2902_机床控制系统的设计
目 录
一.课题要求 (2)
二.课程设计目的 (2)
三.课程设计内容 (2)
四.参考文献 (18)
一 课题要求：
1.采用单片机来实现均匀控制系统的功能。
2.能克服积分饱和（能克服工程设计和实施中的一些问题）。
3.易于现场整定和投运。
4.要有详细说明（如程序的功能）。
二 课程设计目的：
本课程设计提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学 期课本上的理论知识和实际有机的结合起来， 锻炼实际分析问题和解决问题的能 力， 提高自己适应实际、 实践编程的能力， 使自己对均匀控制系统更进一步了解。 给自己一个锻炼和提高的机会。
三 课程设计内容：
均匀控制系统具有使控制量与被控量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功 能。在均匀控制系统中，控制量与被控量常常是同样重要，控制的目的，是 使 两者在扰动作用下，都有一个缓慢而均匀的变化。
在一些工业生产过程中，生产的连续性是其特点之一。每一个装置或设备都与 前后的装置或设备紧密的联系着， 前一个装置或设备的出料亮量一般就是后一个 装置或设备的进料量，而后一装置或设备是互相联系而又互相影响的。例如石油 裂解气分离过程，有许多精馏他串联在一起工作，前一塔的出料就是后一塔的进 料。图a为两个连续操作的精馏塔，前一塔的出料是后一塔的进料。为了保证分 馏过程正常运行，要求将一号塔釜液位稳定在一定的范围内，故设有液位的控制 系统。而后一精馏塔又希望进料稳定 设有流量控制系统。显然，这两套系统是 不能协调工作的。假如1号塔在扰动作用下使其塔釜液位上升时，液位调节器发 出控制信号去开大调节阀1的开度，从而使出料流量增大；由于1号塔的出料量 就是2号塔的进料量，因而引起2号塔进料量的增加，于是，流量调节器发出控 制信号去关小调节阀2的开度。这样，按液位信号，调节阀1的开度要开大，流 量要增大；安流量信号，调节阀 2 的开度要关小，流量要减小。而调节阀 1，2 装在同一条管道上，结果，两套控制系统互相矛盾，在物料供求上互不兼顾，不 能满足工艺生产要求。
为了解决前后两个塔之间在物料供求上的矛盾，可在前后两个串联的塔中间 增设一个缓冲设备。但是，增加缓冲设备不仅要增加投资，而且要增加流体输送 过程中的能量消耗。尤其是有些生产过程的中间物料或产品不允许中间停留存
在，否则，会使这些中间的物料或产品或重新聚合。所以，必须从自动控制方案 设计上去找出路，以满足前后装置或设备在物料供求上互相均匀协调，统筹兼顾 的要求。通常把能实现这样控制目的的控制系统称为均匀控制系统。
其特点如下：
1 液位（或压力）和流量两个变量都是变化的，不是固定不变的。
2 两个变量的调节过程在工艺容许的范围内是缓慢地变化的。
下面是一种用单片机来实现温度均匀控制的系统
一种基于Smith预估器的温度均匀控制的系统
环境温度对仪器仪表性能指标有很大的影响。为了更准确地模拟仪表的实际 工作环境，度量温度对仪表参数的影响，有必要研制一个温控系统。一般的温 控系统为一大滞后系统，纯滞后可引起系统不稳定或降低系统的反馈性能。考 虑到 Smith 预估器从理论上解决了纯滞后系统的控制问题，本文介绍一个带 Smith 预估器的温控系统，该系统能有效抑制纯滞后的影响，而且鲁棒性强。 实验结果表明，温控精度可达±0．2℃。
1 带Smith预估器的控制器设计
根据温控箱的结构及一般热力学原理， 可得到以下温控箱为被控对象的传递 函数，其近似表达为
（1）
式中：Gp（S）为被控对象中不含纯滞后的部分。可以看出，它是一个带纯滞后 的一阶惯性环节。根据所设计的温控箱和实际参数辨识，可得式（1）中的 T＝ 16s，K0＝1．5，τ＝1．4s。
一般的温控系统如图1所示。图中，Gc（S）表示设计的控制器，F为控制 器直流分量等干扰。其闭环传递函数为
（2）
由于特征方程里含有e－τs项， 这对控制系统稳定性极其不利， 若τ足够大， 系统就很难稳定。而且由于系统中含有纯滞后环节，使控制器设计变得复杂。
图1 一般温控系统方框图
Smith 预估器［1］是克服纯滞后影响的有效方法之一，因此本文在常规校 正环节基础上引入了 Smith 预估器补偿，其控制结构如图 2 所示，图中虚线框 内为Smith预估控制的原理框图。 Smith预估控制的实质就是与实际对象并联一 个模型Gp（S）（1－e－τs），因此，控制器Gc（S）的等效控制对象变为Gp （S），也就是说，设计控制器 Gc（S）时不必考虑纯滞后环节的影响。此时系 统的闭环传递函数为
（3）
从式（3）可见，e－τs已不包含在系统的特征方程里，因此系统性能完全不受 纯滞后的影响。Smith预估控制从理论上提供了将含有纯滞后的对象简化为不含 纯滞后的对象进行控制的方法。
图2 带Smith预估器的温控系统
2 温控系统的硬件设计
温控系统的构成如图3所示，由温度控制箱、温度测量变换、测量放大、大 功率运放、A／D 与 D／A 转换器、输入光电隔离、输入光电隔离、驱动电路、 8098 单片机［2］、键盘显示、存储器组成。其中 8098 单片机是核心，由它统 一管理完成。在该系统中，温度和时间的设置、温度值及误差显示、控制参数的
设置、 运行、 暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成， 温度设定范围为0～100 ℃，给定分辨率设置为0．01℃，测温范围为20～80℃。
图3 温控系统硬件组成框图
温度控制箱的执行部件为加热片，它可以使温控箱内温度分布较为均匀；选 择适当功率的加热片，可以提高系统的升温速度，缩短到达热平衡的时间。为了 保证精度，温度测量变换器采用铂电阻及专门电路，该电路利用桥式电路结构及 正反馈原理改善了温度传感器的检测线性度，因此其测量精度、线性度和抗干扰 性能都较好；同时采用数字反馈，还可以利用计算机补偿技术，进一步提高温度 检测的精度和线性度；为抵消铂电阻引线带来的干扰，采用了四线制接法。相应 于温度传感器的精度，A／D与D／A转换都选用12位转换器，分辨率为2－12 ＞0．1％，能满足精密仪表精度要求。加入光电隔离器的目的是防止线路干扰 的引入。
该温控系统的工作原理为： 温度测量变换器所测量的温度信号经放大电路放 大、A／D转换，送到单片机中，单片机把它同由键盘实现的给定温度进行比较， 再由单片机给出控制量，然后将控制量送驱动电路、D／A转换后去驱动大功率 运放对温度控制箱进行控制，从而构成了实时闭环系统。
3 温控系统软件设计
温控系统的软件设计是在8098单片机上，由单片机来控制。主控程序包括 初始化、键盘显示管理及各子程序调用。温度信号的采集、数字滤波、铂电阻的 非线性补偿、温度的显示、遗传算法优化控制等功能的实现由各子程序完成。数 字滤波可采用均值法、中间值法和一阶惯性法等方法，目的是滤除干扰信号的影 响。由于铂电阻的电阻值与其所受的温度并不完全是线性的，因而设计了分段线 性插值线性化程序来对铂电阻进行非线性补偿，得到了较为满意的效果，其误差 低于 0．1％。软件还包括对系统的保护和快速加温的切换等。由于仪器仪表的 工作环境存在强电磁场干扰，为了提高温控系统的可靠性，在硬件上可采用光电 隔离器；在软件上除了设计数字滤波程序外，还可设计软件监视器等。
存放程序、 通过地址锁存器74LS373扩展一片8K字节的2764作为程序存储器：
控制表及加温曲线；扩展一片 8K 字节的 6264 作为外部数据存储器：存放上次 输入的曲线参数及有关的数据，同时设计可靠的保护电路，实现掉电保护功能。 为使系统在运行中能准确记录保护动作和控制投入的时间， 配置了实时日历时钟 芯片MSM5832，该芯片具有秒、分、时、日、星期、月和年等计时功能。8155
作为打印机的接口，同时也用作声光报警的接口。8279 作为键盘、显示器的接 口。可采用按键、定时和故障备忘三种打印方式，可打印炉温、曲线和故障等； 当系统出现温度越限、断偶及其它故障时，可进行声光报警及相应提示符显示。
12 位双积分 A/D 转换器 ICL7109 和 12 位 D/A 转换器 DAC1208 用于温度的测 量与控制。A/D 转换输出的 12 位数据按两个 8 位数分次读取，以配合 CPU 的 要求。12 位 D/A 转换器的工作采用双缓冲方式，数据按两个字节分别打入锁存 器 （先送高 8 位数据，再送低 4 位数据），然后将该 12 位数据一次送入 DAC 寄存器进行转换。
控制器是控制系统的核心， 控制器是一种利用专家知识和操作者经验设计的专家 控制系统，设计时不用数学解析模型来描述受控系统的特性。在本温度控制系统 设计中，采用二维模糊控制器，即以偏差e和偏差变化率Δe作为控制器的输入 变量，把加热操作量作为输出变量。在控制过程中，同时把偏差和偏差的变化率 作为输入量，这种方法不仅能保证系统控制的稳定性，而且还可减少超调量和振 荡现象。根据受控系统的实际情况，确定输入变量的测量范围和输出变量的控制 作用范围，以确定每个变量的论域，Ke、Kec和Ku分别为输入和输出变量的量 化因子和比例因子。先经限幅处理，再经量化处理就得到了E 和EC。根据当前 已求得的 E 和 EC，直接查询控制表就获得控制量的变化值ΔU，将该变化值Δ U乘以比例因子Ku，即可得到当前的实际控制量增量Δu。再将该增量和前一采 样时刻的实际控制量相加，就得到目前应实施的控制动作，即 uk=uk-1+Ku·Δ U。
在单片机中对输入的量进行推理， 须将所有描述控制过程的控制规则存储在单片 机的 EPROM 中。把专家知识和现场经验转换为用语言表达的控制规则，即设 计控制规则库。本系统中，偏差E、偏差变化率EC和控制量的变化的子集定义 为
E=｛NB，NM，NS，NO，P0，PS，PM，PB｝
EC=｛NB，NM，NS，0，PS，PM，PB｝
ΔU=｛NB，NM，NS，0，PS，PM，PB｝
P、N分别表示正、负，B、M、S分别表示大、中、小。
建立控制规则表的基本思想，以偏差为负的情况说明。当偏差为负大时，若偏差 变化为负，表明此时偏差有增大的趋势，为尽快消除已有的负大偏差并抑制偏差 进一步增大，所以控制量的变化取正大。当偏差为负而偏差变化为正时，系统本 身已有减少偏差的趋势，所以为尽快消除偏差且又不超调，应取较小的控制量。 故当偏差为负大且偏差变化为正小时，控制量的变化取为正中。若偏差变化为正
大或正中时，控制量不宜增加，否则将会造成较大的超调，出现正偏差，因此这 时的控制量变化取为0级。 当偏差为负中时， 控制量的变化应该使偏差尽快消除， 基于这种原则，控制量的变化选择同偏差为负大时相同。当偏差为负小时，系统 接近稳态。若偏差变化为负时，选取控制量变化为正中，以抑制偏差往负方向变 化；若偏差变化为正，系统本身有消除负小偏差的趋势，选取控制量变化为正小 即可。可见选取控制量变化的原则是：当偏差大或较大时，选择控制量的大小以 尽快消除偏差为主；而当偏差较小时，选择控制量要注意防止超调，以使系统稳 定为主要出发点。
为节省内存，提高单片机应用系统的工作速度，实现有效的实时控制，根据隶属 函数和控制规则表离线计算对应的控制表（即查询表），并将该表内置在应用软 件的 EPROM 表中，供实时控制过程使用。在实际控制时，控制器首先把输入 量量化到输入量的语言变量论域中，再根据量化的结果去查表求出控制量，这样 可大大提高控制的实时效果，节省内存空间。
图4 温控系统软件流程图
4 结果分析与讨论
采用体积为φ0．46m×0．34m的温度控制箱，对LH－1型挠性陀螺仪进 行了实验。结果为：温控系统的控制精度可达±0．2℃，可见温控精度较高； 用100W的加热片对温控系统加热，图5给出了温控系统温度的变化曲线，温 度的设定值为55℃，大约20min就达到了55℃，系统的平均升温速率为2．5 ℃／min左右。这样的温升速率很理想，因为升温太快，在达到设定温度时会产 生较大的“过冲”；若升温太慢，则要经过较长的时间才能达到设定温度，影响
工作效率。
图5 温控系统温度变化曲线
为了得到更好的控制效果和升温速度，可以采用这样的方法：在不同阶段， 用不同功率的加热片进行加热，即在开始的过渡阶段使用较大功率的加热片加 热，过一段时间后用较小功率的加热片加热，这就提高了过渡阶段的升温速度。
总结
①基于Smith预估器的温控系统能有效克服纯滞后对控制系统稳定性的影响
具有较好的鲁棒性能达到温度均匀控制。
②由单片机实现的均匀控制系统具有调试方便、可靠性好等优点。
③采用体积为φ0．46m×0．34m 的温度控制箱，对 LH－1 型挠性陀螺仪进行 了实验。结果为：温控系统的控制精度为±0．2℃。
四 相关程序：
#includ e
#includ e
Sbit RST =p2^0;
Sbit CLK =p2^1;
Sbit DQ =p2^2;
Sbit TSOR =p2^3;
Sbit ALERT =p2^7;
Sbi RW =2^6;
Sbit EN =p2^5;
Static unsigned char templ,tenmp2; //温度值的整数部分、小数部分 Static unsigned char pls plsset; //数字电位器的电位值、设定值 Static unsigned char min,sec; //分钟、秒
Static unsigned char count; //Timer0 中断计数
Static unsigned char minset; //设定的分钟数
Static unsigned char statusl,status2; //状态标志
bit stop,timeover; //定时停止、结束
static char line0[]=“ 00:00;” //
static char line1[]=“ .C W;”
void initinterupt();
void keyboard delay();
void d elayl();
void d elays();
void writecommand(unsigned char c);
void writedata(unsigned char c);
void showchar(unsigned char pls,unsigned char c);
void showstring(unsigned char line.char*ptr);
void initlcd();
unsigned char getkey();
void changepos(bit sel,unsigned char plsl,unsigned char pls2);
void d elay15();
void d elay60();
void d elay100ms();
void write0ts();
void write1ts();
bit readts();
void resets();
void writebts(unsigned char byte);
unsigned char readbts();
void initts();
void initts();
void gettempts();
void main (void){
char cod e str1[]=“Hello world”;
char cod e str2[]=“2006‐1‐10”;
unsigned char I;
SP=0x50;
Alert=0; //报警灯灭
Tsor=1; //1‐wire 总线释放
Delayl()l
Initlcd(); //初始化 LCD Delayl();
Showstring(0,str1); //启动画面 Showstring(1,str2);
For(i=0;i<15;i++);
Delay100ms();
Initinterupy(); //初始化中断设置 Minset=10; //缺省定时 10 分钟 Posset=0; //缺省电位器值 0 Min=minset; //初始化数据 Pos=posset;
Sec=0;
Count=0;
P1=0xf0;
Statusl=0;
Status2=0;
Stop=1;
Timeover=0;
Changepos(0,255‐pos,255‐pos); //设置电位器
Initts(); //初始化温度计
While(1) //循环显示温度值
{
Gettempts();
Line1[0]=0x20;
I=templ;
If(i>39) //超过 40 摄氏度，告警灯亮
Alert=1;
If(i>99) //超过 100 摄氏度，显示温度的百位 {
Line1[0]=0x31;
i‐=100;
}
Line1[1]=i/10+0x30; //显示温度的十位
Line1[2]=i%/10+0x30; //显示个位
Line1[4]=temp2+0x30; //显示小数位
If(timeover) //若定时结束，则电位器缓慢复 0 }
For(;pls>0;pls‐‐);
{
Changepls(0,255‐pos,255‐pos);
_nop_();
_nop_();
}
Timeover=0;
Posset=0;
}
If(pos>posset) //若按键修改电位器位置
{
For(;pos>posset;pos‐‐) //则缓变到设定值
{
Changepos (0,255‐pos,255‐pos);
_nop_();
_nop_();
}
Changepos(0,255‐pos,255‐pos);
}
Else if(pos { For(;pos { Changepos(0,255‐pos,255‐pos); _nop_(); _nop_(); } Changepos(0,255‐pos,255‐pos); } I=pos; Line[9]=0x20; //显示电位器等级值 If(i>99) { Line1[9]=i/100+0x30; I=i%100; } Line1[10]=i/10+0x30; Line2[11]=i%10+0x30; Showstring(1,line1); Line0[5]=min/10+0/30; //显示时间 Line0[6]=min%10+0x30; Line0[8]=sec/10+0x30; Line0[9]=sec%10+0x30; Showstrjing(0,line0); Delay100ms(); } } Int0_process()interrupt0using0 { Unsigned char key; Unsigned char keycod e[]=“TP”; //计时调节/功率调节状态编 码 Unsigned char step[3]={1,2,5}; //计时和功率调节步长 EA=0； Key=getkey(); //获得按键值 Switch(key) //按键分支处理 { Case0: //按键 0，切换计时开始/停 止 Stop=!stop; Min=minset; //计数复位 Sec=0; Break; Case1: //按键 1，2，3 计时按照步长增 加 Case2: Case3: If(stop) Minset+=step[key‐1]; If(minset>60) Minset=0; Min=minset; } Break; Case5: //按键 5，6，7，功率等级按照步长增加 Case6: Case7: If(stop) { Minset‐=step[key‐5] If(minset>60) Minset=0; Min=minset; } Break; Case9: Case10: Case11: Posset+=step[key‐9]; Break; Case13; //按键 13，14，15，功率等级按照步长减少 Case14: Case15: Posset‐=step[key‐13]; Break; Default: Break; } Tro=!stop; //按照状态标志设置定时器 0 启动与否 Keyboard d elay(); //延时 P1=0xf0; //重置 p1 口高 4 位为高电平 EA=1; //开中断 } Timer0_process()interrupt1using0 { EA=0; //关中断 TR0=0; //关定时器 0 TL0=0x00; //重置定时常数 TH0=0x4c; Count++; //软件计数自加 if（count==20） //如果到累计定时到达 1s If(sec==0) //定时处理 { If(min==0) //总定时到，则置结束标志 Timeover=1; Else //否则，则时间计数递减 { Min‐‐; Sec=59; } } Else Sec‐‐; Count=0; } TR0=1; EA=1; } Void d elay100ms() //延时 100ms { Unsigned char I,j,k; For(i=0;i<8;i++) For(j=0;j<25;j++) For(k=0;k<250;k++); } void d elay15() //延时 15us { unsigned char I: for(i=0;i<8;I++); } void d elay60() //延时 60us { unsigned char I; for (I=0;I<30;I++); } void write0ts() //写bit 0 { tsor=1; tsor=0;l d elay15(); //延时 d elay15(); d elay15(); d elay15(); tsor=1; _nop_(); _nop_(); } void writets() //写 bit 1 { tsor=1; tsor=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); tsor=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); d elay15(); d elay15(); d elay15(); } bit readts() //读取数据位 { bit b; tsor=1; tsor=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); tsor=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); b=tsor; d elay15(); d elay15(); d elay15(); _nop_(); _nop_(); return b; } void resets() //复位 {unsigned char I; tsor=1; tsor=0; for(I=0;I<8;I++) d elay60(); } void writebts(unsigned char byte) //写一字节(byte) {unsigned char I; for(I=0;I<8;I++) { if (byte&0x01) //最低 bit为 1 否？ Write1ts(); Else Write0ts(); Byte=byte>>1; //字节右移 1位 } } unsigned char readbts() //读一字节(byte) { unsigned char I,j; bit b; j=0; for(I=0;I<8;I++) { b=readts(); { if(b) j+=1; j=_cror_(j,1); //循环右移 1 位 } returnj; } void initts() //初始化温度计 { reset(); //复位总线 writebts(0xcc); //忽略 rom匹配操作 writebts(0x4e); //设置写模式 writebts(0x64); //写温度上限 th 为 100℃ writebts(0x8a); //写温度下限为‐10℃ writebts(0x1f); //写温度计配置寄存器 } Void gettempts() //获得温度，2 字节数据分别放在temp1、temp2 中 { Rest(); //复位总线 Writebts(0xcc); //忽略 rom 匹配操作 Writebts(0x44); //温度转换命令 Delay100ms(); //延时100ms Reset(); //复位 Writebts(0xcc); //忽略rom 匹配操作 Writebts(0xbe); //读取寄存器 Temp2=readbts(); //读取第 1 字节 Temp1=readbts(); //读取第 2 字节 Readbts(); //读取第 3 字节 Readbts(); //读取第 4 字节 Readbts(); //读取第 5 字节 Readbts(); //读取第 6 字节 Readbts(); //读取第 7 字节 Readbts(); //读取第 8 字节 Readbts(); //读取第 9 字节 Temp1=temp1<<4; Temp1+=(temp2&0xf0)>>4; //获得温度值整数部分 Temp2=(temp2&0x0f)?5:0; //获得温度值小数部分 四 参考文献 赵亮、侯国锐 编著 单片机 C语言编程与实例 北京：人民邮电出版社 2004年 1月 王子才 编著 控制系统设计手册 北京：国防工业出版社 1993年 3月 徐春山 主编 过程控制仪表 北京：冶金工业出版社 1993年 庞国仲 编著 自动控制原理 安徽合肥：中国科学技术大学出版社 1993年 邵裕森 巴筱云 过程控制系统及仪表 机械工业出版社 1993年 简易数控机床控制系统设计 学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务： 设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求 1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。 2、可用于加工直线和圆弧。 3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。 4、能实现越界报警。 5、可与PC机通讯。 总体方案设计 一、数控系统硬件电路设计 选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示： 图1.1 总体设计框图 工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计 CE ：片选信号，低电平有效，输入 ：读信号，低电平有效，输入 PGM ：编程脉冲输入端，输入 Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V) D 0 11D 1 12D 2 13D 3 15D 4 16D 5 17D 6 18D 719A 010 A 19 A 28 A 37 A 46 A 55 A 64A 73 A 825 A 924 A 1021 A 1123 A 122 G ND 14 C E 20PGM 27V cc 28 V pp 1N C 26 O E 222764 ：片选信号输入线，低电平有效。输出允 许编程 逻辑 译 码 输出缓冲 256 256存储矩阵 A12 A11 ``` A0 OE PGM CE D0 ``` D7 摘要 本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。 关键词：数控车床液压油泵液压油缸液压控制阀三爪卡盘性能分析参数优化设计 G RADUATE D ESIGN (T HESIS) 设计(论文)题目：数控机床液压系统设计 指导教师：李洪奎 I Abstract The present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal. According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design. The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product. Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design II 《综合性实验》任务书 一、设计题目：零件的CAD/CAM综合设计 二、设计目的 综合性实验是开设《三维CAD》、《机械CAD/CAM》、《机械制造学》、《数控机床》课程之后进行的一个综合性、实践性教学环节。在系统学习CAD/CAM技术的基本原理、基本方法以及机床数控技术的基础上，着重培养学生借助计算机进行机械产品的设计、制造和系统集成的综合应用能力。其目的： 1.掌握产品的计算机辅助设计过程和方法，培养利用计算机进行结构设计的能力。 2.掌握零件的计算机辅助制造过程和方法，培养数控编程及加工仿真的能力。 3.通过应用PRO/ENGINEER，训练和提高CAD/CAM的综合运用能力。 三、设计任务 本设计以某一具体的机械零件为设计对象（零件图见附图）。主要设计任务： 1．三维CAD造型：熟悉并掌握机械CAD/CAM软件PRO/ENGINEER的草绘模块、零件模块进行三维CAD造型。 2．拟定工艺路线：根据三维几何模型，拟定该零件的数控加工工艺路线（需选择毛坯、机床、刀具、切削用量、夹具辅具量具等）； 3. 数控加工程序设计：在Pro/Engineer软件平台下，设计数控加工程序，包括描述选择确定数控加工的部位、加工方法、加工机床、刀具、切削用量等，根据数控机床的具体情况选定数控系统的种类与型号，生成数控加工程序； 4. 数控加工仿真：在Pro/Engineer软件平台下，根据前面得到的数控加工程序进行数控加工仿真，考虑工件由毛坯成为零件过程中形状、尺寸的变化，检查刀具与被切工件轮廓的干涉情况和检查刀具、夹具、机床、工件之间的运动碰撞等，完成几何模型的计算机仿真加工； 5. 数控程序与程序传输：根据数控机床的具体情况选定数控系统的种类与型号，生成通过了计算机仿真的合格零件的数控加工程序，并将数控加工程序传输给加工中心机床；6．编写设计说明书。 四、设计要求 1、要求设计过程在计算机上完成。 2、设计说明书用计算机打印（A4纸，1万字左右）。 正文：宋体五号，单倍行距； 页眉：宋体小五号，内容包括班级，姓名，“综合性实验课程设计说明书”字样； 页脚：右下脚页码。 3、设计结果应包括：课程设计说明书（应包含设计任务书、设计思路、设计步骤、设 计过程的说明和阶段结果。附零件三维图、加工代码、零件原图纸等内容） 4、严禁抄袭和请人代做，一经发现，成绩计为零分并上报教务处。 五、设计内容及时间分配 1．准备工作：布置设计任务，认真阅读设计任务书，收集资料。（1天） 2．熟悉PRO/ENGINEER，并进行零件的三维造型。（4天） 3．进行零件的数控加工。（3天） 4．编写课程设计说明书。（1天） 2 液压传动的工作原理和组成 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。 2.1 工作原理 1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。 2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。 2.2 液压系统的基本组成 1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。 2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。 3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。 数控机床进给系统设计 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反 馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。 目录 1设计题目卧式双面铣削组合机床的液压系统设计 (3) 2 工况分析 (3) 2.1负载分析 (3) 3 液压系统方案设计 (4) 3.1液压缸参数计算 (4) 3.2拟定液压系统原理图 (6) 3.3液压元件的选择 (9) 3.3.2阀类元件及辅助元件的选择 (10) 3.3.3油管的选择 (11) 4 液压系统性能验算 (12) 4.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 (12) 4.2油液温升计算 (14) 5 设计小结 (14) 6 参考文献 (15) 1．设计题目 卧式双面铣削组合机床的液压系统设计 试设计卧式双面铣削组合机床的液压系统。机床的加工对象为铸铁变速箱箱体，动作顺序为夹紧缸夹紧→工作台快速趋近工件→工作台进给→工作台快退→夹紧缸松开→原位停止。工作台移动部件的总重力为4000N ，加、减速时间为0.2s ，采用平导轨，静、动摩擦因数μs =0.2，μd =0.1。夹紧缸行程为30mm ，夹紧力为800N ，工作台快进行程为100mm ，快进速度为3.5m/min ，工进行程为200mm ，工进速度为80～300mm/min ，轴向工作负载为12000N ，快退速度为6m/min 。要求工作台运动平稳，夹紧力可调并保压。 2 工况分析 2.1负载分析 负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为fs F ，动摩擦力为fd F ,则 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效 四工位组合机床控制系统的设计 【摘要】 作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备，适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。 四工位组合机床由四个工作滑台，各带一个加工动力头，组成四个加工工位。除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器四个辅助装置以及冷却和液压系统共四个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面进行加工。一次加工完成一个零件。要求具有全自动、半自动、手动三种工作方式,总体的控制流程,当按下启动按扭后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具加紧零件，同时进料装置进料，之后上料机械手退回原位，进料装置放料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工（洗端面），加工完成后。由四工位加所实现的是加工按次序加工。本次加工按次序分为在一工位装卸、二工位打中心孔、三工位钻孔、四工位加工螺纹。 本文运用大学所学的知识，提出了四工位组合机床的结构组成、工作原理以及液压回转工作台液压系统、动力头液压系统的组成，构建了四工位组合机床机械、液压控制系统总的指导思想，从而得出了该四工位组合机床的优点是高效，经济，并且运行平稳的结论。 关键词：液压技术四工位组合机床液压系统结论 1 引言 1.1毕业设计的背景及目的 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。 随着机械制造生产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。在70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在80年代，较多地采用数控机床，机器人，柔性制造单元和系统等高技术的集成来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用拟实制造和快速成形制造技术[1]。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重[1]。 通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。 目录 1、前言 (2) 2、控制系统硬件的基本组成 (2) 2.1系统扩展 (2) 2.1.1 8031芯片引脚 (3) 2.1.2 数据存储器的扩展 (6) 2.1.3 数据存储器的扩展 (7) 3、控制系统软件的组成及结构 (9) 3.1 监控程序 (10) 3.1.1 系统初始化 (10) 3.1.2 命令处理循环 (10) 3.1.3 零件加工程序（或作业程序）的输入和编辑 (10) 3.1.4 指令分析执行 (10) 3.1.5 系统自检 (11) 3.2 数控机床控制系统软件的结构 (11) 3.2.1 子程序结构 (12) 3.2.2 主程序加中断程序结构 (12) 3.2.3 中断程序结构 (12) 4 、心会得体 (13) 5 、参考文献 (14) 1 、前言 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。数控机床控制系统的作用是使数控机床机械系统在程序的控制下自动完成预定的工作，是数控机床的主要组成部分。 2、控制系统硬件的基本组成 数控机床控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统在使用中的控制对象各不相同，但其硬件的基本组成是一致的。控制系统的硬件基本组成框图如图1所示。 图1 控制系统硬件基本组成框图 在图1中，如果控制系统是开环控制系统，则没有反馈回路，不带检测装置。 以单片机为核心的控制系统大多采用MCS-51系列单片机中的8031芯片单片机，经过扩展存储器、接口和面板操作开关等，组成功能较完善、抗干扰性能较强的控制系统。 2.1系统扩展 以8031单片机为核心的控制系统必须扩展程序存储器，用以存放程序。同时，单片机内部的数据存储器容量较小，不能满足实际需要，还要扩展数据存储 设计项目名称自动化组合机床的PLC控制系统设计 Abstract This article introduced that the PLC control system design of Automatic combined machine tool, this system has a high degree of automation and precision, and also be widely used in industrial production and other fields. The traditional combined machine tool uses the relays generally, the precision is low, the reliability is not high, did not meet the social development need. Along with the PLC control technology's rapidly expand, as the core combined machine tool has highlighted its superiority take PLC. This paper first introduced that PLC and the history and development of the combined machine tools, and emphatically expounds the structure, movement and the control mode of combined machine tools, then the composition of PLC is analyzed, besides these, the general arrangement of PLC control system and the presentation of program are also given an overview, then we confirm PLC's type, distribute I/O address and external wiring. According to the related content we draw sequential function chart and use FXGPWIN software to draw PLC ladder diagram. At the end of the article we also introduced Fault diagnosis and exclusion of PLC control system and further summary fo the article. 【Key words】: PLC 、Mitsubishi FX series、combined machine tools 摘要 本文介绍自动化组合机床的PLC控制系统设计，该系统具有自动化程度高，精度高等特点，在工业生产等领域有广泛应用。传统的组合机床采用继电器，精度低，可靠性不高，已不适合社会发展需要。随着PLC控制技术的迅速发展，以PLC为核心的组合机床控制系统已凸显出其优势。 本文首先介绍PLC和组合机床的历史与发展，并论述了组合机床的运动形式以及控制方式，接着对PLC控制系统的总体设计和程序的表达方式做了概述，然后确定PLC型号、分配I/O地址和外部配线，接着根据相关内容画出顺序功能图并利用FXGPWIN软件 控制系统课程项目 设计说明书 项目名称：数控铣床控制系统设计 系别：机械电子工程系 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：city 学号：09128888 组员：学号： 学号： 指导教师：陈少波 完成时间：2012 年 6 月8 日至2012 年 6 月22 日 目录 1 概述 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2使用设备 (3) 1.3设计内容及要求 (4) 2 NUM1020控制系统设计 (4) 2.1 功能概述 (4) 2.2 主要元器件选型 (5) 2.2.1电机选型 (5) 2.2.2 伺服驱动器与变频器选型 (8) 2.3 电路原理设计 (9) 2.3.1 电源供电设计 (9) 2.3.2 驱动电路设计 (10) 2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计 (10) 2.3.4 手轮与轴卡连接设计 (11) 2.3.5铣床控制电路设计 (12) 2.4 控制系统设计 (13) 2.4.1控制系统功能设计 (13) 2.4.2 参数设置 (14) 2.4.3 程序设计 (16) 3 总结 (20) 1 概述 1.1 设计目的 1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程 2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程 3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程 4）、了解数控系统内置式PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备 1)、NUM1020数控系统一套 2)、安川交流伺服电机3套 3)、计算机及梯形图编辑软件一套 1.3设计内容及要求 1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。 2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。 3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。 4）、完成PLC输入输出点的分配。 5）、具有行程及其他基本的保护功能。 6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能） 7）、完成设计报告。 2 NUM1020控制系统设计 2.1 功能概述 此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统 广州数控980TD编程操作说明书 第一篇编程说明 第一章：编程基础 1.1GSK980TD简介 广州数控研制的新一代普及型车床CNC GSK980TD是GSK980TA的升级产品，采用了32位高性能CPU和超大规模可编程器件FPGA，运用实时多任务控制技术和硬件插补技术，实现μm级精度运动控制和PLC逻辑控制。 技术规格一览表 运动控 制控制轴：2轴（X、Z）；同时控制轴（插补轴）：2轴（X、Z） 插补功能：X、Z二轴直线、圆弧插补 位置指令范围：-9999.999～9999.999mm；最小指令单位：0.001mm 电子齿轮：指令倍乘系数1～255，指令分频系数1～255 快速移动速度：最高16000mm/分钟（可选配30000mm/分钟） 快速倍率：F0、25%、50%、100%四级实时调节 切削进给速度：最高8000mm/分钟（可选配15000mm/分钟）或500mm/转（每转进给） 进给倍率：0～150%十六级实时调节 手动进给速度：0～1260mm/分钟十六级实时调节 手轮进给：0.001、0.01、0.1mm三档 加减速：快速移动采用S型加减速，切削进给采用指数型加减速 Ｇ指令28种G指令：G00、G01、G02、G03、G04、G28、G32、G33、G34、G40、G41、G42、G50、G65、G70、G71、G72、G73、G74、G75、G76、G90、G92、G94、G96、G97、G98、G99，宏指令G65可完成27种算术、逻辑运 1.2 机床数控系统和数控机床 数控机床是由机床数控系统（Numerical Control Systems of machine tools）、机械、电气控制、液压、气动、润滑、冷却等子系统（部件）构成的机电一体化产品，机床数控系统是数控机床的控制核心。机控系统由控制装置（Computer Numerical Controler简称CNC）、伺服（或步进）电机驱动单元、伺服（或步进）电机等构成。 数控机床的工作原理：根据加工工艺要求编写加工程序（以下简称程序）并输入CNC，CNC加工程序向伺服（或步进）电机驱动单元发出运动控制指令，伺服（或步进）电机通过机械传动构完成机床的进给运程序中的主轴起停、刀具选择、冷却、润滑等逻辑控制指令由CNC传送给机床电气控制系统，由机床电气控制系统 目录 第1章引言·1 1.1 可编程控制器的简单介绍··1 1.2 西门子S7-200 的简单介绍··4 1.3 C650卧式车床简述··5 第2章继电接触器控制系统设计·7 2.1 C650卧式车床的控制要求··7 2.2 电气控制线路分析··7 2.3 C650卧式车床电气控制线路的特点··9 第3章C65O普通车床的PLC 设计过程·10 3.1 控制要求··10 3.2 方案说明··10 3.3 确定I/O信号数量，选择PLC的类型··10 3.4 C650普通车床PLC控制系统I/O地址分配表··11 3.5 控制电路设计··11 3.6 PLC控制程序设计··13 3.7 C650普通车床控制系统PLC控制程序语句表··15 3.8 系统调试··18 结论·19 设计总结·20谢辞·21 参考文献·22 第1章引言 本设计主要针对C650普通车床进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。 1.1 可编程控制器的简单介绍 1.1.1 PLC的工作原理 PLC 英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种机械或生产过程。 PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自 诊 断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。 1.1.2 可编程序控制器的组成 可编程序控制器硬件由中央处理器、电源、输出组件、输入组件、输入输出、编程器六部分构成: 中央处理器（Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU 由微处理器（Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。 电源（Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（Outputs）：输出组件接收CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出（简称I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛” 红字的意思是没找到答案，蓝字的意思是不确定；有错别字不负责啊。。。学渣整理，此资料仅供参考╮(╯▽╰)╭ 一 ⒈数控机床通常由哪几部分组成？各部分的作用和特点是什么？ 控制介质 作用：在数控机床加工时，携带和传输所需的各种控制信息。 特点：是存储数控加工所要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。 数控装置 作用：是数控机床的核心，它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。 特点：可分为普通数控系统NC 和计算机数控系统CNC 两类。 伺服机构 作用：根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。 特点：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，与机床上的执行部件和机械部件组成数控机床的进给系统。 机械部件 作用：包含有主运动部件、进给运动执行部件、拖板和传动部件等。 特点：传动结构要求更为简单，精度、刚度、抗震性等方面要求更高，且其传动和变速系统要便于实现 自动化控制。 ⒉简述数控机床的分类 按运动方式分 点位控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，移动过程不需要切削； 点位直线控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，且运动轨迹为直线，移动部件在移动过程中 进行切削； 轮廓控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，并能控制将零件加工成一定的轮廓形状。 按控制方式分 开环控制系统：不具有反馈装置，系统精度较低； 半闭环控制系统：具有角位移检测装置，定位精度较高，调试方便，稳定性好； 闭环控制系统：具有直线位置检测装置，具有检测、比较和反馈装置，定位精度高，但结构复杂。 按数控系统的功能水平分：低、中、高档次 ⒊什么是开环、半闭环和闭环控制系统？其特点是什么？适用于什么场合？ ①开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统；特点是不能进行误差校正，因此系统精度较低；适用于低精度要求 的数控机床。 ②半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置的控制系统；特点是调试方便，稳定性好精 度较高；目前应用较为广泛。 ③闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置的控制系统；特点是定位精度高，调试维修较 为困难；适用于精度要求高的数控机床。 ⒋脉冲当量、定位精度和重复定位精度的含义是什么？ 脉冲当量：数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床位移部件上的移动量。 定位精度：数控机床工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度。 重复定位精度：在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。⒌数控轴数与联动轴数的区别。 控制轴即机床数控装置能够控制轴的数目，而联动轴即同时控制多个轴的运动。数控轴数越多，功能就越强，机床 的复杂程度和技术含量也越高；联动轴数越多，机床控制和编程难度越大。 ⒎数控车床床身和导轨有几种布局形式？每种布局形式的特点是什么？ 有四种布局形式 ①平床身：工艺性好，便于导轨面的加工； ②斜床身：排屑方便，便于安装自动排屑器，操作方便，易于实现单机自动化和封闭式防护； ③平床身斜滑板：工艺性好，排屑方便； ④立床身：排屑最为方便。二⒈数控机床设计方案的特点是什么？ 设计手段计算机化；设计方法综合化；设计对象系统化；设计问题模型化；设计过程程式化与并行化。 、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。 机电一体化 课程设计 说明书 设计题目：C6140卧式车床数控化改造设计 班级：班 设计者： 学号： 指导教师： 目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (4) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (6) 3.1进给系统机械结构改造设计 (6) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (14) 4.1步进电动机选用的基本原则 (14) 4.1.1步距角α (14) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (15) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (15) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (15) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (16) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (17) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 .. (19) 8参考文献 (19) 1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 2设计要求 2.1总体方案设计要求 C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。 （1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。 （2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。 （3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用8位微机。在8位微机中，MCS —51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选 MCS —51系列单片机扩展系统。 （4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU 外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。 （5）设计自动回转刀架及其控制电路。 （6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺 01.0=x δ02.0=z δ数控机床单片机控制系统设计
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