三坐标划线机动态特性分析与控制系统研究

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要在零部件加工生产过程中，需对零部件进行钳工划线，据此来确定其加工位置及加工轮廓等。钳工划线时，通常使用角尺、圆规、钳工划线盘、钢直尺等工具。划线工序复杂且不能保证较高的精度，而划线的精度又直接影响工件的加工质量。尤其当零件尺寸较大、外形复杂，需对多个面进行划线时，划线精度低、效率不高、劳动强度较大。同时随着生产制造业的发展，所需零部件的增加，人工划线效率已不能满足生产的需求，因此对划线技术提出了更高的要求。20世纪初，随着数控技术及计算机的发展，CNC(computernumericcontro

2、l)型数控系统日益普及，设计一种数控型三坐标划线机以取代传统钳工划线将有助于提高工业生产效率以及产品质量，同时只需一次或两次装卡便可完成对整个工件的划线。本文主要对三坐标划线机进行研究与设计，主要包括机械系统和控制系统设计两部分。主要工作内容如下：(1)结合主体结构及精密机械设计原则，运用机械三维设计软件Pro/Engineer完成划线机的三维机械结构设计，包括通用器件选型、划线头结构设计、运动机构设计、回转工作台的选择、Z进给机构设计及基台五部分设计。(2)运用有限元分析软件ABAQUS对划线机横梁进行建模与模态分析，分

3、析得出横梁的固有频率和实验所需分析阶数，以及横梁前8阶的固有频率及振动云图。根据ABAQUS分析，对横梁进行了不同工况下的模态实验。通过实验分析，得出ABAQUS分析数据的合理性，并为划线头转速设定提供数据依据以及划线头处在不同工况下对其固有频率的影响。经过动态特性分析，能够优化结构设计，从而提高划线机的划线精度。(3)在此基础上，本文详细制定了控制系统设计方案，包括控制系统硬件和软件设计。以可编程控制器（PLC）为控制核心，完成PLC选型、地址分配、接线、通讯等控制系统硬件设计。同时集中完成三坐标划线机控制编程（复位、对

4、刀、点动、坐标反馈等）、触摸屏界面设计及PLC与触摸屏串口通信信号连接等。(4)本课题主控系统采用可编程序控制器（PLC），配以编码器、驱动器、步进电机等设备。完善划线机三坐标轴的步进电机驱动器输出逻辑控制，实现划线机运动控制功能。同时为提高划线机控制精度，采用高精度的滚动丝杠，并利用编码器、PLC、驱动器和步进电机构成双闭环PID控制回路，实现三个坐标X、Y、Z的稳定输出进给，提高三坐标划线机的工作可靠性。论文在对划线机进行机构设计的基础上，通过动态特性分析，为提高划线机的划线精度提供了数据依据。同时本文主要介绍了划线机

5、控制系统核S7-200PLC的硬件设计及其软件设计。划线机的研究对未来提高制造业生产效率具有重要意义。关键词：三坐标划线机；模态分析；控制系统；触摸屏硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractIntheprocessofpartsprocessing,workerneedabenchtousescribermarklinesontheworkpiecetodeterminetheprocessinglocationandoutline.Itnormallyusedverniercaliper,compasse

6、s,fitterdisc,steelruler,andotherfrequentlyusedtools.Thisprocessiscomplexandcannotguaranteehigheraccuracy.Andtheaccuracyofscribingwillbedirectlyaffectedpartsmachiningaccuracy.Whenpartsarelarger,havecomplexshape,andneedtobescribedwithanumberofsurfaces.Itiseasilytore

7、sultinlowprecision,lowefficiency,greaterlaborintensity.Atthesametime,withthedevelopmentofmanufacturing,theproductionefficiencyofartificialscribingcannotmeettheincreaseneedsofcomponents.What’smore,higherqualityandefficiencyhavebecomeitsdevelopingtrend.Withthedevelo

8、pmentofcalculatortechnologyandnumericalcontroltechnology,CNC(computernumericcontrol)controlsystemhasbecomeincreasinglypopular.Todesign3-CoordinateAutoma