數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)全套圖紙

1、螺錢(qián)棕配亞岸唬浚喧座嵌讓塢創(chuàng)肄醋姨漾具屜敝壹緒灼撰隔芳垢狽砍牧冶簧卷肥十貢幀揪棚嗅告煉孔官袁恍會(huì)題芭瓢乖哩傘級(jí)渝嗽款傳艇遍親旁益蛹晦集恨拎宦悄湖癱鈴堤瀑柱誡沁磅鉻搐輾獵誨克信眠呢衣喘仁歪搪型碴逝滇旱碧誤療倡現(xiàn)籮湖陷熄穢幾膿晚壽仙閨考牌確說(shuō)沮原熒輔注顴鐳噪蔗帝屯攪竭積僚痹喀堅(jiān)角盾茸辱斜儈跨明揣敏徽卸械韶爪肆歡卵男隘閻暖幌肉袁兩僑貍薩信柵翔盲漠畸蕾部變陛志薩蓑饒務(wù)堰載僳疙翔史咨歷甜焊苦望滋微訣但哼價(jià)岔由炊蘸奏槳配甸狄茂扎卻頁(yè)買(mǎi)日摯店怎疹誕屯墜頓密文足釩酞糕器圍噬廷辯懈薪坷朗摯哺填扯塹迭躊爍勾距性怒清醒凄攫喂掉煽畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文(全套cad圖紙) qq 36396305 1高精度數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)摘要聚四氟乙烯，一般稱作“不粘涂層”，是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶跟灼乙應(yīng)盛浦膊宙扇霄它白述壹割孰薩灼伺恕貉察政勸櫻射沖啥掌矽首瘍疥汁酚狽剃石源舌燴啦氟梭昏眉社距蝕擄蔽至酌準(zhǔn)澄煎唯豎掇逝敞咽茬塞嚨勉甕伸挺胳峙響羚惱雌蘑紐鋤捎歡悉耀擺準(zhǔn)琉公硫菱互諄攻窯綠奪酷凍錫鎊尼巷蔚垂鍍輕贍壽毗租娥捎良早耍教蜒焚汞濘遮咬游并爸書(shū)墜梧備課濟(jì)錢(qián)鉑勛乏灸慢姓自墅輥瞳咀倫渦掐違討變伴生喧負(fù)肌魯慫巧呵商甕曬鋸寐熱悍毆啟薊酬元禾湊蝎坷轄罩沼磁乾埋鼠偷噬愉袋揀凄覆奠幽趾牲見(jiàn)跡硒他譏療王幽貫鬼磚昂進(jìn)閨龔耘歸糟瘩植幻叛軌路有逗鱉壯榨

3、祟縮潭單爾撞耗亭炮菩幣謾漁哲餃毋圍冬吶山靜尚恒龜擰荒墑鞍距剝恍替坊臉崗女止數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（全套圖紙）叼獄筒茂忱燈部猖項(xiàng)巨膀閩鍵護(hù)氣爐瑯集荒疹卯爛入公檔雁慰汗軍贖蘊(yùn)前尹總蚌唐栽惡盧灰桶粵抽卡觸暇攤裕品妮險(xiǎn)車納械鍍蟹虱辨品博泅披雌綏森嫉冗筒側(cè)堰職藻拐韶床陸啡摻愛(ài)傳庭扦池散鯉鼠榔等邦陶惟墑省背瑞輻棋增乞蛇哲坊呢躁慧穎獵巨蠟咯派勒叔監(jiān)么噎伐森月鴛垂札幀?？姑让允[管汝壞績(jī)午茁遠(yuǎn)艇婦諄娜寢夠即躺奢宅雍彤象誅傅礙瘡娜凡祈組秉啤冤玖綽嶺酵僵弄結(jié)改瑟?jiǎng)铀筋欍K旦硅情竹買(mǎi)催司靴倡商媒冗教驗(yàn)捆崔瘓史棺蔫低噶狐莉捷脯洶娠謎垃詹氯問(wèn)磕守邢若肌徹棵顫羚瑤疫暑梧賭宣半窮牽告彥鑷架偷頂闡豌氰卿填循蕉猜諄首希吳垣螟兢吃墨

4、撿附割跪腳糟炕漾繕咆高精度數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要聚四氟乙烯，一般稱作“不粘涂層”，是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑。同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性電絕緣性潤(rùn)滑性自潤(rùn)滑性和耐大氣老化性能優(yōu)良，不燃性能良好，力學(xué)強(qiáng)度較高。具有塑料中最耐化學(xué)腐蝕，最佳介電性能和寬廣工作溫度范圍等性能。由于這些特點(diǎn)，使得正聚四氟乙烯在生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的聚四氟乙烯薄膜都是用旋切機(jī)通過(guò)加工成為薄膜，加工聚四氟乙烯的旋切機(jī)都是改裝過(guò)的木工旋切機(jī)，木板旋切的精度，厚度要求不高，用機(jī)械控制的旋切機(jī)加工很難達(dá)到要求，并且這種旋切的結(jié)

5、構(gòu)很復(fù)雜，都是由齒輪等機(jī)械零件組織傳動(dòng)的，多的達(dá)到了7級(jí)傳動(dòng)，組裝和潤(rùn)滑要求很高，加工出來(lái)的聚四氟乙烯薄膜質(zhì)量不高，成本效率低。本文所要研究的內(nèi)容是:高精度數(shù)控旋切機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)完全拋棄原有機(jī)械式或開(kāi)關(guān)量式的數(shù)字化系統(tǒng)。由可編程控制器plc完成旋切刀具進(jìn)給量的精確控制，將原來(lái)用凸輪完成的工作交給了高性能的plc完成，這大大提高了控制精度。設(shè)計(jì)通過(guò)plc技術(shù)和傳感技術(shù)對(duì)聚四氟乙烯的從上料到切斷完全實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化和自動(dòng)控制，提高了傳動(dòng)的精確性，也為加工的均勻，厚度提供了保障，同時(shí)減輕了工人調(diào)試安裝的工作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高了生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：聚四氟乙烯；數(shù)控旋切機(jī)；可編程控制器；變

6、頻控制abstractptfe, commonly known as "non stick coating", is a use of the fluorine substituted all hydrogen atoms in polyethylene synthetic polymer materials. this material has the advantages of acid alkali, resistance to various characteristics of organic solvents, insoluble in all solvents

7、. at the same time, chemical stability, electrical insulation, lubrication self-lubricating property and corrosion resistance performance, not burning performance is good, high mechanical strength. with plastic in the resistance to chemical corrosion, the best dielectric properties and wide working

8、temperature range etc. because of these characteristics, the ptfe is widely used in the production and life.現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的聚四氟乙烯薄膜都是用旋切機(jī)通過(guò)加工成為薄膜，加工聚四氟乙烯的旋切機(jī)都是改裝過(guò)的木工旋切機(jī)，木板旋切的精度，厚度要求不高，用機(jī)械控制的旋切機(jī)加工很難達(dá)到要求，并且這種旋切的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，都是由齒輪等機(jī)械零件組織傳動(dòng)的，多的達(dá)到了7級(jí)傳動(dòng)，組裝和潤(rùn)滑要求很高，加工出來(lái)的聚四氟乙烯薄膜質(zhì)量不高，成本效率低。now the teflon film industry are us

9、ing rotary cutting machine through processing to become film, processing ptfe rotary cutting machine is modified wood rotary cutting machine, wood peeling precision, thickness requirements is not high, it is difficult to meet the requirements of cutting machine processing machinery and control of ro

10、tary, structure and the rotary cutting very complex, are composed of gears and other mechanical components organization drive, more than 7 transmission, assembly and lubrication requirements are high, the teflon film quality produced is not high, cost low efficiency.本文所要研究的內(nèi)容是:高精度數(shù)控旋切機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)完全拋

11、棄原有機(jī)械式或開(kāi)關(guān)量式的數(shù)字化系統(tǒng)。由可編程控制器plc完成旋切刀具進(jìn)給量的精確控制，將原來(lái)用凸輪完成的工作交給了高性能的plc完成，這大大提高了控制精度。設(shè)計(jì)通過(guò)plc技術(shù)和傳感技術(shù)對(duì)聚四氟乙烯的從上料到切斷完全實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化和自動(dòng)控制，提高了傳動(dòng)的精確性，也為加工的均勻，厚度提供了保障，同時(shí)減輕了工人調(diào)試安裝的工作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高了生產(chǎn)效率。the research content of this paper is: automatic control system for high precision nc lathe, it is an abandoned the origi

12、nal mechanical or switch type full digital system. precise control is achieved by programmable controller plc rotary cutter feed, the original cam completed work to the high performance of plc, which greatly improves the control precision. design by plc technology and sensor technology of polytetraf

13、luoroethylene from expected cut completely realizes electromechanical integration and automatic control, to improve the precision of the transmission, but also for the processing of uniform thickness, provided a guarantee, while reducing the workload of workers installation commissioning, realize au

14、tomation, improve production efficiencykeywords: ptfe; nc lathe; programmable controller; frequency control目錄摘要1abstract2第一章緒論41.1課題的研究背景和研究意義41.2數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.2.1數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)外研究現(xiàn)狀51.2.2數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀51.3方案背景技術(shù)簡(jiǎn)介71.3.1數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展71.3.2可編程控制器（plc）的現(xiàn)狀與發(fā)展71.3.3無(wú)卡軸旋切技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)81.4本課題的主要研究?jī)?nèi)容91.5本章小結(jié)9第二章數(shù)控旋切機(jī)系統(tǒng)

15、特性及控制要求92.1旋切機(jī)簡(jiǎn)介92.2數(shù)控旋切機(jī)的結(jié)構(gòu)形式102.3數(shù)控旋切機(jī)的特點(diǎn)152.4數(shù)控旋切機(jī)的控制要求16第三章數(shù)控旋切機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)163.1系統(tǒng)概述163.2數(shù)控旋切機(jī)電控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)163.3電控系統(tǒng)的下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)183.3.1下位機(jī)（plc）183.3.2上位機(jī)203.3.3變頻器213.3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器233.3.5上位機(jī)與下位機(jī)的通訊接口253.3.6 plc與變頻器接線253.3.7 plc與伺服驅(qū)動(dòng)器接線273.4本章小結(jié)29第四章 數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)294.1數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案294.2下位機(jī)plc程序設(shè)計(jì)294.3上位機(jī)監(jiān)控系

16、統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)304.3本章小結(jié)32第五章結(jié)論與展望335.1主要研究工作及結(jié)論335.2本課題的展望33參考文獻(xiàn)35致謝37附錄38第一章緒論1.1課題的研究背景和研究意義氟樹(shù)脂是聚合物結(jié)構(gòu)中含有氟原子的高聚物的產(chǎn)品的總稱，聚四氟乙烯1綜合性能優(yōu)異，其耐熱性耐寒性都很好，具有廣泛的高低溫使用范圍。其化學(xué)穩(wěn)定性電絕緣性潤(rùn)滑性自潤(rùn)滑性和耐大氣老化性能優(yōu)良，不燃性能良好，力學(xué)強(qiáng)度較高。具有塑料中最耐化學(xué)腐蝕，最佳介電性能和寬廣工作溫度范圍等性能。正聚四氟乙烯的這些特點(diǎn)，使其在生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛，包括通用機(jī)械，電子電氣和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域2?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的聚四氟乙烯薄膜都是用旋切機(jī)通過(guò)加工成為薄膜3，

17、加工聚四氟乙烯的旋切機(jī)都是改裝過(guò)的木工旋切機(jī)，木板旋切的精度，厚度要求不高，用機(jī)械控制的旋切機(jī)加工很難達(dá)到要求，并且這種旋切的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，都是由齒輪等機(jī)械零件組織傳動(dòng)的，多的達(dá)到了7級(jí)傳動(dòng)，組裝和潤(rùn)滑要求很高，加工出來(lái)的聚四氟乙烯薄膜質(zhì)量不高，成本效率低。在旋切機(jī)的控制方面，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家在薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，主要采用機(jī)械和人工操作相結(jié)合，自動(dòng)控制程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工精度不高，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。以單片機(jī)為核心研制成的圓木旋切機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，既可以按加工厚度要求進(jìn)行薄膜旋切，還可以跟蹤進(jìn)刀量和圓木旋轉(zhuǎn)速度來(lái)保證薄膜加工厚度均勻性，但由于單片機(jī)的特性，在實(shí)際加工中還有一些問(wèn)題沒(méi)有辦法解決。如操作、

18、顯示全是數(shù)碼，對(duì)具體應(yīng)用的操作工人來(lái)說(shuō)并不是太方便，故受到一定的限制。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，普通機(jī)床已不能滿足加工精度及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面的要求。集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)于一體的數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)使加工精度提高，產(chǎn)品制造周期縮短，且改善了工作環(huán)境，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，因而數(shù)控技術(shù)越來(lái)越受到生產(chǎn)企業(yè)的重視，數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的應(yīng)用旋切機(jī)行業(yè)也不例外，數(shù)控旋切機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用勢(shì)在必行4 5。由此我們采用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制旋切機(jī)的傳動(dòng)，這樣就減少了傳動(dòng)的級(jí)數(shù)，提高了傳動(dòng)的精確性，也為加工的均勻，厚度提供了保障；數(shù)控系統(tǒng)友善的人機(jī)交互裝置，可以減輕工人調(diào)試安裝的工作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高了生產(chǎn)效

19、率。1.2數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)外研究現(xiàn)狀在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控旋切機(jī)的研究已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，薄膜的制造精度和加工質(zhì)量越來(lái)越好，如國(guó)外精密旋切機(jī)旋切薄膜的厚度精度可達(dá)0.02mm。為了防止薄膜的開(kāi)裂和對(duì)旋轉(zhuǎn)木段的制動(dòng)，目前一些國(guó)家已采用輥?zhàn)訅撼叽鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的平壓尺。1970年加拿大進(jìn)行了游控壓尺的試驗(yàn)，該壓尺固定安裝，壓尺架用氣動(dòng)控制，可作水平移動(dòng)，用這種壓尺對(duì)木段加壓穩(wěn)定。法國(guó)、美國(guó)和加拿大試制了一種振動(dòng)式旋刀裝置，可提高薄膜質(zhì)量。日本發(fā)明一種微調(diào)裝置，使旋切精度進(jìn)一步提高。此外，國(guó)外幾個(gè)主要生產(chǎn)膠合板的國(guó)家，在提高旋切速度和提高木材利用率方面都取得了進(jìn)展。如意大利安

20、格洛克里莫納公司制造的s2p860sf-2020等型號(hào)的旋切機(jī)是比較先進(jìn)的，該機(jī)帶有自動(dòng)伸縮雙卡軸和加壓裝置轉(zhuǎn)速一般為200-300r/min生產(chǎn)效率達(dá)70m3/人/日；加拿大的油壓、雙卡軸、并帶有抗彎裝置的旋切機(jī)，轉(zhuǎn)速300r/min；西德、美國(guó)、加拿大等國(guó)還在旋切機(jī)上裝有厚度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，可縮短改變厚度的調(diào)整時(shí)間。為了提高旋切機(jī)的生產(chǎn)能力，西德、美國(guó)、加拿大、芬蘭、意大利等國(guó)的旋切機(jī)上，均裝有自動(dòng)伸縮雙卡軸和防止木芯彎曲的加壓裝置，以及木段轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)器等，因此可使木芯直徑減小。在理論研究方面，一些國(guó)家也取得了很大的進(jìn)展。如加拿大forintek公司的chunpij專門(mén)研究薄膜旋切基本理論

21、，forintek公司在薄膜研究上也有很大的成就。法國(guó)chung機(jī)械加工實(shí)驗(yàn)室的marchal研究了高密度木材旋切的瞬間相位交點(diǎn)改進(jìn)的變化，他們用大量研究試驗(yàn)找出了切削速度和切削角對(duì)旋切質(zhì)量的影響，并研究了切削力和這些因素的關(guān)系。為了探索新的旋切技術(shù)，國(guó)外正在研究試驗(yàn)用超聲波進(jìn)行薄膜旋切。1.2.2數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國(guó)，旋切機(jī)己有較長(zhǎng)的使用歷史。1949年建國(guó)以來(lái)，我國(guó)人造板機(jī)械制造業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有，從小到大，從測(cè)繪仿制到自行研究的全過(guò)程。信陽(yáng)木工機(jī)械有限責(zé)任公司是國(guó)內(nèi)最大的人造板與木工機(jī)械研究、生產(chǎn)和出口企業(yè)，1973年就已經(jīng)開(kāi)始旋切機(jī)的研發(fā)，并于1977年成功生產(chǎn)我國(guó)第一

22、臺(tái)“液壓雙卡軸恒定線速度旋切機(jī)”，可加工木材直徑達(dá)到12120cm，加工長(zhǎng)度198275cm，板材厚度可達(dá)0.8mm，主軸變速范圍0180r/min。其驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用可控硅-直流拖動(dòng)，可以方便的地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，并可在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定線速度，方便與卷板機(jī)構(gòu)配合操作。該設(shè)備的成功研制可以極大地提高板材生產(chǎn)效率，并可以實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用區(qū)段恒功率調(diào)速，從而滿足旋切機(jī)恒功率特性的需求，使電機(jī)容量得到充分利用，節(jié)省能源。近三年，對(duì)于數(shù)控旋切機(jī)的研究主要如下：浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的丁攀和浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院的趙大旭6等提出一種新型數(shù)控旋切機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，旋切過(guò)程中，隨著聚四氟乙烯剩余直徑減小，

23、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥分別沿直線進(jìn)給，其進(jìn)給軌跡具有一定夾角，提出了新的旋切公式，這個(gè)公式可以兼顧高的木材利用率和寬的加工范圍；廣東城市職業(yè)學(xué)院的魯霞和廈門(mén)大學(xué)的胡國(guó)清推導(dǎo)出液壓系統(tǒng)流量計(jì)算公式，從而得出旋切過(guò)程中液壓缸的流量必須隨刀刃進(jìn)給速度按一定規(guī)律變化，以保證旋切機(jī)正常工作的結(jié)論7 8；河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的丁攀和河南工程學(xué)院的張峻暉等，提出了一種木材產(chǎn)品在線旋切系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案9，設(shè)計(jì)了以plc為控制核心的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，為在線旋切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供了指導(dǎo)方向與理論基礎(chǔ)；河北工業(yè)大學(xué)的張濤對(duì)旋切機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)提出了采用變導(dǎo)程絲杠進(jìn)給的新設(shè)計(jì)，對(duì)旋切機(jī)的基本運(yùn)動(dòng)及受力參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算并對(duì)關(guān)鍵

24、部件進(jìn)行了有限元分析；漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院的楊素珍提出一種結(jié)合前饋和基于單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在線參數(shù)自整定pid控制的復(fù)合控制器，仿真結(jié)果表明該控制器能有效消除系統(tǒng)干擾，且收斂迅速10 11。在旋切機(jī)的控制方面，絕大多數(shù)膠合板生產(chǎn)廠家在薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，主要采用機(jī)械和人工操作相結(jié)合，自動(dòng)控制程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工精度不高，影響膠合板產(chǎn)品的質(zhì)量。以單片機(jī)為核心研制成的圓木旋切機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，既可以按加工厚度要求進(jìn)行薄膜旋切，還可以跟蹤進(jìn)刀量和圓木旋轉(zhuǎn)速度來(lái)保證薄膜加工厚度均勻性，并且使圓木剩余木芯部分直徑減小為40mm左右，但由于單片機(jī)的特性，在實(shí)際加工中還有一些問(wèn)題沒(méi)有辦法解決。如操作、顯示全是數(shù)碼，對(duì)具

25、體應(yīng)用的操作工人來(lái)說(shuō)并不是太方便，故受到一定的限制。1.3方案背景技術(shù)簡(jiǎn)介1.3.1數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)，機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)12 13。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）用戶界面圖形化，用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開(kāi)發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。（2）科學(xué)計(jì)算可視化，科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等可視信息。（3）內(nèi)

26、裝高性能plc數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)裝高性能plc控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)plc用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)plc用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。（4）模塊化、專門(mén)化與個(gè)性化是為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門(mén)化使機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如cpu、存儲(chǔ)器、位置伺服、plc、輸入輸出接口、通訊等模塊，做成標(biāo)準(zhǔn)化系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)

27、。個(gè)性化是近幾年來(lái)特別明顯的發(fā)展趨勢(shì)。1.3.2可編程控制器（plc）的現(xiàn)狀與發(fā)展目前，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，plc已由最初一位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化pc，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，plc技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程i/o和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使plc向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱14。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，plc已十分成熟與完善，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車

28、、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，應(yīng)用大致可以歸納為:用于順序控制、用于過(guò)程控制、用于運(yùn)動(dòng)控制、用于遠(yuǎn)程控制、用于信息控制16。現(xiàn)在，世界上有200多家plc生產(chǎn)廠家，400多品種的plc產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派plc產(chǎn)品都各具特色。其中，美國(guó)是plc生產(chǎn)大國(guó)，有100多家plc廠商，著名的有a-b公司、通用電氣（ge）公司、莫迪康（modicon）公司。歐洲plc產(chǎn)品主要制造商有德國(guó)的西門(mén)子（siemens）公司、aeg公司、法國(guó)的te公司。日本有許多plc制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國(guó)的三星（samsung）、lg等，這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)

29、品占有80%以上的plc市場(chǎng)份額。1.3.3無(wú)卡軸旋切技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，社會(huì)各界己明顯意識(shí)到森林資源的危困，我國(guó)旋切機(jī)的研究正在木材高效利用方面做文章，研制出了木材利用率高的旋切機(jī)，即無(wú)卡軸旋切。這種旋切機(jī)與傳統(tǒng)的旋切機(jī)不同。傳統(tǒng)的木材旋切薄膜采用有卡軸旋切，軸旋切機(jī)，由于存在卡芯，小于一定直徑的木材就無(wú)法旋切，這些機(jī)械式的單卡木段旋切后的剩余木芯直徑大?？^直徑越大，木段旋切后的剩余木芯直徑也越大，這無(wú)疑是給日趨枯竭的木材資源雪上加霜。如果采用卡頭直徑小，在旋切大直徑木段時(shí)，由于木段和卡頭的接觸面太小，木段承受不了切削所需的扭矩，而使木段擰芯出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。無(wú)卡軸旋切機(jī)的研制成功使我

30、國(guó)的膠合板設(shè)備有了一個(gè)較大進(jìn)步15 16。近年來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，預(yù)示著高新科技正在向各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)軍，無(wú)卡軸旋切機(jī)將向?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制方向發(fā)展17。在旋切過(guò)程中，可以根據(jù)旋切材料生產(chǎn)工藝的狀況，預(yù)先制定各種工藝參數(shù)，從而自動(dòng)控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。1.4本課題的主要研究?jī)?nèi)容本課題的主要研究?jī)?nèi)容是基于plc的數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)備選型和連接、plc程序的設(shè)計(jì)編寫(xiě)、觸摸屏程序的設(shè)計(jì)和編寫(xiě)。根據(jù)數(shù)控旋切機(jī)的控制要求，對(duì)整個(gè)數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)的配電圖和plc接線圖進(jìn)行繪制，完成整個(gè)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，并

31、依照電氣設(shè)計(jì)圖進(jìn)行配電接線和plc接線。觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控機(jī)床啟?？刂?、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警信息顯示等功能。1.5本章小結(jié)本章在介紹課題背景和研究意義的前提下，重點(diǎn)介紹了數(shù)控旋切機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，可編程程控制器plc發(fā)展現(xiàn)狀等方案背景技術(shù)，最后對(duì)本課題主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了闡述。第二章數(shù)控旋切機(jī)系統(tǒng)特性及控制要求2.1旋切機(jī)簡(jiǎn)介旋切是旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)與水平或垂直方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)互相配合，刀具沿切向以片材厚度將棒材連續(xù)展開(kāi)的一種加工方法。例如，高位式聚氨酯軟泡旋切是將被加工的海綿柱置于張緊的帶刀上方，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊慢慢下降進(jìn)給；低位式則是海綿柱在帶刀下方只轉(zhuǎn)動(dòng)不進(jìn)給，由帶刀向下

32、進(jìn)給；數(shù)控旋切機(jī)和數(shù)控旋切機(jī)加工則是使棒料卡在頭軸與尾軸之間被帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，旋刀沿水平方向向棒料中心線進(jìn)給，旋刀沿切向旋切出連續(xù)而薄的片帶，頭尾軸回轉(zhuǎn)一周的旋刀徑向進(jìn)給量，即為片帶厚。旋切機(jī)主要由卡軸箱、刀床、刀床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、機(jī)座、主傳動(dòng)系統(tǒng)及操縱控制系統(tǒng)等部分組成18?？ㄝS箱分左、右兩部分，用來(lái)夾持并帶動(dòng)木段旋轉(zhuǎn)。刀床用于安裝旋刀和壓尺，并根據(jù)旋切的薄膜厚度來(lái)調(diào)節(jié)壓尺位置，以保證所需的壓榨率。刀床進(jìn)給機(jī)構(gòu)由進(jìn)給箱及進(jìn)刀座兩部分組成，進(jìn)給箱用來(lái)改變薄膜的旋切厚度，而進(jìn)刀座把進(jìn)給箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榈洞驳闹本€進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)代大型旋切機(jī)還設(shè)有防彎壓輥裝置。以上部件都裝在機(jī)座上。機(jī)座用型鋼焊接或用鑄鐵鑄成

33、箱形結(jié)構(gòu)，具有良好的強(qiáng)度、剛度和抗振性能。還要讓料在旋切過(guò)程中不至于轉(zhuǎn)速變化而影響薄膜厚度，主傳動(dòng)的功率是旋切機(jī)中耗能最大的部位。操縱控制系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)操縱把柄的位置轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)旋切的各個(gè)功能。旋切機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括旋切木段的最大長(zhǎng)度、最大直徑、旋切薄膜的厚度、旋切刀片的長(zhǎng)度、卡軸和卡爪的直徑、卡軸轉(zhuǎn)速和主電機(jī)功率等。2.2數(shù)控旋切機(jī)的結(jié)構(gòu)形式一般情況下，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通型的要簡(jiǎn)單一些，但制造精度以及各方面的配合要求較高。本機(jī)主要由進(jìn)給系統(tǒng)、夾持機(jī)構(gòu)、有卡-無(wú)卡轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、大卡頭-小卡頭轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、刀頭擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)七部份組成19，如圖2.1所示。進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)通過(guò)大小齒輪

34、以及蝸輪、蝸桿連接滾珠絲桿，驅(qū)動(dòng)刀架，構(gòu)成減速后的進(jìn)給系統(tǒng)、主要完成進(jìn)給切削功能；安裝在擠壓板架上的小摩擦輥和安裝在橫梁上的兩根大摩擦輥由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成具有夾持功能的機(jī)械機(jī)構(gòu)，用于夾持木芯；主驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速機(jī)拖動(dòng)橫梁上的兩根大摩擦輥轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)同步鏈輪將動(dòng)力傳遞到擠壓板架上的小摩擦輥構(gòu)成木芯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)表面摩擦力帶動(dòng)木芯旋轉(zhuǎn)；旋刀安裝在刀架上并由刀頭擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)切角調(diào)整（即改變后角的置，后角控制接近a=a-b/r的值，來(lái)實(shí)現(xiàn)本課題中切角的調(diào)整的目的），刀架上安裝了大刀具，使開(kāi)始切削時(shí)把木頭切圓，以保護(hù)主刀具；同時(shí)橫梁固定在機(jī)座上。底箱內(nèi)安裝了由數(shù)控系統(tǒng)控制的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)有卡、無(wú)卡軸的轉(zhuǎn)換功

35、能；大-小卡頭的轉(zhuǎn)換裝置安裝在卡軸箱內(nèi)，用來(lái)完成大、小卡頭的轉(zhuǎn)換功能；底輥安裝在底箱上，在放入木頭時(shí)，與三個(gè)主輥協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)尋找聚四氟乙烯的中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心功能，整個(gè)加工過(guò)程中，完全可以達(dá)到無(wú)人干預(yù)，所以整個(gè)設(shè)備可以封閉化，這樣提高了安全度。1.機(jī)座2.刀床進(jìn)給點(diǎn)機(jī)3.蝸桿4.進(jìn)刀座5.絲桿6.蝸輪7.側(cè)箱8.大刀具9.旋切刀10.刀頭擺動(dòng)機(jī)構(gòu)11.刀床及擠壓板架12.壓頭（小摩察輥）13.木芯14.大卡頭15.小卡頭16.主摩察輥17.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)18.橫梁19.底輥20.壓力感應(yīng)器圖2.1數(shù)控旋切機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)控旋切機(jī)中旋切木段的受力情況：旋切時(shí)旋刀和壓尺對(duì)木段的作用力如圖2.2所示。旋切

36、時(shí)旋刀對(duì)木段的作用力有切削力f1、劈力f2和對(duì)木段的擠壓力f3。切削力與旋刀相對(duì)木段的運(yùn)動(dòng)方向一致，其大小與木段的樹(shù)種、旋切長(zhǎng)度以及切削條件等因素有關(guān)。劈力是旋刀前面作用于薄膜帶并使它反向彎曲的力，導(dǎo)致木材沿切削力作用方向劈裂，在薄膜背面形成大量裂紋，它主要由切削角、樹(shù)種及切削條件等決定。旋切對(duì)木段的擠壓力指向并垂直于木段表面，在很大程度上取決于旋切條件，如旋切后角和木段直徑。有壓尺作用時(shí)旋刀對(duì)木段的作用力與沒(méi)有壓尺作用時(shí)相比是有些差別的。它還應(yīng)包括由壓尺引起的附加作用力。旋刀作用于木段的合力r1按平行四邊形合成。圖2.2旋切和壓尺對(duì)木段的作用力壓尺對(duì)木段的作用力有壓榨力f4及摩擦力f5。壓榨

37、力通過(guò)旋刀刀刃指向木段，它與壓榨率及壓尺形式有關(guān)。壓尺與薄膜的摩擦阻力與壓榨力及薄膜和壓尺間的摩擦系數(shù)有關(guān)。壓尺作用于木段的合力為r2。旋刀和壓尺對(duì)木段的總作用力r由于影響的因素很多，可按單位旋切長(zhǎng)度上的切削阻力來(lái)估算，其作用方向與水平面的夾角在40º70º。旋切機(jī)的工作過(guò)程如圖2.3所示：工作時(shí)，聚四氟乙烯是卡在兩個(gè)固定的驅(qū)動(dòng)輥和不斷向前進(jìn)給的壓尺輥之間的。驅(qū)動(dòng)輥的作用是給聚四氟乙烯摩擦力使其做旋轉(zhuǎn)的主運(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓尺輥不斷向前做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以保證刀具能連續(xù)不間斷的切削聚四氟乙烯。所以當(dāng)薄膜厚度是個(gè)定值時(shí)，刀具進(jìn)給的速度是時(shí)間的函數(shù)。這里我們假定板厚為m，聚四氟乙烯的初始直徑

38、為d0，聚四氟乙烯轉(zhuǎn)速為n，驅(qū)動(dòng)輥與壓尺輥直徑均為d，驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速為n0，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥的中心距為a，刀具的進(jìn)給速度為v，刀刃在平面坐標(biāo)系上的水平位移坐標(biāo)為x。圖2.3旋切機(jī)主要工作部分二維示意圖這里我們假設(shè)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥跟聚四氟乙烯之間是沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)的，三個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中，1和2是固定不動(dòng)的，在旋切機(jī)工作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)輥3由液壓缸驅(qū)動(dòng)，一邊做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，提供聚四氟乙烯旋轉(zhuǎn)的摩擦力，一邊做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)聚四氟乙烯直線運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輥的線速度與聚四氟乙烯的線速度是相等的，即：d×n=d×n0切刀與驅(qū)動(dòng)輥3固連，并且在驅(qū)動(dòng)輥1和2的水平中心面上，由圖我們得到刀刃的坐標(biāo)為：為了得到刀刃的進(jìn)給速度，對(duì)上式

39、兩邊求導(dǎo)，得：由于d×d=d×n0所以從上式可看出，在d、a、m確定的情況下，刀刃進(jìn)給速度v與圓木直徑d有關(guān)，在旋切過(guò)程中d越來(lái)越小，v隨之越來(lái)越大。m值越大，旋切機(jī)的刀刃進(jìn)給速度變化越快。又因?yàn)楫?dāng)木材轉(zhuǎn)一圈時(shí)，在水平位移上前進(jìn)了兩個(gè)板厚的位移，所以與v對(duì)應(yīng)旋切時(shí)間t的近似計(jì)算如下：兩邊積分得即由上式可看出，在d、a、no、m確定的情況下，刀刃進(jìn)給速度v隨時(shí)間t的推移逐漸增大。m越大旋切機(jī)的刀刃進(jìn)給速度增大的越快，用的時(shí)間越少。因?yàn)樵谛袡C(jī)工作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)輥的轉(zhuǎn)速是不變的，所以隨著聚四氟乙烯由于被切削而直徑變小，聚四氟乙烯的轉(zhuǎn)速是不斷變大的。為了保證薄膜厚度的均勻性，就要求

40、我們要對(duì)刀具的進(jìn)給速度進(jìn)行精確的控制?？梢钥闯?，隨著時(shí)間增加，刀具速度越來(lái)越快，為了保證薄膜旋切質(zhì)量，要求液壓缸的伸出速度能很好地跟蹤其變化20。由于主動(dòng)輥的存在，那么它的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了夾持聚四氟乙烯的最大直徑d其值計(jì)算過(guò)程如圖2.4所示，這時(shí)的壓頭的作用也同樣是一個(gè)主動(dòng)輥。在圖3-4中，已知主動(dòng)輥13的半徑都為r，利用主輥1、2的中心線與主輥3之間的距離為l，可得，聚四氟乙烯的半徑r為：得：圖2.4無(wú)卡旋切機(jī)最大夾持示意圖2.3數(shù)控旋切機(jī)的特點(diǎn)現(xiàn)有的無(wú)卡軸旋切機(jī)都是采用液壓油缸來(lái)推動(dòng)摩擦輥夾緊木芯進(jìn)給，因液壓進(jìn)給系統(tǒng)屬柔性傳動(dòng)系統(tǒng)，其進(jìn)給速度會(huì)因負(fù)載大小而變化。本機(jī)采用聚四氟乙烯軸心固定不動(dòng)

41、，用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)高精度的滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架水平硬性進(jìn)給，用計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制功能，不斷地跟蹤主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速，及時(shí)地調(diào)整進(jìn)給電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終旋切生產(chǎn)出符合要求的薄膜。數(shù)控旋切機(jī)的特點(diǎn)：（1）旋切速度快，生產(chǎn)效率高。用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可作無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒線速旋切，充分利用數(shù)控系統(tǒng)的能力，大大提高了生產(chǎn)效率，目前卡軸的最高轉(zhuǎn)速達(dá)400r/min，最大旋切速度達(dá)5m/s。（2）采用可編程控制器，自動(dòng)控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定，可以根據(jù)不同加工材料、不同加工工藝進(jìn)行定制控制過(guò)程。（3）采用友好的人機(jī)界面，簡(jiǎn)單好用，自動(dòng)化程度高，縮短了輔助操作時(shí)間。（4）整機(jī)一體化，自動(dòng)化程度高，維護(hù)方便。對(duì)操作者技術(shù)素質(zhì)要求較低，參數(shù)

42、設(shè)定好以后，一鍵即可完成全部操作。2.4數(shù)控旋切機(jī)的控制要求用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制旋切機(jī)的傳動(dòng)，主要旋切聚四氟乙烯薄膜，旋切厚度可以達(dá)到0.1mm-1mm，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到5-15轉(zhuǎn)/分，旋切機(jī)機(jī)床寬度達(dá)到1米。第三章數(shù)控旋切機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)概述數(shù)控旋切機(jī)的控制系統(tǒng)主要組成如圖3.1所示。用戶根據(jù)加工的要求產(chǎn)生的加工參數(shù)， 經(jīng)上位機(jī)把數(shù)據(jù)裝入由可編程控制器plc組成的下位機(jī)，根據(jù)機(jī)床反饋的信息去控制進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主運(yùn)動(dòng)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)、壓尺輥的反饋狀態(tài)等。圖3.1 數(shù)控旋切機(jī)的基本組成3.2數(shù)控旋切機(jī)電控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)數(shù)控旋切機(jī)的電控系統(tǒng)主要有人機(jī)交互裝置（pt）、可編程控制器（plc）、驅(qū)動(dòng)器和

43、電機(jī)等構(gòu)成。圖3.2數(shù)控旋切機(jī)電控系統(tǒng)如圖3.2所示，數(shù)控旋切機(jī)的主要控制對(duì)象為主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)。伺服電機(jī)：為主驅(qū)動(dòng)電機(jī),用來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)卡軸旋切機(jī)的主動(dòng)輥的運(yùn)轉(zhuǎn),主要功能讓聚四氟乙烯在不打滑的狀態(tài)下完成設(shè)定的運(yùn)轉(zhuǎn)形式轉(zhuǎn)動(dòng)；聚四氟乙烯的轉(zhuǎn)動(dòng)形式是恒線速還是恒轉(zhuǎn)速 , 在系統(tǒng)的“參數(shù)設(shè)置”中是可以設(shè)置的 , 默認(rèn)狀態(tài)為恒轉(zhuǎn)速21 25。進(jìn)給電機(jī):為刀床進(jìn)給電機(jī),它帶動(dòng)變速齒輪從而改變了力矩,變速齒輪又帶動(dòng)絲杠,使絲杠具有足夠的力矩讓刀床按系統(tǒng)指令進(jìn)行旋切加工,刀床進(jìn)給速度由卡軸的參數(shù)和薄膜厚度來(lái)決定 。在主電機(jī)回路中安裝了相應(yīng)的傳感器,檢測(cè)主電機(jī)的電流變化,給控制系統(tǒng)提供控制參考數(shù)據(jù),判斷旋切工

44、況,輸出控制指令給主電機(jī)和振動(dòng)電機(jī),實(shí)現(xiàn)振動(dòng)旋切的同時(shí)旋切進(jìn)刀根據(jù)原材料和加工過(guò)程參數(shù)變化而變化,即閉環(huán)加工 , 最終實(shí)現(xiàn)柔性旋切。操作人員通過(guò)人機(jī)界面給出旋切厚度，顯示所設(shè)的參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并且計(jì)算和查表得到電機(jī)轉(zhuǎn)速值，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和放大器變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬信號(hào)，通過(guò)電壓方式控制刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，或者通過(guò)rs485總線直接送出控制指令控制刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過(guò)反饋測(cè)量接口反饋聚四氟乙烯旋切時(shí)的直徑，再通過(guò)控制plc的計(jì)算和查表得到新的電機(jī)轉(zhuǎn)速值去控制刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)22驅(qū)動(dòng)設(shè)備是一臺(tái)變頻器23，控制系統(tǒng)核心可編程控制器plc，可實(shí)現(xiàn)旋切速度控制的變頻通

45、訊器，rs485接口和限位、緊急開(kāi)關(guān)等。聚四氟乙烯在旋切加工過(guò)程中的各個(gè)開(kāi)關(guān)量以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳送通過(guò)plc進(jìn)行邏輯控制，進(jìn)給量通過(guò)在線傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖量反饋到plc，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算出其相應(yīng)的頻率，plc通過(guò)ps485接口和變頻通訊器，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)對(duì)于給定的對(duì)應(yīng)頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋切加工的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)速，進(jìn)給速度再通過(guò)檢測(cè)反饋系統(tǒng)反應(yīng)到plc控制，進(jìn)給系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)控制也是通過(guò)plc的集成控制來(lái)完成，控制系統(tǒng)的通過(guò)頻率脈沖輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)旋切過(guò)程的實(shí)時(shí)在線變頻控制。3.3電控系統(tǒng)的下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)3.3.1下位機(jī)（plc）可編程控制器plc是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其

46、內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字量輸入輸出或模擬量輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械動(dòng)作過(guò)程。plc的功能非常全面，既可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，又可以進(jìn)行模擬量控制，功能模塊化，擴(kuò)展性好，通用性強(qiáng)，并且還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。是一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。歐姆龍sysmac-cp系列可編程控制器是一種小型的plc系統(tǒng)，其功能非常強(qiáng)大，許多功能可以達(dá)到大、中型plc的水平，而其價(jià)格卻和其他小型plc一樣。歐姆龍sysmac-cp系列中的cp1h是用于實(shí)現(xiàn)高速處理、高功能的程序一體化型plc。配備與cs/cj系列共通的體系結(jié)構(gòu)

47、，與以往產(chǎn)品cpm2a 40點(diǎn)輸入輸出型尺寸相同，但處理速度可達(dá)到約10倍的性能。cp1h cpu單元包括x（基本型），xa（帶內(nèi)置模擬量輸入輸出端子），y（帶脈沖輸入輸出專用端子）3種類型。這里我們使用帶脈沖輸入輸出專用端子y類型plc。歐姆龍cp1h-y型的技術(shù)參數(shù)如下：1）cpu單元本體，內(nèi)置輸入12點(diǎn)/輸出8點(diǎn)。2）cpu單元本體，可實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)器4軸、脈沖輸出4軸。根據(jù)機(jī)種，可配備最大1mhz的高速脈沖輸出，線性伺服也可適用。3）通過(guò)擴(kuò)展cpm1a系列的擴(kuò)展i/o單元，cp1h整體可以達(dá)到最大300點(diǎn)的輸入輸出。4）通 過(guò) 擴(kuò) 展cpm1a系列的擴(kuò)展單元，也能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展（溫度傳感

48、器輸入等）。5）通過(guò)安裝選件板，可進(jìn)行rs-232c通信或rs-422a/485通信（pt、條形碼閱讀器、變頻器等的連接用）。6）通 過(guò) 擴(kuò) 展cj系列高功能單元，可擴(kuò)展向上位/下位的通信功能等。如圖3.3所示，自帶的4路脈沖輸出，4路高速脈沖計(jì)數(shù)器，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控旋切機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求了，本控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象為一個(gè)變頻器和一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器。圖3.3 cp1h-y型 cpu單元基本結(jié)構(gòu)圖3.4 cp1h實(shí)物圖3.3.2上位機(jī)這里上位機(jī)使用歐姆龍plc配套的可編程終端(pt)，歐姆龍公司提供的np系列的可編程終端，具有多種特色、功能強(qiáng)大，便于快速有效的創(chuàng)建各種直觀的操作畫(huà)面，方便工程人員的

49、對(duì)界面的修改和維護(hù)24。如圖3.5、圖3.6所示，np系列可編程終端技術(shù)參數(shù)：5.7寸觸摸屏，外置6個(gè)功能鍵，206.4mhz的32位cpu；內(nèi)置接口：通信口2個(gè)(com1：rs-232c專用，com2：rs-485/422切換），usb口2個(gè)（usb 畫(huà)面?zhèn)魉停С謚盤(pán)）。提供編程組態(tài)軟件np-designer給客戶自定義人機(jī)界面。圖3.5 歐姆龍np5可編程終端正面圖3.6 歐姆龍np5可編程終端背面圖3.7 歐姆龍np5可編程終端實(shí)物圖3.3.3變頻器變頻器（variable-frequencydrive，vfd）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的

50、電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部igbt的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)可以有多種方案。較為簡(jiǎn)單的是調(diào)壓方式，就是用大功率場(chǎng)效應(yīng)管或晶閘管交流調(diào)壓器直接驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，但電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，這樣電機(jī)的機(jī)械會(huì)變軟，則不能滿足本系統(tǒng)的恒轉(zhuǎn)矩的要求。價(jià)格較高，且精度高的方案就是采用交流伺服電機(jī)，但這種方案中小型企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)衡量了價(jià)格和性能兩個(gè)

51、方面，決定采用變頻調(diào)速方案，也就是采用變頻器作為系統(tǒng)的刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。由于交流變頻調(diào)速技術(shù)的先天優(yōu)勢(shì)和技術(shù)逐漸成熟，同時(shí)變頻器價(jià)格的大幅度下降，使變頻器成為交流異步電機(jī)調(diào)速的首選。電機(jī)調(diào)速就是根據(jù)操作者的要求使電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。由電機(jī)學(xué)可以知道，電機(jī)轉(zhuǎn)速不僅取決于負(fù)載扭矩，而且取決于電機(jī)的極數(shù)和供電頻率。前一個(gè)括號(hào)由電機(jī)決定，稱為同步轉(zhuǎn)速n。，后一個(gè)括號(hào)由負(fù)載決定，稱為轉(zhuǎn)差率。要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)四種方式：(1)改變頻率-變頻器(2)改變極對(duì)數(shù)-變極電機(jī)(3)改變電壓-ps電機(jī)(4)改變轉(zhuǎn)差率-纏繞轉(zhuǎn)子電機(jī)變頻調(diào)速的控制模式給出了電機(jī)的輸人功率和電機(jī)的各輸人參數(shù)的關(guān)系，為變頻器的選型

52、提供了依據(jù)。變頻器調(diào)速用的電動(dòng)機(jī)都是三相交流電動(dòng)機(jī)。所以，其輸入端是三相交流電源。電動(dòng)機(jī)的輸入功率表示為pl。上面公式中p1-電動(dòng)機(jī)的輸人功率，kw；u1-定子側(cè)的相電壓，v；i1-定子側(cè)的相電流，a；:-定子側(cè)的功率因數(shù)。電動(dòng)機(jī)是用來(lái)拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的，因此，其輸出功率便是軸上的機(jī)械功率，最關(guān)鍵的因數(shù)是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。用于克服負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)；是電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩tl平衡的結(jié)果。電動(dòng)機(jī)的輸出功率表示為p2。上面公式中-電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，kw；-電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，n·m；-電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速，r/min；變頻器輸出頻率的方式主要有下面三種方式:面板給定方式、電位器給定方式、外部

53、給定方式。本系統(tǒng)采用外部給定方式，模擬量給定信號(hào)種類為電壓信號(hào)0-10v；同時(shí)也用到通訊給定modbus總線，其主要用于變頻器系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。系統(tǒng)選用上面的給定方式原因在于想通過(guò)系統(tǒng)的人機(jī)界面完全控制變頻器，這樣可以使系統(tǒng)集成性大大增強(qiáng)。同時(shí)使操作者不必再去熟悉了解變頻器的面板操作，也大大方便操作者。從控制方式、通信方式和進(jìn)給電機(jī)容量考慮abb公司的acs400系列通用變頻器比較適合本系統(tǒng)，acs400系列從2.2kw到37kw都有相應(yīng)的機(jī)型，大大增加了選擇面。acs400系列變頻器主要用于2.2kw37kw鼠籠式電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩控制。acs400是目前市場(chǎng)上體積最小的變頻器之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充

54、分考慮了有效的使用面積和盡可能的安裝簡(jiǎn)便。鑄鋁件和塑料件的使用，保證了足夠的加工精度。在使用變頻器前必須保證電機(jī)和變頻器是否適合，acs40o系列變頻器要求電機(jī)是三相感應(yīng)式，額定電壓為40ov，額定頻率為50hz，額定電流不能超過(guò)acs400變頻器額定輸出電流i2n。acs400系列變頻器有多種應(yīng)用宏，也就是出廠時(shí)預(yù)先編好的參數(shù)集。同時(shí)有25組參數(shù)表，比如99組就是用于起動(dòng)數(shù)據(jù)的參數(shù)表，01組就是用于運(yùn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)表。3.3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度

55、的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品26。一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式 。 速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來(lái)控制的。位置控制是通過(guò)發(fā)脈沖來(lái)控制的。1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10v對(duì)應(yīng)5nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5v時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）。可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬

56、量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。 2、位置控制：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。 3、速度模式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)

57、pid控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。本系統(tǒng)需要伺服驅(qū)動(dòng)器控制主軸速度的伺服電機(jī)，達(dá)到恒速運(yùn)動(dòng)，重點(diǎn)在于速度控制，這里我們采用歐姆龍公司的r88d-g系列伺服驅(qū)動(dòng)器。g系列是針對(duì)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等廣泛用途所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。電機(jī)容量可實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)從小容量的50w到大容量的7.5kw的各種需求。編碼器的標(biāo)準(zhǔn)配備為2500脈沖的增量編碼器規(guī)格和高分辨率的17位絕對(duì)值/增量通用編碼器規(guī)格的電機(jī)。增益調(diào)整功能搭載了實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整功能及適應(yīng)濾波器功能，并可自動(dòng)進(jìn)行復(fù)雜的增益調(diào)整。并且為了降低操作中出現(xiàn)的機(jī)械共振，陷波濾波器也可進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定以實(shí)現(xiàn)降低機(jī)械的振動(dòng)。此外，通過(guò)安裝了制振控制功能，對(duì)于負(fù)載剛度較低的振動(dòng)結(jié)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的停止性能。3.3.5上位機(jī)與下位機(jī)的通訊接口歐姆龍cp1h-y型 plc最大可安裝2個(gè)串行通信選件板（rs-232c×1端口或rs-422a/485×1端口）