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1、-范文最新推荐-1 / 13三轴加工机床控制系统设计摘要：数控机床结合运用了电子计算机、自动控制和伺服驱动等多方面的技术，综合反映了电气自动化和信息化的发展程度。相比于普通机床，其适应性更强，能加工精度更高、形状更为复杂的零件，数控加工技术使机械制造的发展迈入了一个全新的时代。本以三轴加工机床为研究对象，论述了三轴加工的控制要求及驱动方式，设计了基于 PLC 控制的三轴加工机床的电气控制线路，并编制了实现轨迹运行的控制程序。三轴加工机床为滚珠丝杠设计，X、Y 、Z 三轴采用步进驱动系统，分别通过 CPU 的高速脉冲输出 PTO 及定位模块 EM253 实现三根轴的位置控制，主轴采用交流变频驱动
2、，系统中设置了限位开关和位置感应器以防止运动超程。调试结果表明，系统可以实现一定精度的加工轨迹控制，达到了设计指标的要求。12062 关键词： 三轴加工机床；PLC；电气设计；步进驱动Design of three axis machine tool control systemAbstract：CNC machine tools, combined with the use of the computer, automatic control and servo drives, and many other technologies, a comprehensive reflection o
3、f the electrical automation and information technology development level. Compared to the general machine tools, its adaptable, able to process more accurate, more complex shape parts, CNC machining technology enables the development of machinery manufacturing has entered a new era.In this paper, th
4、ree-axis machine tools for the study, discusses the requirements and drive mode control three-axis machining, the design of PLC-based control of three-axis machine tool electrical control circuit, and the preparation of a running track to achieve control program. Three-axis machine tools for the des
5、ign of the ball screw, X, Y, Z-axis stepper drive system, respectively, to achieve -范文最新推荐-3 / 13three-axis position control of high-speed pulse output PTO and positioning module EM253 CPU, the spindle AC powered system setting the limit switches and position sensors to prevent overtravel movement.
6、Debugging results show that the system can achieve a certain precision machining trajectory control, meet the requirements of the design specifications. 3.2 三轴加工机床的控制系统设计 174 三轴加工机床的软件设计 234.1STEP 7-MICRO/WIN 基本介绍 234.2.1 包络及包络的设定 244.2.2 三轴加工机床程序分析 305 总结与展望 50致 谢 51参考文献 52附录 531 绪 论1.1 课题背景及研究意义机床
7、加工是指用机床进行原材料的加工制作。随着现代化社会的科学水平发展越来越迅速，市场上对零件加工的要求也越来越高，工艺越来越复杂。特别是在一些专业领域，比如说航天和军事，这些专业领域不但对机械产品的精度上有着极高的要求，同时还有着机械产品形状复杂和机械产品生产量小等特点。而这些要求往往市场上普通的机床是无法满足的。这时候就需要一种新型的、不同于以往的机床来解决这一问题，这种机床就是数控机床。数控机床相比较以往的机床，适应性更强，加工精度更高，能加工出形状更为复杂的零件。因为数控机床是结合运用了电子计算机、自动控制和伺服驱动等各领域的多方面的技术，所以说一台数控机床的好坏完全取决于电气自动化和-范文
8、最新推荐-5 / 13信息化的程度。而现代化的今天，各个行业对零件加工的各方面要求日益升高，越来越多的专用数控机床由此得到了飞速的发展。所以说，市场也需要更多的专用数控机床的进一步发展。1.2 加工机床的发展概况1.2.1 加工机床的发展历史我国数控技术起步于 1958 年，近 50 年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 即封闭式发展阶段。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。第三阶段是在国家的“八五&rdqu
9、o;的后期和 “九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。1 1.3.1KNT-PHT3 三轴加工系统介绍KNT-PHT3 三轴加工系统主要由三维十字滑台、电气电路和实训桌三部分组成，如图 1-2 所示。图 1-2KNT-PHT3 三轴加工系统实物图三维十字滑台主要由铝型材工作台、X 轴运动方向的滚珠丝杠机构和 Y 轴运动方向的滚珠丝杠机构所组成。实训桌主要由铝型材桌面板和桌组成，用于承重、固定十字滑台。十字滑台的主要功能就是能够在水平面进行任意轨迹的运动，在实际生产加工中就是能够按照工件实际需要的加工路径进行高精度的切削加工。工作台主要功能是用来固定工件或夹具
10、等，工作台-范文最新推荐-7 / 13上面的 T 型为工件的拆装提供了便利。滚珠丝杠是机械运动的执行机构，它的运动方式是电机轴和丝杠通过弹性联轴器联接，当电机转动时，丝杠和电机以同方向同转速转动，因为丝杠位置不变，所以套在丝杠上的螺母块就会移动，并且随着电机转动方向和转速的变化螺母块的移动方向和移动速度也跟着变化，那么安装固定在螺母块上的安装架和固定安装在安装架上的工作台就随同螺母块一起运动。如图 1-3 所示。图 1-3 丝杆部件总装图滚珠丝杠可以将旋转运动转变为直线运动，也可以将直线运动转变为旋转运动，而且由于传送时摩擦损失比较小，所以滚珠丝杠的传送效率很高。在滚珠丝杠直线运动机构的两端的
11、极限位置上装有两个限位开关，可以有效保护机械设备和电气设备在运动过程中由于超程而损坏。主要技术指标如下：a 横向行程：250（mm）b 纵向行程：250（mm）1.3.2 课题研究的主要内容本课题主要以三轴十字滑台（KNT-PHT3 三轴加工系统）为设计对象，三轴十字滑台能够完全模拟工业加工生产中数控车床工作台（或雕刻机）的运动状态，三轴十字滑台的机械运动执行机构为滚珠丝杠设计，在了解机械系统的基础上，明确三轴驱动方案，根据运动轨迹加工的控制要求，设计三轴加工系统的电气线路接线图，编制实现一定加工轨迹的控制程序。图 2-4 步进伺服系统结构框图2.1.2 步进电机工作原理-范文最新推荐-9 /
12、 13通常步进电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损
13、耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，而且情况比一般交流电机严重。步进电机外形如图 2-5 所示。图 2-5 步进电机2.1.3 步进驱动器根据步进电机的工作原理，步进电机是无法直接接到交流或者直流电源上，而是先接到步进电机驱动器上，然后再根据驱动器的要求接到相应的电源上。可以说步进电机驱动器的主要作用就是控制步进电机的工作状态和转速。由于步进电
14、机是由脉冲控制的，那么为了提高步进电机的精度，很多时候会对步进电机驱动器进行细分。所谓细分，简单的说，就是将步进电机的步距角细分成原来的几分之一。举个简单的例子，两相步进电机的步距角是 1.8°，也就是驱动器的一个脉冲将会带动步进电机转动 1.8°，通过计算可以得知想让电机转过一圈就需要 200 个脉冲。但如果将驱动器设置为 10 细分，那么驱动器的一个脉冲只会带动电机转过 0.18°，这时电机转过一圈就将需要 2000 个-范文最新推荐-11 / 13脉冲，这样就可以提高电机的精度。但是电机能否像理论一样转过或者接近 0.18°还是和驱动器的细分控制精度和电机的好坏有着一定的关系。同时值得注意的是细分数并不是越高越好，过高的细分数会导致其他问题，比如说
