基于PLC控制的双轴工作台设计
摘要：由于目前双轴工作台设计被应用的十分广泛，同时社会对于双轴工作台也是十分的认同，对于双轴工作台的控制主要是实现双轴工作台对于二维平面轮廓的控制。工作台中的 X轴与Y轴的两个电机（步进电机），它们都是由目前的在工业中运用的 PLC 控制器对其进行有效的系统的控制，电机上面的齿条和齿轮两个结构将电机旋转运动间接的转换为工作台的直线运动，通过 X轴和Y轴 的运动组合将同时完成各种简单的以及各种复杂的二维的运动。
步进电机是将PLC中的脉冲发出的信号转换成设备的直线运动或者是旋转运动。每一台电机的输出所产生的位移量与它所产生的输入的脉冲个数呈现出正向的比例，每一台的电机所产生的速度与它所产生的脉冲频率呈现出正向的比例，电机所产生的旋转方向与它的各相绕组中的相序存在一定的联系。我们只要用PLC控制着电机所产生的脉冲的数量，频率以及它们绕组的相序，我们就可以将电机的位移量、回转速度以及电机的旋转方向得到及时有效的控制。这样我们可以取得较为有效的控制精度，继而在整体上将工作台更加流畅的运行。
关键词：控制系统；轴控制； PLC；自动化。
Design of Double Axis Workbench Based on PLC Control
Abstract: Because the design of the biaxial worktable is widely used at present, and the society for the biaxial worktable is also very recognition, the control of the biaxial worktable is mainly to achieve the control of the biaxial worktable for the two-dimensional plane contour.The two motors of X axis and Y axis in the worktable (stepper motor) are effectively controlled by the PLC controller used in the industry at present. The two structures of rack and gear on the motor indirectly transform the rotating movement of the motor into the linear movement of the worktable.Various simple and complex two-dimensional motions can be accomplished simultaneously through the combination of X-axis and Y-axis motions.
Stepper motor is the PLC pulse signal into the linear movement or rotary movement of equipment.The displacement produced by the output of each motor is in a positive proportion to the number of input pulses produced by it. The speed produced by each motor is in a positive proportion to the pulse frequency produced by it. The direction of rotation produced by the motor has a certain connection with the phase sequence in its phase windings.As long as we use PLC to control the number of pulses produced by the motor, the frequency and the phase sequence of their windings, we can control the displacement of the motor, the speed of rotation and the direction of rotation of the motor in a timely and effective manner.In this way, we can obtain more effective control accuracy, and then on the whole, the workbench will run more smoothly.
Keywords: Control system; Control of axis; PLC; automatio
目录
第一章 引言 1
1.1课题来源及研究背景 1
1.2双轴回转工作台现状 1
1.3本课题的主要研究内容 2
第二章 双轴回转工作台的设计方案 5
2.1双轴回转工作台的组成设计 5
2.2双轴回转工作台的功用 5
2.3 双轴回转工作台的传动和结构 5
第三章 双轴回转工作台的硬件设计 7
3.1电动机的选择 7
3.1.1 电机的选型 7
3.2PLC控制系统的输入输出端口配置 9
3.3电气原理图 10
3.3.1 PLC控制模块接线图 10
第四章 双轴回转工作台的软件设计 16
4.1 编程软件的介绍 16
4.2 PLC控制程序 17
4.2.1、程序树与工艺轴的设定 17
4.2.2 主程序内的功能块 18
4.2.3双轴工作台回原点程序 22
4.2.4 精准控速程序 24
4.2.5 控制程序与限位程序 25
第五章 双轴回转工作台的HMI设计 27
5.1 HMI画面的绘制 27
5.2 HMI画面的介绍 27
第六章 系统的调试 30
6.1 硬件的调试 30
6.2 软件的调试 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录 34
第一章 引言
1.1课题来源及研究背景
随着工业4.0的发展，社会的整体发展不仅要面临提高制造业的发展，同时也要求更高精度的设备。从全球的整体发展来看的话，五轴数控机床系统在行业里是十分重要的，它是行业的方向标。并且从长久的发展来看，全球的一些西方发达国家更是垄断了这个行业的多数资源。在一段时间以来，欧美把这个技术作为一个长期的战略资源，实行非常强制性措施。当我们从国家科学技术发展层面上来深入的了解的话，加快推进数控技术这一技术的发展将是眼线的重要事情之一。如果有喜欢历史的朋友，他们应该知道冷战时期的一次非常重要的事件，就是当时的东芝公司将五轴数控机器卖给社会主义国家的事件。事件发生的时间是在上世纪末，全球著名的东芝公司将自己生产的五轴数控铣床卖给当时的前苏联，最终前苏联将设备运用在自己国家的潜水艇推进螺旋桨的发展中，使得前苏联在这个方面上超越当时其他国家好几个级别，并且使前苏联的对立国所制造的先进声纳，监听不到前苏联潜水艇所发出的声音。因为东芝的这次违规行为，美国当时就要求惩罚东芝。
对于一个国家的发展，制造业技术是十分重要的。同时，也是产品研发中必不可少的部分，关乎着一个国家的工业发展。即便是如今的发达工业化大国，也都是相当重视这方面的技术发展。近几十年以来，随着我国经济不断地发展的步伐不断加快，新基建的不断地发展以及国家防护建设的强烈的需要，对于这些高端科技的机床设备也提出很强烈的要求。这一类设备是我们国家整体制造业发展水平的一个重要的体现。同时，五轴的这类设备系统也代表着机床整体制造业中的最高体现。并且我们从某个角度看，它也是我们国家社会发展水平状况的一种体现。随着工业机器人，航天航空设备等要求更加精密的设备的需求，对于机床提出了更高的要求。
1.2双轴回转工作台现状
面对着2021年的全球化疫情的大爆发，各国都面临着各种机遇。当疫情在许多国家不断蔓延，无形之中也加快了自动化产业的不断发展。同时，也对自动化硬件设备也提出更高的精度要求。双轴工作台虽然只是自动化硬件中的很小一部分，但是它的未来也是十分可观的。对于目前五轴数控机床加工一些极其复杂工件一定是不二之选，这样的机床对我们国家医疗设备要求高精度的情况下，具具有十分可观的价值，它目前被行业的专家堪称是工业制造业的核心。随着十四五的规划，我国也在不断的向社会主义现代化的道路进行着发展。同时，五轴数控机床系统将会是解决高精度设备以及精度要求极高的设备加工的唯一方法。然而提高五轴数控机床科学技术含量以及它的精密度的一个重要方法是加强它的精度。回转工作台如果得到了较好的提高，五轴数控机床行业的部分需求将可以得到一定程度的缓解，使得我国在一些行业的高精度加工中不会处于劣势状态。
1.3本课题的主要研究内容
五轴联动系统的基础中包含了双轴回转工作台，它不仅可以实现摆动轴的摆动，而且也实现了回转轴的回转。将摆动轴与回转轴更精准的定位好。现在，我们可以在三轴的系统中再次加入两个轴，使其成为五轴系统。如今，面临着一些生产制造的需求，我们不得不对设备进行一些改造，并且目前将三轴改造成为五轴的的最为简捷方式之一。目前，随着全球化的发展，对于机械加工的要求提出更加高的要求。如今的我们，要求机床对一些工件进行加工的时候,不仅要沿着沿着X轴、Y轴、Z轴做进给运动, 而且我们还需要为它们提供更高的精度要求。因此，我们分别把它们称为A轴、B轴以及C 轴。
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