義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ( 2008 屆 ) 題目： 程控珠寶鏈焊接機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 步進(jìn)電機(jī)的控制與調(diào)整 系 別 計(jì)算機(jī)工程系 專(zhuān) 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí) 05電氣自動(dòng)化 學(xué)生姓名 劉松斌 學(xué) 號(hào) 0511030112 導(dǎo)師姓名 樓忠興 實(shí)驗(yàn)師 成 績(jī) 2008年 5 月 15日 目 錄 摘 要 . I 一、引 言 . 1 二、 . 1 （一）西門(mén)子 . 1 （二） . 2 （三）步進(jìn)電機(jī)的工作原理 . 2 . 2 . 3 . 3 三、程控珠寶鏈焊接機(jī)步進(jìn)電機(jī) 的控制與調(diào)整 . 3 （一）程控珠寶鏈焊接機(jī)概述 . 3 （二）利用西門(mén)子系列 制步進(jìn)電機(jī) . 4 紹 . 4 . 4 . 7 （三）程控珠寶鏈焊接機(jī)的保護(hù)措 施 . 7 . 7 . 9 . 9 四、總 結(jié) . 9 致 謝 . 10 參考文獻(xiàn) . 11 I 摘 要 多條珠寶鏈的火焰自動(dòng)焊接系統(tǒng)，所有焊接的參數(shù)都 是由電子設(shè)備控制。工作循環(huán)是通過(guò)多個(gè)鏈條的同時(shí)進(jìn)給模式完成，每一個(gè)模式對(duì)應(yīng)一個(gè)鏈條型號(hào)。新裝置通過(guò)可編程邏輯控制器（ 步進(jìn)電機(jī)的速度與參數(shù)控制 可以實(shí)現(xiàn)焊料的精確進(jìn)給和夾緊，以保證機(jī)器可以有高的工作效率和質(zhì)量保證。本文主要闡述這一控制機(jī)理研究與具體實(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞 : 步進(jìn)電機(jī) 控制 脈沖 、引 言 浙江飾品行業(yè)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外具有知名度和影響力的特色產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)有飾品企業(yè)和經(jīng)營(yíng)戶(hù) 4000多家，從業(yè)人員約 15萬(wàn)人，年產(chǎn)值約 120億元人民幣，浙江飾品占中國(guó)飾品總銷(xiāo)量的 70%，年出口外銷(xiāo)額約 80 億元人民幣，特別是在義烏，已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但同時(shí)也暴露出了許多發(fā)展中的問(wèn)題，資源與環(huán)境、裝備與行業(yè)發(fā)展之間的矛盾十分突出，如何解決發(fā)展中的矛盾和問(wèn)題，保持浙江飾品行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)全行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，已成為全行業(yè)廣大企業(yè)共同關(guān)心的問(wèn)題。 飾鏈生產(chǎn)企業(yè)由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的提高，產(chǎn)品樣式越來(lái)越多樣化，其中之一就是單鏈到現(xiàn)在的雙鏈多鏈造型，因而對(duì)設(shè)備的要求也越來(lái)越高。目前大多數(shù)企業(yè)采用進(jìn)口設(shè)備，投入資金過(guò)大，生產(chǎn)成本過(guò)高，但手工焊接又難以保證質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，因而需要研制一種自動(dòng)化 程度較高的拼鏈焊接設(shè)備。本文主要闡述如何研究程控珠寶鏈焊接機(jī)結(jié)合 序控制器的特點(diǎn)，經(jīng)該裝備加工，實(shí)現(xiàn)雙鏈或多鏈焊接。 二、 制步進(jìn)電機(jī) （一）西門(mén)子 制步進(jìn)電機(jī)的原理和方法 在采用 據(jù)具體情況可選用 多種不同的控制方案。常見(jiàn)的控制方案是利用西門(mén)子 高速脈沖 計(jì)數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，經(jīng)過(guò)專(zhuān)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去控制步進(jìn)電機(jī)。其發(fā)出的頻率最大為 10能夠滿(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)的要求 。但是步進(jìn)電機(jī)要求把具有足夠功率和一定頻率的脈沖電壓 (電流 )按著選定的順序加給控制繞 組 ， 而 達(dá)不到能夠直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功率， 所以 ， 必須是 過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái) 控制步進(jìn)電機(jī)。 其 結(jié)構(gòu)框圖如圖 圖 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 2 （二） 定義及特點(diǎn) 可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) ,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并 能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程 。具有 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ， 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) ， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 ， 體積小，重量輕，能耗低 等特點(diǎn)。 （三）步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)每相繞組不是恒定地通電，而是按一定的規(guī)律輪流通電。 如圖 其 作 用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)可以按特定指令進(jìn)行角度控制，也可以進(jìn)行速度控制。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù) 成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率 (f)成正比，如兩相步進(jìn)電機(jī)設(shè)定為半步的情況下 (電機(jī)轉(zhuǎn)一圈400個(gè)脈沖 )： n=60f/200(轉(zhuǎn) /分 )。 圖 單三拍工作電壓波形圖 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖， 它就轉(zhuǎn)一步 ， 再發(fā)一個(gè)脈沖 ， 它 會(huì)再轉(zhuǎn)一步。2個(gè)脈沖的間隔越短 ， 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)的越快 。 調(diào)整送給 步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率， 就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 。 3 步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感，即震動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小震動(dòng)，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，提高電機(jī)運(yùn)行的平衡性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力距，鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性跟不上電信號(hào)的變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象。所以步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須有加速過(guò)程，在停止 時(shí)必須有減速過(guò)程。理想的加速曲線一般為指數(shù)曲線，步進(jìn)電機(jī)整個(gè)降速過(guò)程的頻率變化規(guī)律是整個(gè)加速過(guò)程頻率變化規(guī)律的逆過(guò)程。 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中頻率變化曲線 如圖 圖 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中頻率變化曲線 三、程控珠寶鏈焊接機(jī)步進(jìn)電機(jī)的控制與調(diào)整 （一）程控珠寶鏈焊接機(jī)概述 程控 珠寶鏈火焰自動(dòng)焊接機(jī)。所有焊劑的參數(shù)都是由電子設(shè)備控制的。工作循環(huán)是通過(guò)兩個(gè)鏈條的進(jìn)給模式完成的，每一個(gè)模式對(duì)應(yīng)一個(gè)鏈條型號(hào)。新裝置可以實(shí)現(xiàn) 4 精確的進(jìn)給和夾緊鏈條，以保證機(jī)器可以有高的工作效率并減少報(bào)廢量和保證持續(xù)生產(chǎn)?？删幊?邏輯控制器（ 制一個(gè)可調(diào)整速度的工作循環(huán)，使得在工具改變時(shí)對(duì)機(jī)器的調(diào)整更加方便，這要感謝有一個(gè)可調(diào)整的同一中心鏈條的引導(dǎo)，以及焊接烙鐵的快速定位和新的焊接原料。機(jī)器具有一系列的節(jié)氣閥用來(lái)防止震動(dòng)和噪音。 圖 程控珠寶鏈焊接機(jī) （二）利用西門(mén)子系列 制步進(jìn)電機(jī) 紹 7機(jī)型有 14個(gè)輸入點(diǎn)和 10個(gè)輸出點(diǎn)， 2個(gè)模擬電位器，帶 24V（ 出電源， 高 速脈沖輸出 00頻率 能滿(mǎn)足該裝備的控制與可靠運(yùn)行。 出點(diǎn) 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路的 如圖 示 ， 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路 的 高速 腳步時(shí)鐘 脈沖 ， 邏輯電平設(shè)置為順時(shí)針?lè)较颍瓦壿嬰娖皆O(shè)置為逆時(shí)針?lè)较?。單位時(shí)間內(nèi) 鐘脈沖輸出的個(gè)數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)距從而控制焊絲的進(jìn)給量。 A+）一組， B+）與 組分別與步進(jìn)電機(jī)連 接。高邏輯電平時(shí)， A+）一組通電步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。低邏輯電平時(shí) B+）與組通電步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 5 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 圖 6 表 7 通過(guò)面板 圖 變發(fā)送時(shí)鐘脈沖的數(shù)量可控制設(shè)備移動(dòng)部件移動(dòng)的距離與進(jìn)給速度。 圖 按下 14菜單按鈕可以顯示機(jī)器的控制菜單。該菜單分為兩個(gè)級(jí) ，第一級(jí)為 機(jī)器 ，第二級(jí) 為 焊接 。 通過(guò)按下?lián)Q檔鍵 13和菜單按鈕 14可以在兩 個(gè)級(jí)間進(jìn)行切換。在第一級(jí)“機(jī)器”時(shí)， 按下菜單按鈕 14可以顯示 正在運(yùn)行的程序以及是否需要執(zhí)行本次焊接 ，也可以選擇修改程序編號(hào) 。 在第二級(jí)“焊接” 時(shí) 按下菜單按鈕 14可以顯示 兩 個(gè)窗口 。 第 一 個(gè) 窗口可以調(diào)節(jié)回線數(shù)量和焊接的冷卻時(shí)間。 量）， 以“毫米”為單位表示焊絲的數(shù)量。.（轉(zhuǎn)速）， 以“毫米每秒”為單位表示焊 絲的加載速度（焊接時(shí)焊絲的進(jìn)給速度）。 第二 個(gè) 窗口可以調(diào)節(jié)焊絲的數(shù)量和速度。 拉）， 以“毫米”為單位表示焊絲加載結(jié)束時(shí)移走的線量，回復(fù)速度和下次焊接的收線并不會(huì)發(fā)生改變。卻）， 以“秒”為單位表示下一個(gè)工作循環(huán)開(kāi)始時(shí)所需的冷卻時(shí)間。 （三）程控珠寶鏈焊接機(jī)的保護(hù)措施 這個(gè)傳感器 如 圖 示 ,具有停止機(jī)器的功能，當(dāng)有一個(gè)或所有的穿過(guò)這個(gè)傳感器的鏈條出現(xiàn)故障時(shí)，這個(gè)傳感器會(huì)使機(jī)器停下來(lái)。 8 這個(gè)傳感 器可以通過(guò)用小的螺絲刀在螺絲 2上進(jìn)行設(shè)置。如果傳感器上的 光二極管） 3亮了，應(yīng)該逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲直到傳感器上的 后再順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲，直到傳感器上的 著需要把螺絲再旋轉(zhuǎn)半圈。萬(wàn)一在設(shè)置之前，傳感器上的 可以直接執(zhí)行上述設(shè)置方法中的第二部分。當(dāng)傳感器上 示因?yàn)殒湕l出現(xiàn)了故障，已經(jīng)使傳感器 動(dòng)作了。如果決定傳感器（鏈條終止傳感器，錯(cuò)誤地調(diào)整）動(dòng)作的原因 出現(xiàn)了故障的話，傳感器上的 對(duì)信號(hào)產(chǎn)生記憶，而僅僅是關(guān)閉。減少調(diào)整的閥值（設(shè)置過(guò)程中，在傳感器 上的 時(shí)針旋轉(zhuǎn)少于半圈）會(huì)導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)意外的停止。 圖 鏈條定位傳感器 1 銷(xiāo)釘， 2 桿子， 3 接近開(kāi)關(guān)， 4 螺絲， 5 彈簧勾， 6 傳感器支撐裝置。 圖 鏈條終止傳感器 1 傳感 器， 2 螺絲， 3 9 這個(gè)傳感器是用來(lái)在鏈條進(jìn)入鏈條引導(dǎo)裝置時(shí)，控制鏈條，使其能夠到達(dá)一個(gè)合適的位置，如果萬(wàn)一出現(xiàn)了什么問(wèn)題，這個(gè)傳感器會(huì)使機(jī)器停下來(lái)。 如圖 如果有一條鏈條進(jìn)入，抬起了銷(xiāo)釘 1，接近開(kāi)關(guān) 3就會(huì)失電，并使機(jī)器停下來(lái)。 在螺絲 4的幫助下，通過(guò)對(duì)傳感器支撐裝置 6進(jìn)行調(diào)整，從而來(lái)設(shè)置這個(gè)傳感器，以至于當(dāng) 銷(xiāo)釘 1有輕微移 動(dòng)時(shí)，接近開(kāi)關(guān) 3上的 當(dāng)鏈條鎖緊臂到達(dá)行程的尾部時(shí)，如果萬(wàn)一鏈條斷開(kāi)了，這個(gè)安全裝置也會(huì)使機(jī)器停下來(lái)。這個(gè)裝置是可以被禁止掉的。 四、總 結(jié) 從去年 11 月份選題開(kāi)始，歷經(jīng) 5 個(gè)多月時(shí)間的忙碌，在指導(dǎo)老師、同組同學(xué)、同事的幫助下，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。目前已有 10 臺(tái)程控珠寶鏈焊接機(jī)設(shè)計(jì)成功并已投入生產(chǎn)，并取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 雖然程控珠寶鏈焊接機(jī)設(shè)計(jì)成功可喜，但也存在著一些不足與待改進(jìn)之處。例如生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)器的穩(wěn)定性，主要是 0220( 10%)于電源線來(lái)的干擾， 于可靠性要求很高的場(chǎng)合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為 1： 1 的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。如信號(hào)的傳導(dǎo)干擾，但 由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。 因而如何解決干擾也有待進(jìn)一步研究。 目前， 每套設(shè)備按設(shè)計(jì)要求每小時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)品 10米計(jì)， 1臺(tái)設(shè)備每天 12小時(shí)可生產(chǎn) 120米，生產(chǎn)效率較低。因此 如何提高生產(chǎn)效率是我們所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，也是核心問(wèn)題。很值得我們?nèi)パ芯扛?進(jìn)。 10 致 謝 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中 ，首先要感謝我的導(dǎo)師 樓忠興老師 ， 從論文的選題 、資料 查詢(xún)、開(kāi)題以及 畢業(yè)設(shè)計(jì) 研究的每個(gè)細(xì)節(jié) 樓老師 都傾 入 了極大的 精力與幫助，樓老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)