论文 数控设备应用于维护.docx
《论文 数控设备应用于维护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文 数控设备应用于维护.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
论文数控设备应用于维护
题目：
数控机床刀架部件电气控制系统设计
学生姓名：
李鑫
专业：
数控设备应用于维护
年级（班）：
2013级数控班
指导教师：
李仁杰
内容提要
数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。
它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。
计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果,也达到了预先设定的目的。
本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择，蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构计等。
最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。
关键词：
六工位；电动刀架
Abstract
With its high working accuracy and productivity, the numerical control processing can reduce the operators’ labor intensity, improve labor condition, and is thus advantageous in the modernization of manufacturing management as well as improvement of economic benefit. Hence, the development and the utilization the numerical control processing play a role and become the development direction in the advancement of manufacturing industry.
Based on the analysis of operating principle and process of six-station automatic control knife rest of numerically controlled lathe, this paper determines its solution approach and conclusion. The paper first discusses how to choose such critical pieces of the knife rest of numerically controlled lathe as indexing mechanism, positioning mechanism, drive servo motors, and then discusses the design of worm gear, worm drive, and the structure of principle axis of the knife rest, etc.. The paper then concludes the requirements of common six-station automatic control cutter of numerically controlled lathe.
Key words:
six-location; electronic knife rest
目录
一﹑绪论1
（一）国内外发展现状1
（二）自动售货机的发展前景3
二﹑PLC的概述4
（一）PLC的产生4
（二）PLC的定义5
（三）PLC的基本结构和原理6
三﹑自动售货机的系统设计6
（一）自动售货机设计思路6
（二）自动售货机工作原理9
（三）自动售货机功能设计要求9
（四）自动售货机的主要硬件组成及特点10
（五）自动售货机的I/O点分配12
（六）自动售货机工作流程及流程图13
（七）梯形图16
结论19
致谢20
参考文献21
基于PLC控制的自动售货机
一﹑绪论
（一）国内外发展现状
自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。
自动售货机（VendingMachine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器。
自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。
是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。
自动售货机的历史，可一直追溯到远古时代的埃及。
亚历山大的科学家HERON在其所著的《气体装置（PNEUMATIKA）》中描述，只要将钱币投入该装置，水就会自动流出来。
这就是自动售货机的起源，大约在公元前215年左右，埃及寺院中就安装了这种装置，用来销售“神圣之水（圣水）”。
17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。
在自动售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。
日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。
1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。
自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。
50年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。
后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。
1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。
20世纪70以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统在日本和欧美发展起来。
在日本，70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的。
全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。
现在，自动售货机除路旁以外，已进入学校、工厂、医院、游戏厅、麻将馆、影剧院等公共场所。
作为世界上最大的自动售货市场，日本已有560万台，通过自动售货机出售的商品多达6000余种，年营业额1122亿日元。
每年，仅饮料的销售额相当于1593亿元人民币，按人口计算，每23人就拥有1台自动售货机，平均每人在自动售货机上的消费达56000日元。
能分为三种：
饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。
常见的自动售货机如图1-1所示
图1-1自动售货机
（二）自动售货机的发展前景
从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。
大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。
自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。
例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。
并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。
在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15%的电力。
进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。
自动化是未来的发展趋势，不论是制造业、服务业还是零售业。
我们都将看到更多的设备取代人工。
在这样一个大的趋势下，自动售货机行业的前景时光明的。
二﹑PLC的概述
（一）PLC的产生
在可编程控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能由成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。
当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。
为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器的触点不良，都会影响整个系统的正常运行。
如果系统出现故障，要进行检查和排除故障又是非常困难的，全靠现场电气技术人员长期积累的经验。
尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量极大，甚至可能需要重新设计控制系统。
尽管如此，这种控制系统的功能也仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。
因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更可靠、更容易维修、更能适应经常变化的生产工艺要求。
为了适应汽车型号不断更新的需求，并能在竞争激烈的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置。
根据招标的技术要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用成功。
这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用，也受到了世界上许多国家的高度重视。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC。
1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。
我国从1974年开始研制，到1977年开始应用于工控领域。
在这一时期，PLC虽然采用了计算机的设计思想，但实际上PLC只能完成顺序控制，仅有逻辑运算等简单功能，所以人们将它称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称为PLC。
（二）PLC的定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
（三）PLC的基本结构和原理
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。
PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图2-1）。
但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。
读取输入
执行用户程序
处理通信要求
自诊断检查
改写输出
读取输入
处理通信要求
自诊断检查
改写输出
RUN状态
STOP状态
PLC
图2-1PLC运行过程图
三﹑自动售货机的系统设计
（一）自动售货机设计思路
PLC控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器、五个按钮开关（分别为启动按钮、退币按钮、汽水选择按钮、果汁选择按钮和咖啡选择按钮）、四个指示灯（分别为汽水指示灯、果汁指示灯、咖啡指示灯和找钱指示灯）、和两个七段数码管。
传感器用来接收投币信号，传送投币量的多少；按钮开关分别对系统功能进行控制，当投入的钱币够某一种饮料时，按下这种饮料的选择按钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币；三个指示灯分别用来只是哪种饮料可以选择，只有投币量大于或等于这种饮料的价格时，这种饮料的指示灯才会亮；同时，还有两个七段数码管，用于显示当前剩余的总钱币。
设计思路图如下图2-2
图2-2设计思路图
（二）自动售货机工作原理
（1）从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。
（2）识别器把信息数据传给通信模块。
（3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。
（4）顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。
此次设计的售货机主要出售易拉罐装饮料，是利用电磁阀带动翻版驱动的。
（6）显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。
退币分两种情况：
一种是由纸币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。
（6）系统复零，完成售货
（三）自动售货机功能设计要求
（1）接受三种面值的货币，0.5元、0.1元、5元。
一次最多接受金额在100元以内，否则报警，并自动退回用户所投货币。
（2）在本次设计中只设有3种商品，即咖啡、果汁、汽水，价格分别为4.5元、3.5元、3元。
（3）可以显示金额。
（4）投入金额大于某件商品单价则对应的LED指示灯会点亮，选择该商品时，灯就会闪烁3次，并且数码管会显示，按退币按钮退币。
（四）自动售货机的主要硬件组成及特点
1.主要硬件介绍
（1）纸币识别器
①纸币识别原理
把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。
当识别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断，若有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。
乐途P77P5纸币识别器
电压：
DC+12V+-5%
电流：
待机0.12A工作2A
工作温度：
0°C～55°C
保存温度：
-20°C～60°C湿度：
30%～85%RH（nocondensation）重量：
0.8kg
插入方向：
任意方向
（2）硬币识别器
硬币识别原理
主要识别指标：
材质、厚度、直径。
材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。
工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同），当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式不同），会引起振荡频率的变化。
材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。
厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。
因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。
直径——老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可答0.5mm）。
新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同。
威佛HI-09硬币识别器
电压：
DC+12V+-5%
电流：
待机0.12A工作
工作温度：
0°C～55°C保存温度：
-20°C～60°C湿度：
30%～85%RH（nocondensation）重量：
0.8kg插入方向：
任意方向
识别时间：
2.5秒
（3）直动式电磁阀
原理：
通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。
特点：
在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过25mm。
（五）自动售货机的I/O点分配
输入
输出
设备
输入
设备
输出
开始按钮
SB0
X0
果汁指示灯
LED
Y10
0.5元
SB1
X1
汽水指示灯
LED
Y11
1元
SB2
X2
咖啡指示灯
LED
Y12
5元
SB3
X3
找钱指示灯
LED
Y16
果汁按钮
SB4
X4
果汁输出
LED
Y14
汽水按钮
SB5
X5
汽水输出
LED
Y13
咖啡按钮
SB6
X6
咖啡输出
LED
Y15
退币按钮
SB9
X7
退币出口
LED
Y17
硬币识别
SB10
X10
七段数码管
8421
Y0~Y7
纸币识别
SB11
X11
（六）自动售货机工作流程及流程图
设计一台完整的销售雪碧和可乐的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱功能，此售货机可接受的硬币为0.5元，1元和5元的纸币。
雪碧的售价为3元，可乐的售价为3.5元，奶茶的售价为4.5元。
自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制哭启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。
用自动控制系统替代现有的人工销售方式，节省人力，减少销售开支，扩大销售覆盖面，当投入的硬币总值超过3元时，雪碧指示灯亮，当投入的硬币总值超过3.5元时，雪碧和可乐的指示灯都亮。
当投入的硬币总值超过4.5元时，雪碧、可乐和奶茶的指示灯都亮。
当雪碧指示灯亮时，按雪碧按钮，则雪碧从售货口自动售出，雪碧指示灯闪烁。
当可乐指示灯亮时，按可乐按钮，则可乐从售货口自动售出，可乐指示灯闪烁。
当奶茶指示灯亮时，按奶茶按钮，则奶拆从售货口自动售出，奶茶指示灯闪烁。
当按下雪碧按钮、可乐按钮或奶茶按钮后，如果投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮，自动售货机自动退出多余的钱。
动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回余额如果大于5元，则先退5元，再比较余额如果大于1元，再退1元，如果小于1元则直接退0.5。
流程图（见图2-3）：
图2-3流程图
（7）梯形图
结论
通过这次对自动售货机控制设计制作，让我进一步加深了对PLC的认识，又让我对自动售货机的原理和程序设计有了更深刻的了解！
这次比较完整的自动售货机控制系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力也都得到了不同程度的提升。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做毕业设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，还仍努力！
致谢
这次毕业设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。
同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识。
总体来说,这次设计我受益匪浅。
在这里，首先我要特别感谢我的导师李仁杰老师对我的谆谆教导。
正是在他的循循善诱和悉心指导下，才使我顺利地完成了我的毕业设计。
其次感谢我的同学和朋友，他们给予了我无私的帮助和无穷的精神动力。
在我遇到知识上的的难点时，他们总是能给我及时的援助。
感谢我同宿舍的其他同学，谢谢他们在这大学三年里给我的帮助和关心。
再次深深感谢我的父母，他们在我的物质及精神上给予很大的支持，使我大学三年得以顺利完成的保障。
是他们教会了我人生的真谛，让我茁壮成长。
父母的教诲是我一生最宝贵的财富，再一次感谢他们对我的培养。
最后，再次对老师和同学们致以衷心的感谢！
参考文献
[1]李爱华主编，电气控制与PLC应用技术（三菱系列），电子工业出版社，2011.6。
[2]田效伍主编，电气控制与PLC原理技术，机械工业出版社，2009。
[3]程周主编，电气控制与PLC原理及应用，电子工业出版社，2010。
[4]廖常初主编，FX系列PLC编程及应用，机械工业出版社，2005。
[5]罗光伟主编，可编程控制器教程，电子科技大学出版，2007。
升级会员 