基于PLC的雕刻机控制系统设计.doc

目录

1 绪论 .......................................................................1

1.1 课题的研究意义 ..........................................................1

1。2 雕刻机的应用及发展 .....................................................1

1.2.1 雕刻机的应用.......................................................1

1.2.2 国内外发展与现状...................................................2

1。3 课题研究的主要内容 .....................................................3

2.2 控制器的选择 .............................................................6

2.3 限位开关 ..................................................................7

3 硬件电路设计 ................................................................9

3。1 主电路设计 ...............................................................9

3。1。1 步进电机及步进驱动器 ..............................................9

3。1。2 主轴及变频驱动....................................................9

3。2 控制电路设计 ............................................................11

3.2.1 控制要求 ...........................................................11

3。2.2 步进电机驱动器....................................................12

3.2。3 PLC 选型 ..........................................................14

5 总结 .......................................................................43

致谢 ........................................................................43

基于 PLC 的雕刻机控制系统设计

摘要 自从有了人类的社会活动以后,就有了雕刻这一行业，伴随着人类社会的发展,如今人们对

雕刻有了全新的认识，随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深，应用范围会得到不断扩大，

应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定会有更广阔的前景。

本文论述了雕刻机的控制要求及驱动方式，设计了基于 PLC 控制的三维雕刻机的电气控制

线路,并编制了实现轨迹运行的控制程序。三维雕刻机为滚珠丝杠设计，X、Y、Z 三轴采用步进

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，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

understanding and grasp the scope of application will been expanding the

application level will gradually increase ,engraving process must be more broad

prospects.

This paper discusses the requirements and drive mode control engraving machine，

the design of PLC—based electrical control circuit controls the

three—dimensional engraving machine and prepared to achieve trajectory control

program running。 Three-dimensional engraving machine for the ball screw design，

X， Y, Z-axis stepper system ，respectively， to achieve three-axis position control

with high-speed pulse output PTO and the positioning module EM253 CPU， the spindle

AC variable frequency drive, the system set up limit switches and position sensors

1 绪论

自从有了人类的社会活动以后，就有了雕刻这一行业,伴随着人类社会的发展，现如今人们

对雕刻有了全新的认识，电脑雕刻加工的兴起与发展是时代发展的需要，电脑雕刻代替机械雕

刻已是大势所趋.电脑雕刻加工可以就是目前理想的选择,虽然有些地区电脑雕刻加工业务量不

是很多，但它是雕刻行业发展的必然趋势。雕刻加工涉及各行各业、分布很广，有礼品业、广

告业、印章业、木器加工业、建筑业、艺术模型业、机械加工、工装模具等等，随着人们对雕

刻机的认识和掌握逐步加深,应用范围会得到不断扩大,应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定

会有更广阔的前景。

随着近年来我国制造业的迅速发展，我国的雕刻机产业也获得了良好的发展机遇，数控木

1。2。1 雕刻机的应用

在现在这个科技时代，计算机应用技术和机电一体化技术的飞速发展，机械领域、电子领

域和控制、检测领域都空前发展，小型雕刻机也将随着这些技术的发展，涉及众多工业品的生

产和加工过程,获得一个更为广阔的应用范围。

如今,雕刻机在各行各业中的应用已日益广泛，因此，此行业的竞争是十分激烈的.目前国内

外市场上出现的雕刻机，虽然性能较好，但价格也非常昂贵。普通的雕刻机都是万元以上，令

一些小单位及个人用户望而却步.如美国的“雕霸"、法国的“嘉宝”和日本的“御牧”都是此

行业的佼佼者，但其价格非常昂贵，不管大小都在 10 万元人民币以上.近些年，国内的雕刻机，

如北京的“精雕”、上海的“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但其价格也不菲。因此，着力提

高雕刻机的性价比是十分必要的。

雕刻加工涉及到了各行各业、分布很广，有礼品业、广告业、印章业、木器加工业、建筑

业、艺术模型业、机械加工、工装模具等行业,介于雕刻机的广泛用途，随着社会的发展,雕刻

机行业的发展也是必然的，其竞争会呈现出更加激烈的局面，因此，对雕刻技术的创新是十分

必要的。功能完善、性格稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。

数控雕刻机作为制造业一个有力工具，有着非常广阔的发展前景，随着计算机技术、机电

技术、机械技术等各个科学技术的发展，数控雕刻机的功能将日益强大,性能将更趋稳定。雕刻

机发展趋势总结如下：

（1）更加精密

控制部分和机械部分精度的提高将极大地提高雕刻系统的精度，控制部分将向闭环私服方向

发展，通过反馈调整做到误差补偿，从而可以大幅度提高精度；机械部分将采用更高精度的滚

正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本等国也开始研制。20 世纪 90 年代,

随着微电子技术的突飞猛进,直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带

动了整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃.雕刻机完成了从 2D—2.5D-3D 加

工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。

21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控

制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上

看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更

齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，

各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际

市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业

十字滑台如图 1。1 所示.主要由控制工作台在 X、Z 轴二个方向上运动的二个滚珠丝杠副和控制刀

具安装夹具在垂直方向(即 X 轴）上下运动的滚珠丝杠副、刀具旋转的主轴驱动设备等器件构成.

图 1.1 三自由度十字滑台

(1)工作台：主要功能是用来固定工件或夹具等，工作台上面的 T 型为工件的拆装提供了便利。

（2)滚珠丝杠副：是运动执行机构,通过丝杆的正、反转动带动装在直线导轨副上的螺母块左

右运动，以滚直线导轨副为导向支承的方式构成，具有活动灵活、运动平稳、精度高、摩擦系

数小、结构紧凑等特点，如图 1.2 所示。

（3）主要技术指标如下：

雕刻机床的三轴驱动电机一般有步进电机，交流伺服电机，直流伺服电机和直线电机等。

2.1.1 直流驱动