工作台驱动， 以提高机床的生产效率。除装卸工件外， 机床自动完成全部磨削加工。包括砂轮的自动修正和补偿， 按 磨头主轴的自动定位，按 尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距。主要体现在下列几个方面： 1装备方面机床精度，切削效率，自动 化程度， 吸尘防护以及操作性能与国外有关资料介绍的还有很大差距。另外， 机床的一些基础件， 如各种液压、气动、 电子元件等可靠性不好， 从而影响了整机的性能。特别是：机床关键零部件，如导轨，箱体件，齿轮副，丝杠，轴等的加工工艺与国外相比还很落后，不能满足高精密机床的要求。 2加工方面国内生产的导轨磨床的磨削精度， 表面粗糙度， 表面波纹度等与国外先进水平相比尚存在一定差距。 3测量方面：与国外先进水平相比， 国内在对用导轨磨床加工好的导轨副的测量技术也是落后的。国外普遍在生产车间直接采用精密测量设备来测量机 床 导轨，如激光测量 仪，电子水平仪， 电子千分尺 三坐标测量机等。而国内对于导轨副的测量还没有普遍采用自动测量。目前国内数控导轨磨床的主要生产厂家有：上海重型机床厂、杭州机床集团、长春第一机床厂等。 2 机床总体方案及 主要 参数的确定 2 1 机床总体方案 数控导轨磨床 架结构，由床身、工作台、第二章 机床总体方案及主要参数的确定 6 立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。其总体布局如图 1所示 。 头 图 2机床总布局图 能磨头带动砂轮的旋转运动。周边磨头砂轮直径大， 磨削 功率大， 效率高 ， 精度高， 适合于磨削水平导轨以及大平面。万能磨头可以绕中心回转 90度，能够磨削不同角度的导轨面。 机床的纵向进给 由 双 活塞杆液压缸驱动工作台运动来实现，横向进给由伺服电机通过 滚珠丝杠螺母 丝杠螺母副带动横滑板沿横梁导轨作水平运动来实现。 由于两个磨头不可以同时工作， 因此用同一台伺服电机来控制两个磨头的横向运动，通过横向进给箱中的电磁离合器来选通 需运动的磨头。 垂直方向的进给由伺服电机、滚珠丝杠螺母 副来实现垂直滑板与横滑板之间的相对运动。 磨头的水平及垂直运动均采用滚动导轨，以消除爬行， 导轨体为淬硬钢条 ， 提高寿命和精度保持性。 机床 床身浮置于地基之上，磨削受热之后，可以在水平方向内自由伸缩，从而提高了工件在垂直方向的直线度。 其次，工作台与立柱之间采用分离型结构，以减小 床身 工作台由于 导轨之间的摩擦及液压进给系统发 热变形而对立柱、横梁 造成 的影响，提高了磨头的 横向 运动精度。 立 柱与工作台均有垫铁支承，便于调整横梁与工作台的 精度。 另外， 床身、工作台为双 定位 导轨 ，使工作台在运动中受到对称摩擦力，消除了一 提吉林大学本科毕业设计说明书 7 高了工作台运动的直线性， 工作台导轨表面贴塑 ， 减小了滑动摩擦系数，从而减小了所需的驱动力和爬行 现象， 磨损 小，寿命长并 有良好的抗震性 。可以降低对导轨材质的要求，而且由于液体有吸震性，且刚性好，因而导轨有良好的抗震性及较大的承载能力。此外这种导轨有低速不爬行，运动均匀性好，以及驱动力小等优点。 工作台上的一条 另一条 为 自位导轨 ，由于这一条 横向可浮动的，工作台和床身配合的二个 ， 补 偿由导轨 副 运动摩擦发热而引起的中心距变化。 2 2 机床主要 参数确定 根据 导轨磨床的现有标准，参考其它普通导轨磨床的尺寸参数， 数控导轨磨床 基本 参数 确定 如下 最大磨削宽度 1600柱间距 2000大磨削长度 6000大磨削高度 1000件最大重量 9000作台最大行程 6500作台速度 5 30m/平方向快速移动速度 2000mm/直 方向快速移动速度 2000mm/轮尺寸 周边磨头 平面砂轮 600 100 305 万能磨头 平面形 400 63 127 杯形 400 63 127 碗形 400 63 127 加工精度为满足一般机床的要求， 导轨要达到如下精度：在水平面内 的 直线 度小于 0 01 在垂直平面内的 直线 度小于 0 轨平行度小于 0 轨表面粗糙度 R 0 4。 3 周边磨头部件 设计 3 1 运动参数和动力参数设计计算 主轴极限转速和转速范围（周边磨头） 由金属切削加工手册查得平面磨削砂轮的线速度范围为 v 2030m/s, 则主轴的转速范围 n 360 10 637 955r/于其转速变化范围不是很大，可采用三相异步电机变频调速来实现。 第三章 周边磨头部件设计 8 最大磨削功率的确定 由机床的实际加工过程可知，在粗磨大平面时机床消耗的功率 最大 ，因此需根据该工况的工艺参数来计算主轴的最大功率。根据金属切削加工手册，平面粗磨的切削用量如下 : 工作台速度 2h。（ d= 2h。 6） 油腔深度0( 2 0 1 0 0 ) h 0 . 4 4 2 . 2tZ m m为保证足够的承载面积 ，取 2tZ 三章 周边磨头部件设计 10 （ 7）轴承的壁厚 r 保证不形成薄壁零件，考虑油孔空间 r 25 （ 8）轴与轴承的配合间隙 2h。的公差 h。 h。 0075，因此取 h。 （ 9）轴与轴承的几何精度误差（圆度、圆柱度、同轴度） 005 10 D 10）轴承外圆与箱体孔的配合 过盈量 0 11）两个向心轴承中心跨距 l l（ 4 6） d 400 600 取 l 400 12）选择节流比 ，液阻比 考虑油温变化而引起的 值的变化，应使油 温为 20 50 度时 阻比 1。 一般情况下，当 轴承具有最佳刚度，即 （ 13）确定供油压力油压力为 油腔压力rP 14）计算一个油腔的有效承载面积 0 4 52 ( ) s i n ( ) 2 5 5 ( 1 0 8 1 1 ) s i n ( ) 7 . 9 7 1 0 m l a 。 。 （ 15）计算轴承油膜刚度 J 361 301 2 ( 1 ) c o s 1 2 7 . 9 7 1 0 2 . 5 1 0 0 . 7 1 c o s 3 0J=( 2 1 ) 0 . 0 2 2 5 1 0 1 . 7 1 ( 2 1 . 7 1 1 ) 。 91 1 0 / （ 16）轴向推力轴承的结构 尺寸 吉林大学本科毕业设计说明书 11 轴肩半径： 4231 7 61 3 21 5 4轴肩的厚度 当 d 50 200H。（ d 11 22 H。 20 主轴带传动的设计计算 为了有效地将电机产生的振动与主轴隔离， 在电机与主轴之间采用带传动。因为带传动有很好的缓冲、减震和吸阵作用。不需要减速因此传动比选 1： 1。考虑传动的扭矩比较大且转速较高，选用多楔 v 带传动。 多楔带又称 为复合三角带，是一种新型的三角胶 带，由于它综合了普通 机床的传动中正在获得越来越广泛的应用。 它与普通比较，且有下列优点： (1)传动功率大。由于多楔带和带轮的接触好，各工作面间的裁荷分布均匀，故多楔带的承裁能力高。 (2) 消除了多根胶带长短不齐的现象。 多楔带 振动小，发热少，运转平稳。 (3)伸长率小，使用寿命高。 (4)运转速度高。由于多楔带的断面尺寸小，重量轻，强力层的耐曲挠性能好，适于以较小的带轮直径在高速下 (达 40 m/s)运转。 多楔带的 具体计算 如下，参考机床设计手册（零件设计）表 1）确定计算功率 N查表 K . 2 1 8 . 5 2 2 . 2 （ 2）选择多楔 1 6 0 0 9 7 0 / m i 据16，选 （ 3）确定带轮计算直径1180传动比 1得2D1D180 4）初定中心距 A。（中心距过大 易振动，过小则寿命低 ） 第三章 周边磨头部件设计 12 2 0 1 23 ( )D A D D ，即 1800A1080 考虑到结构需求，初选0A 1000 5）求胶带计算长度 L 2210 1 20()2 ( ) 2 5 6 5 . 224 D D m 按表 25836) 计算准确中心距 2221128 ( ) , 2 ( )8a a D DA a L D D 得 2 2 5 8 3 3 6 0 4 0 3 5 . 6a ， A a/4=的中心距是可以调整的，考虑安装调整和补偿初拉力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为 m i n 0 . 0 1 5 9 7 0 . 2A A L m m m a x 0 . 0 3 1 0 8 6 . 4A A L m m (7) 确定多楔带的齿数 Z 0 1 2 C C查表 C C Z Z 12齿。 多楔带 的具体断面尺寸如下： 齿距 t H h h。 40 1 。 （ 8） 多楔带 轮的基本尺寸 外径 1 8 0 2 3 . 5 5 1 7 2 . 9 宽度 ( 1 ) 2 1 1 9 . 5 2 1 0 1 2 4 . 5B Z t g ，取 B 125 带轮材料为 45钢 （ 9）多楔带的张紧装置 吉林大学本科毕业设计说明书 13 带经过一定时间的运转 后，就会由于塑性变形而松弛，使初拉力 F。降低。为了保证传动能力，应定检查初拉力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。 具体张紧装置如周边磨头装配图中所示，将安装有带轮的电机安装在基 座 上，基 座 用螺栓固定在垂直滑板上，基 座 上的螺栓孔为长槽，可使 基 座 相对于垂直滑板上下滑动。要调节带的张紧力时，松开基板上的 各螺栓，旋动调节螺钉，将电机推到 所需的位置，然后拧紧基 座 与垂直滑板的连接螺栓。 轴端部卸荷带轮结构设计 由于带的张紧力对主轴的刚性影响很大，因此在主轴端部设计了卸荷带轮结构，将带的拉力直接传递到主轴箱体上，而扭矩通过 带轮端盖螺钉和键来传递到轴上，从而大大减小了主轴的径向力，提高了主轴的刚性。由于端盖螺栓以及键传递很大的扭矩，因此需 校核 其强度。 （ 1）螺栓组联接设计计算 采用圆周均布，螺栓数 Z=4，均布直径 d 180。 螺栓仅受扭矩 T 295每个螺栓所受的工作剪力 为 /4F T r 螺栓所需的预紧力 1 . 1 7 3 7 . 5 60090 . 1 5 选择螺栓材料为 能等级为 查表得 240s M ， S / 2 4 0 / 1 . 5 1 6 0s S M P a 因此螺纹小径14 1 . 3 4 1 . 3 6 0 0 9 7 . 8 8 1 6 0m m 按粗牙普通螺纹标准，选用螺纹公称直径 d 10（小径1d (2) 联接平键的校核 根据轴径查表选择键的尺寸是 16 10 32 ， 普通平键联接，其主要失效形式是工作表面被压溃，强度条件为 332 1 0 2 2 6 4 . 7 1 0 6 0 1 0 00 . 5 1 0 3 2 5 5 P ak l d 见， 联接 键的强度足够。 轴强 度校核 主轴 第三章 周边磨头部件设计 14 垂直方向 32 . 8 2 1 0 1 7 6 4 9 6 3 2 0 a N m m 水平方向 8 8 2 . 3 1 7 6 1 5 5 2 8 4 a N m m 由前面 的计算可得扭矩 264700T N m m 主轴 弯矩 与 扭矩 如 图 3示， 图 3主轴弯矩与扭矩图 合成弯矩 2 2 2 24 9 6 3 2 0 1 5 5 8 4 5 2 0 0 4 5 M N m m 按弯扭合成应力校核轴 的强度 进行校核时，通常只校核 轴上承受最大弯矩及扭矩的截面（即危险截面 B）的强度。 则当量弯矩 吉林大学本科毕业设计说明书 15 2 2 2 2( ) 5 2 0 0 4 5 ( 0 . 6 2 6 4 7 0 0 ) 5 4 3 7 5 6 T N m m 23543756 4 . 9 4 /0 . 1 1 1 0 N m 前以选定轴的材料为 40质处理，查表得 许用弯曲应力1 7 0 P a 因为 吉林大学本科毕业设计说明书 19 珠丝杠 的支承 方式选择 。 为了提高丝杠刚度，丝杠采用 两端固定式支承，即两端均用一个双向止推轴承和 一个 向心球轴承 支承 。这种结构方式可使丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力。 根据结构的需要，预选向心轴承 代号 6210，双向推力轴承 52208。 由于该丝杠承受的径向力很小，轴向力较大，因此只校核推力轴承的寿命。 由前面的计算可知 该推力轴承的最大轴向力 A 35 10 N， 载荷系数按中等冲击或中等惯性力选取， 当量动载荷 37 . 5 1 0pP f A N 则轴承的寿命 6 6 3 3431 0 1 0 3 4 . 5 1 0( ) ( ) 4 1 06 0 6 0 4 0 0 7 . 5 1 0 一般情况下，金属切削机床轴承的预期寿命选取 20000 30000h，因此该推 力轴承 寿命足够。 珠丝杠副的自锁 由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用， 为了防止垂直滑板在失电情况下 由于自重下滑，在滚珠丝杠的末端增加制动装置，即失电制动器。失电制动器的原理是，当电机得电工作时，电磁铁线圈通电吸住压簧，打开摩擦离合器，电机带动丝杠转动。当电机失电停止转动时，电磁铁线圈亦同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠不能转动，垂直滑板就不会因自重而下沉了。 为了保证制动迅速可靠，需计算所需失电制动器的制动扭矩。 由垂直滑板自重产生的使丝杠回转的扭矩2f 传动效率 2 2 6 0 . 9 3( ) ( 2 2 6 1 0 )t g t gt g t g 。（中径处的螺旋角226 。 ，当量摩擦角 10 ） 因此 41 0 8 0 . 9 3 1 0 9 4 02 m m 第三章 周边磨头部件设计 20 考虑到安全以及制动迅速，取制动扭矩 3 3 2 . 8 2 0 N m 根据以上计算， 选用 50 普通型失电制动器。率 27W。 4 床身工作台设计 4 1 床身工作 台总体尺寸确定 床身工作台总体尺寸的确定，根据工件的最大长度为 6m，确定工作台长度取 作台行程 至少 为 6m，考虑 工作台在换向与停止过程中的缓冲，床身长度取 13m。 4 2 床身工作台导轨设计 轨结构形式选择 导轨的作用是承受载荷和导向。 考虑到导轨磨床 承载能力和导向精度都要求很高，因此 床身工作台采用双 塑导轨， 双触刚度好，导向性和精度保持性好。两导轨截面均为 称布置使得工作台的受热变形均匀、对称，提高了加工平面的平行度和表面精度。 工作 台导轨表面贴塑 减小了滑动摩擦系数，从而减小了所需的驱动力和爬行现。导轨工作台截面如图 4 工作台上的一条 另一条 为 自位导轨 ，如图 4由于这一条 横向可浮动的，工作台和床身配合的二个 补 偿由导轨 副 运动摩擦发热而引起的中心距变化。 图中所示螺钉是为了使装配容易而设计的，浮动导轨装配时，先将横向键固定到工作台上，然后用长螺钉将浮动导轨与键连接，该螺钉的预紧力需用测力扳手控制，以保证工作 台受热变形后可以在水平方向微量浮动。 工作台导轨表面粘贴以聚四氟乙烯为基体的塑料软带，其特点是摩擦因数小，耗能低；动静摩擦因数接近，低速运动平稳性好；阻尼特性好，能吸收振动，抗阵性好，有自身润滑作用，没有润滑油也能正常工作，使用寿命长；结构简单，维护修理方便，磨损后容易更换，经济性好。但是，刚性较差，需校核导轨的比压。 为提高导轨耐磨性和防止塑料软带撕伤，动导轨和支承导轨应具有不同的硬度。因此，工作台导轨用普通铸铁，不淬火，床身导轨需淬火处理。 吉林大学本科毕业设计说明书 21 图 4导轨工作台断面图 图 4浮 动导轨局部视图 轨的比压计算 导轨的损坏形式主要是磨损 ，而导轨的磨损又与导轨的比压 （单位面积上的压力）有密切关系。因此在初步选定导轨的结构尺寸后，应该核算导轨面的比压，使其限制在允许的范围之内。 第四章 床身工作台设计 22 工作台导轨主要受加工工件和工作台的重力。工件的最大重量是9000算工作台的重量为 6000垂直向下的合力 G 0 N 由于采用双 荷对称分布，每条导轨受力为 G/2 0 N 每个导轨 面所受的正压力为 442 0 . 7 7 . 5 1 0 5 . 2 5 1 022 导轨面的比压为 4 535 . 2 5 1 0 1 . 2 5 1 07 0 1 0 6 查表得 ： 铸铁导轨的许用比压为 55 10 ； 聚四氟乙烯贴塑导轨的许用比压为 0 ； 导轨面的比压小于许用比压，即导轨截面尺寸 合理。 动导轨导向键的校核 由导轨面比压校核过程中的计算过程可知，浮动导轨承受的摩擦力 2 1 0 . 52GF f K N 根据导轨截面尺寸确定横向键尺寸为 28 16 120 ，浮动导轨分两段 ，每段由两个键来导向，其中一个用来承受力，另一个主要起限制导轨的转动自由度。 因此， 只有两个键同时受力。其强度条件为 2 1 0 . 5 1 0 . 9 3 02 8 1 2 0p P a P M P an k l （考虑到工作台换向与停止过程中的冲击，取载荷系数 K 2） 可见，横向键的强度是足够的。 5 控制系统设计 5 1 控制对象的描述 数控导轨磨床的运动控制主要包括三部分，主运动系统、进给系统、辅助系统 。 主运动的控制是指周边磨头、万能磨头的转速控制。进给系统则包括工作台的纵向进给、横滑板和垂直滑板的横向及垂直进给。辅助系统时指润滑系统、静压轴承供油系统等辅助运动电机的开停控制。 其中进吉林大学本科毕业设计说明书 23 给系统的控制最复杂。 根据加工工艺需要，周边磨头有五种进给方式：快速移动、慢速移动、周期进给、连续进给以及微量进给；万能磨头有三种进给方式快速移动、慢速移动和微量进给。但周边磨头和万能磨头不能够 同时工作，因此可以只用一个伺服电机，通过电磁离合器来选择需要进给 的磨头。 该导轨磨床的基本工作流程如下 压轴承供油系统启动 ，液压润滑系统启动。 括横滑板、垂直滑板进给）。 头回零点。 由 以上动作流程 可以看出，导轨磨床的进给过程在很大程度上属于 顺序动作流程，因此非常适合于应用 控制。 5 2 总体控制方案的确定 根据 上述对控制对象的描述 和 具体的 控制要求，该控制系统 可 采用 主从式 模块化控制结构，微机作为中央控制器，实现对进给系统控制模块、主运动速度控制模块、以及辅助系统的集中控制管理 。 主控微机将操作员通 过键盘输入的数据，通过内部软件的运算处理，通过串行通信接口送给进给模块的 及主控系统的变频器。 进给系统运用可编程序控制器（ 为核心控制装置，实现对设备各种执行器件 （包括进给伺服电机、各油泵电机以及电磁离合器等）的 控制 。 主控微机还可以直 接读取伺服电机控制器的内部控制数据，从而检测进给系统的工作状态；同时 它还 通过内部软件程序将检测数据转化为视频信息，直观地显示在屏幕上。 主轴旋转速度 由 变频器 来 控制，变频器可与主控微机进行串行通信。 该系统的控制框图 如图 5 第五章 控制系统设计 24 图 5控制系统 框图 控制系统内部信息交换 微机发出：微机向 工作磨头序号、横滑板和垂直滑板运动 位移 以及运动速度 以及磨头工作循环所需的其他数据。 微机向 变频器发出频率控制信号 。 微机接收： 伺服驱动器的内部状态，即进给系统的运动状态。 出：伺服驱动器的控制信号，其它各辅助运动控制的信号。 收： 微机控制信号，各执行元件状态 信号，及伺服运动系统到位信号。 5 3 电气控制系统硬件的选择 服电机 及伺服驱动器 的选择 横梁伺服电机 与 垂直滑板 伺服 电机 均选用 和利时 交流伺服电机 ， 具体型号为 130该电机的 技术参数 在表 5 根据伺服电机的要求，伺服驱动器选择森创 系列伺服驱动器以美国 司最新的数字处理芯片（ 为核心控制芯片，采用了先进的全数字电机控制算法，完全以软件方式实现了电流环、速度环、位置环的闭环伺服控制，具备良好的鲁棒性和自适应能力，可配合多种规格的伺服 电机，适应于各种需要快速响应的精密转速控制与定位控制的应用系统。 在本控制系统中主要用到以下几个控制引脚 吉林大学本科毕业设计说明书 25 7脚：输入公共端 23脚：伺服使能端 27脚：脉冲指令信号输入 12脚：脉冲指令信号输入 28脚：方向 /脉冲指令信号输入 13脚：方向 /脉冲指令信号输入 表 5130额定输出功率 W 额定转矩 大转据 定转速 高转速 500 8 2000 2500 电机转子惯量 矩系数 额定相电流 A 瞬间最大相电流 A 适配驱动器 枢绕组相电阻 电枢绕组相电感 械时间常数 气时间常数 量 选择 根据市场情况， 司的 品指令功能强大，处理复杂控制的功能强 ;编程语言梯形图和指令助记符并重，编程简单，易掌握；特殊功能模块和智能模块品种多，使用方便；网络配置简单，实用，价格低。因此决定选用欧姆龙品牌 列 司新近推出的中型 系列 模块式结构，最多可插 11 个模块， I/O 可达 512 点，能够满足该系统的输入输出需求。 列 带 行通信接口，可与计算机进行串行通信。 列 ，可以输出 5 20够满足伺服控制器速度控制端口的高频脉冲信号需求。 16 点 输出模块 2块 ） 8点 高速脉冲 I/第五章 控制系统设计 26 表 5输入点 元件名称及代号 输出点 元件名称及代号 00000 启动按钮 0000 伺服驱动器 1 23口 00001 急停按钮 0001 伺服驱动器 1 28口 00002 工作台行程开关 0002 伺服驱动器 2 23口 00003 工作台行程开关 0003 伺服驱动器 2 28口 00004 工作台限位开关 0004 伺服驱动器 3 23口 00005 工作台限位开关 0005 伺服驱动器 3 28口 00006 左横滑板限位开关 0006 00007 右横滑板限位开关 0007 00008 横滑板防碰撞限位开关 0100 周边磨头电机继电器 0009 左垂直滑板限位开关 0101 万能磨头电机继电器 0010 左垂直滑板限位开关 0102 丝杠电磁离合器 0011 右垂直滑板限位开关 0103 丝杠电磁离合器 0012 右垂直滑板限 位开关 0104 静压轴承供油泵电机 00013 伺服电机完成信号开关 0105 润滑系统油泵电机 00014 伺服电机完成信号开关 0106 工作台驱动液压泵电机 00015 伺服电机完成信号开关 0107 报警灯、铃 5 4 控制 系统 程序设计 梯形图编程是 序设计的主要形式，梯形图直观、形象、易于接受。该程序段主要完成磨床从开机到 完成加工以及回到零位过程中的顺序动作控制。 下面简单介绍梯形图各程序断的含义。 1）机床开机，首先启动液压润滑系统油泵和静压轴 承供油油泵，在这两者未工作时其他任何部件都不可以相对运动。 吉林大学本科毕业设计说明书 27 图 51) 2）液压系统启动的同时，计算机与 液压系统完全启动以及数据通信完成之后，根据通信数据，接通所需工作磨头的离合器，横滑板开始进给。两个磨头的离合器与继电器均通过软件来实现互锁。 第五章 控制系统设计 28 图 5形图 (2) 3）横滑板到位之后，伺服驱动器发出到位信号到 后垂直滑板开始进给。 垂直滑板的控制方法与横滑板基本相同。 图 53) 4）垂直滑板到位之后，工作台开始进给，进入工作循环，工作循环的吉林大学本科毕业设计说明书 29 控制由子程序完成，这里并不涉及。 图 54) 5）当机床完成每次工作循环之后，自动回到零点。其回位过程正好与进给相反。具体顺序如下： 垂直滑板回位； 横滑板回位； 主轴电机停转； 延时，待主轴完全停止转动之后，液压系统断电。 该过程的控制程序如图 5五章 控制系统设计 30 图 55) 根据梯形图编写的指令程序如表 5示： 表 5序 号 指令 说明 序 号 指令 说明 1 2 3 4 5 6 00004 00006 00009 00012 01600 00000 开机 43 44 45 46 47 48 000 D 00013 01601 01600 00001 横滑板进给 吉林大学本科毕业设计说明书 31 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 10105 00001 01600 10104 10105 10105 001 #0030 00000 080 085 #0005 08001 08000 10100 10102 08000 08001 10101 10103 001 #0030 00013 01600 00001 10000 10001 000 启动润滑系统 启动静压轴承供油泵 数据通信 判断、 并启动工作 磨头， 接通横梁 电磁离合器 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 01601 01601 00014 08000 08001 10002 10003 00 000 D 01601 00015 08001 08000 10004 10005 000 000 D 00014 00015 10106 00002 10106 00002 001 #0030 00014 08000 08001 25314 10003 垂直 滑板 进给 开始工作循环 完成 延时 第五章 控制系统设计 32 85 86 87 88 89 90 91 92
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