2032.光纤研磨机控制电路及气动加压系统设计

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1、毕 业 论 文毕业设计论文题目： 光纤研磨机控制电路及 气动加压系统设计 单位： 专业： 姓名： 2008年 月 日摘 要光纤研磨机采用具有公转、自转复合的转台运动机构实现光纤端面的均匀研磨性能，适用于大批量生产光纤连接器件。在光纤端面高精度、高效率研磨抛光过程中，应使研磨盘具有合理的运动轨迹及恒定的压力保持，为实现这一目的，本论文针对研发的光纤研磨机进行了控制电路及气动加压系统设计。采用变频调速器对主运动电机转速实现无级调整，低成本条件下,采用继电器控制电路和气动系统完成加工过程中的压力控制。对所完成的设计经FluidSIM软件仿真及实验验证证明设计合理可靠，可实现所需功能要求，这对研磨机的

2、开发及实际应用提供了保证。关键词：光纤研磨；气动系统；电气系统；FluidSIMAbstractFiber muller is used in the mass product of fiber linkers which has the uniformity rubbing character to the fiber flank with the revolution and rotation turret. When the fiber optics flank is rubbed and polished subtly and efficiently, we should make t

3、he rubbing dish own reasonable sport track and keep the stable pressure, in order to realize this target, this thesis aims at design the electric circuit control and pneumatic pressurization system of fiber optics muller. Adopts frequency changed machine to realize no class adjustment to the turning

4、 speed of the major electrical engineering, and in the condition of low cost adopts electric appliances to control electric circuit and the pneumatic system to accomplish the pressure control in the process of the processing. The finished design was certificated by the FluidSIM software really imita

5、te and the experiment, which is verified reasonably and credibility, the design can realize the requested function, which offers the assurance for the development and actual application of the muller.Key words: fiber rubbing, Pneumatic systems, Electrical systems；FluidSIM目 录1 绪 论12 光纤研磨机电控电路及压力控制的设计

6、方案42.1 触摸屏的原理及类型42.1.1 电阻触摸屏42.1.2 红外线触摸屏52.1.3 电容式触摸屏62.2 触摸屏电路举例72.3 电气系统、气动系统的初步设计方案83 气动恒压控制系统设计93.1 设计依据93.2 设计气动系统回路93.3 气动系统工况图103.4 执行元件尺寸的计算和选择123.5 选择控制元件123.5.1 确定各控制元件的有效截面积和尺寸123.5.2 选择气动二联件133.5.3 选择空气压缩机143.5.4 溢流减压阀143.5.5 二位三通换向阀153.5.6 单向节流阀153.5.7 二联件153.5.8 梭阀164 电控系统回路设计及工作步骤174

7、.1 电气系统设计方案174.1.1 电机启动电路设计174.1.2 气动系统控制电路设计194.2 气动系统工作过程分析194.2.1 关于FluidSIM软件194.2.2 研磨加工过程203.2.3 抛光加工过程分析235 控制面板的设计275.1 控制面板开关选择275.2 控制面板设计方案276 实验装置的设计及实验286.1 实验回路的设计286.2 实验的结果30结 论31参考文献32附录A 电气、气动系统元件列表33附录B 气动元件安装图35附录C 在FLUIDSIM下电气、气动系统图36411 绪 论光纤连接器是光纤通信和其他光纤技术中使用量最大的光无源器件。随着光纤通信和其

8、他光纤技术朝着高速度和接入网方向发展，对光纤连接器品质要求会越来越高，使用量将越来越大。影响连接器质量因素很多，但研磨技术是直接影响生产产量和质量的重要因素。 1、研磨方法 影响研磨质量的因素 光纤连接器是将光纤穿入一个精度很高的陶瓷插针体内，用环氧树脂胶将光纤固定，然后进行研磨抛光。要保证光纤和陶瓷插针表面有光滑的过渡，光纤在研磨中不应产生缺陷。 影响连接器品质的主要因素是： 光纤表面不光洁，有划痕或瑕疵； 光纤的圆心研磨偏移； 光纤的突出、凹陷； 陶瓷端面曲率半径的大小。 如果不解决好上述四个问题，光纤连接器品质就无法达到高的标准。 研磨抛光方法 当前，研磨抛光工艺有两种，第一种是简单的手

9、工研磨，所采用的方法是用一个简单的夹具将一个粘接好的陶瓷插针在氧化铝砂纸上多次研磨，然后用放大镜目测光纤表面的光洁划伤程度。这种研磨抛光成本低，但是质量不稳定，光纤的圆心的研磨偏移和光纤的凹陷都比较大，只能生产低品质的光纤连接器。因此，这种工艺主要是用于工程安装和现场抢修。 第二种研磨抛光工艺是先进的机器研磨，对光纤连接器进行研磨抛光时，将它们装在多插口的夹具上，采用研磨机进行多个步骤的研磨。这种方法效率高、质量稳定，比较彻底地解决了研磨的质量问题。 机器研磨的优点： 效率高、不到5分钟就可一次完成1218个高品质的光纤连接器的研磨。 保证光纤的圆心研磨偏移符合标准。 保证光纤的凹陷符合标准。

10、 保证光纤表面无划痕或瑕疵。 2、研磨效率和质量 光纤连接器生产线上配备有12芯、18芯单轴连接器研磨机、三轴连接器研磨机和先进的全自动非接触干涉镜系统。采用高品质金刚石砂纸，从去胶、开球、粗磨、中磨直到精磨严格按工艺过程生产，同时用先进的干涉显微镜系统监测研磨后光纤连接器研磨质量的变化。在研磨过程中出现研磨偏移、光纤凹陷时，可以采用调正研磨机的时间、压力等措施实行生产过程中的最优控制。 由于采用先进的研磨工艺，我所光纤连接器的生产量逐年上升，已从1996年的3.5万套增长到1998年的18万套。 3、光纤研磨机工作原理及机械机构光纤研磨机工作原理如图1.1所示。工作时研磨盘通过行星轮及皮带轮

11、在电机的带动下旋转，进行研磨加工机床上部的气缸通过夹具的主轴使夹具上下移动既保证安放工件和拿取工件的方便，又能对工件施加研磨压力。右侧的主电机由其上部的变频调速器控制，以适当的速度旋转。主电机通过皮带及皮带轮带动主轴旋转。本文是关于纤研磨机电控电路及气动自动加压系统设计，由于光纤研磨加工过程中压力保持平稳，压力波动小，所以对于气动系统采用恒压气动系统。为保证光纤的加工精度、研磨时间，采用延时继电器延时控制。由于行星轮的运动轨迹对工件加工的影响所以电机调速采用变频调速器。图1.1 光纤研磨机机械结构示意图2 光纤研磨机电控电路及压力控制的设计方案2.1 触摸屏的原理及类型触摸屏做为一种特殊的计算

12、机外设，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏的种类与原理如图2.1所示。触摸屏的基本原理是，用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测，并通过接口(如RS-232串行口)送到CPU，从而确定输入的信息。 触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。其中，触摸屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行：触摸检测装置一 图2.1 触摸屏的基本原理图般安装在显示器的前端

13、，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制卡。 2.1.1 电阻触摸屏电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。 当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，这种接通状态被控制器侦测到后，进行AD转换，并将得到的电压值与5V相比即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得

14、出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻类触摸屏的关键在于材料科技。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏。电阻式触摸屏在强化玻璃表面分别涂上两层OTI透明氧化金属导电层，最外面的一层OTI涂层作为导电体，第二层OTI则经过精密的网络附上横竖两个方向的+5V至0V的电压场，两层OTI之间以细小的透明隔离点隔开。当手指接触屏幕时，两层OTI导电层就会出现一个接触点，电脑同时检测电压及电流，计算出触摸的位置，反应速度为10-20ms。五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命

15、，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。不过,在限度之内，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的。2.1.2 红外线触摸屏红外线触摸屏安装简单，只

16、需在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管如图2.2所示，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便可即时算出触摸点的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。早期观念上，红外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因而一度淡出过市场。此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进，但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。但是，了解触摸屏技术的人都知道，红外触摸屏不受电流、电压和静电干

17、扰，适宜恶劣的环境条件，红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋势。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老化，触摸界面怕受污染、破坏性使用，维护繁杂等等问题。红外线触摸屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率，必将替代其它技术产品而成为触摸屏市场主流。过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管数目决定，因此分辨率较低，市场上主要国内产品为3232、4032，另外还有说红外屏对光照环境因素比较敏感，在光照变化较大时会误判甚至死机。这些正是国外非红外触摸屏的国内代理商销售宣传的红外屏的弱点。而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法，分辨率已

18、经达到了1000720，至于说红外屏在光照条件下不稳定，从第二代红外触摸屏开始，就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点。第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品，它实现了1000720高分辨率、多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别，可长时间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功能，如网络控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。原来媒体宣传的红外触摸屏另外一个主要缺点是抗暴性差，其实红外屏完全可以选用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能，这是其他的触摸屏所无法效仿的。图2.2 红外线显示屏红外线式触摸屏价格便宜、安装容易

19、、能较好地感应轻微触摸与快速触摸。但是由于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作，外界光线变化，如阳光、室内射灯等均会影响其准确度。而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢，任何细小的外来物都会引起误差，影响其性能，不适宜置于户外和公共场所使用。2.1.3 电容式触摸屏电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。此外，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场、手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而其强弱与手指及电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控

20、制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素给触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符的模糊。电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道，电容值虽然与极间距

21、离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的的绝缘系数有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。 电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。例如：开机后显示器温度上升会造成漂移：用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移，你触摸

22、时如果有人围过来观看也会引起漂移；电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足，环境电势面（包括用户的身体）虽然与电容触摸屏离得较远，却比手指头面积大的多，他们直接影响了触摸位置的测定。此外，理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性，如：体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的，而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系，电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂移后控制器不能察觉和恢复，而且，4个A/D完成后，由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂。由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。电容触摸屏最外面的

23、矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层，电容屏就不能正常工作了。2.2 触摸屏电路举例采用555时基电路制作的双键触摸开关与单键触摸延迟开关。图2.3中M1是“开”触摸片，当人手触碰时，人体感应的杂波信号加到时基电路的低电平触发端IC的脚，电路置位，脚输出高电平，继电 器K得电吸合，其常开触点闭合，被控电器通电工作。M2为“关”触摸片，一旦触碰，人体感应的杂波信号加到555的阈值端IC，电路复位，脚输出低电平，继电器失电跳闸，被控电器停止工作。图2.3 触摸屏电路举例由于触摸屏的造价比较高且受环

24、境条件的限制，所以采用传统的控制方法继电器控制电路。2.3 电气系统、气动系统的初步设计方案 在光纤研磨加工过程中，为保证研磨时间，可采用继电器电路，通过继电器控制常开（常闭）触点实现控制。用延时继电器线圈控制常开（常闭）触点的延时闭合（断开）时间保证研磨的时间。 时间继电器线圈造价低廉，且能完成加工时间的保证，所以本设计采用继电器电路完成控制。 恒压回路采用精密减压阀、换向阀，保证研磨过程中压力平稳，压力波动小，及压力大小的转换。3 气动恒压控制系统设计本机床的气动控制系统是用来控制带动夹具上气缸的运动。气动系统气源由小型空压机提供，压缩空气经空气滤清器、油雾器供给系统，系统压力由普通减压阀

25、调定。调整研磨时压力的减压阀选择精密减压阀，保证研磨过程压力平稳，压力波动很小。3.1 设计依据1）工作压力 P=0.5（MPa）2）气缸往复运动时间 推出 （s） 缩回 （s）3）气缸行程 L=30（mm）4）负载工作压力 W=200（N）5）气缸活塞运动的方向 垂直上下6）工件运动时的摩擦因数 取=1.07）活塞往复次数 12次（1min内）8）管道长度 =1（m）9）其他3.2 设计气动系统回路夹紧工件的控制回路中，由二位三通电磁阀、减压阀、单向节流阀、梭阀过滤器及连接管道对气缸进行控制，如图3.1所示:在加工开始时，由于工件表面不平整。如果直接以工作压力加到工件上，则工件凸起处与磨具间

26、的局部压强特别大，摩擦阻力大，造成工件自转不灵活，使工件把磨具上的丸片撞变形甚至打落，有时工件还会被甩脱，造成危险。因此我们在机床刚开始加工时，使二位三通换向阀1电磁铁得电，压缩空气经高压减压阀1到气缸，使加压工件上的压力较小，当加工一段时间后，工件磨得较平整，二位三通换向阀1断电，使二位三通换向阀2电磁铁得电，压缩空气只通过高压减压阀2，使加在工件上的压力加大，以提高研磨加工效率，在研磨加工快结束时，再一次接通低压回路，使工件在较低的加工压力下进行研磨，这有利于降低工件的表面粗糙度值。在磨料粒度较粗时，这种采用高低压加工的方法对降低工件表面粗糙值的办法尤为有效。图 3.1 气动控制系统图3.

27、3 气动系统工况图 根据气路回路工作情况电磁铁工况图如图3.2所示：图 3.2 气动系统电磁铁动作工况图由图可见，工作循环为快进工进快退，完成工作循环。研磨加工过程中：电磁铁1得电换向，气缸活塞向下移动，加工完成后，电磁铁3得电换向，气缸活塞向上移动回到初始位置，研磨加工完成电磁铁动作如图图3.3所示。抛光加工过程中：电磁铁2得电换向，气缸活塞向下移动，加工完成后，电磁铁3得电换向，气缸活塞向上移动回到初始位置，抛光加工完成电磁铁动作如图图3.4所示。图3.3 研磨加工过程中电磁铁动作图图3.4 抛光加工过程中电磁铁动作图3.4 执行元件尺寸的计算和选择气缸负载的确定2：由式计算 气缸的确定

28、当气缸工作在向上推送工件时，取负载率a=50% 则=4.67 （m）故选择气缸内径为并带缓冲结构的类型CA1KB50-25。检查气缸的缓冲性能：1）求气缸的平均速度和最大速度 （mm/s）（mm/s）2）气缸带负载时的运动能量为： (N/m)3.5 选择控制元件按气缸容积和运动时间求各控制元件的合成有效截面积2： （mm）3.5.1 确定各控制元件的有效截面积和尺寸选择各元件的有效截面积时，要在表中选接近于计算得出的合成有效截面积的两倍左右，并选定接口尺寸和型号。这可由生产厂的产品样本查得（气动元件安装图见附录D）。换向控制阀选K23JD-8（T）型，其有效截面积 （mm）速度控制阀选KLA-

29、L10型，其有效截面积 （mm）梭阀选KS-L8型，其有效截面积 （mm）验算由这些元件实际使用时的合成有效截面积：由式 故可得出S=9.6 （mm）可见其合成值略大于要求的10.9（mm），可以使用。验算加入配管容积后对气缸动作时间的影响。由于配管加入后气缸的动作时间为： （S）故满足原要求的运动时间1.2s的指标。3.5.2 选择气动二联件为满足气缸运动时给定的动作时间和输出力，二联件需满足气缸运动时的最大流量，因此应分别求出动作时流入气缸的瞬时流量和管道瞬时流量2：（L/min） （1-1）（L/min） （1-2）式中 D气缸内径 （mm）；气缸最大运动速度 （mm/s）； 管道长度

30、（mm）； 工作压力（10Pa）； 管道内径（mm）。故 （L/min）（L/min）由+即可从按标准生产的生产样本中选择内径为8mm的而联件，其出口压力在0.4MPa时流量为410 L/min，满足要求，故选择399-8型。3.5.3 选择空气压缩机应根据气动系统的平均耗气量选择压缩机的容量，已知气缸没分钟动作次数后，可分别求出气缸和管路中消耗的气量2：（L/min） （1-3）（L/min） （1-4）（L/min） （1-5）式中总耗气量（L/min）； L气缸行程（L/min）； 气缸和换向阀间的管道总长（mm）；N气缸每分钟动作的往复次数；k漏气系数，一般取1.21.5。故（L/mi

31、n）（L/min）故可由（L/min）2从压缩机系列产品中选择KET-800型无油压缩机。3.5.4 溢流减压阀减压阀的结构及符号如图3.3所示。口是进气口，口是出气口，阀不工作时，阀芯在弹簧的作用下处于最下端位置，阀的进、出气口是相通的，亦即阀是常开的。若出口压力增大，使作用在阀芯下端的压力大于弹簧力时，阀芯上移，关小阀口，这时的阀处于工作状态。若忽略其他的阻力，仅考虑作用在阀芯上的 气压力和弹簧力相平衡的条件，图3.5 减压阀结构及符号示意图 则可以认为出口压力基本上维持在某一定值调定值上。这时如出口压力减小，阀芯就下移，开大阀口，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值；反之，若

32、出口压力增大，则阀芯上移，关小阀口，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值。由模拟实验及计算结果选减压阀型号：QP1 08-02 6P。3.5.5 二位三通换向阀 根据气路模拟试验，二位三通换向K23D-L8-J。二位三通管式电控换向阀是一种软质密封滑柱式换向阀，它接受电信号使阀换向，达到改变气体流动方向的目的。具有密封性能好，启动压力低，性能可靠，耐久性长等优点，常被用作单作用气缸的控图3.6 二位三通换向阀 制元件。K23D-L-J为单电控滑阀，当电信号接通，阀立即换向。信号消除后，弹簧使阀立即复位，常用于通电时间短，使用频率高的场合。3.5.6 单向节流阀单向节流阀是由单向阀和

33、节流阀并联而成的组合式流量控制阀，当气体沿正向流动时，节流阀节流；而反向流动时，气体从单向阀直接通过不发生节流。如图3.5所示。本气路选择KLA-L8-J单向节流阀。本系列阀常用来控制执行元件的运动速度，故亦称“速度控制阀”。单向节流阀一般安装在气缸和换向阀之间，可 有两种不同接法：一为进气节流接法；另一为排气节流接法。当要求气缸运动速度较慢且平稳时，可图3.7 可调单向节流阀结构及符号图 采用排气节流接法，这时，可使气缸排气腔形成一定的背压，使气缸运动更加平稳。3.5.7 二联件二联件由过滤减压阀、油雾器组合而成如图3.6所示。过滤器可除去压缩空气中的尘土、污垢、锈及凝结的液体物质，减压阀可

34、将出口压力调至所设定的 图3.8 二联件符号 工作压力，并使工作压力趋于平稳，当工作压力高于调定压力时，溢流排气系统使工作压力趋于稳定；油雾器将润滑油雾化，进入气动系统。使控制元件，使控制元件和执行元件得以润滑。3.5.8 梭阀如图3.7所示，梭阀相当于两个单向阀组合的阀，其作用相当于“或门”。其工作原理与液压阀相同。梭阀有两个进气孔1，一个出气孔2，其中两个进气孔都可与A孔相通，但两个进气孔不相通。两个进气孔中任何一个有信号输入，2都会有信号输出。若两个进气孔都有信号输入，则先加入侧或信号压力高侧的信号通过。2输出，另一侧则被堵死，仅当两个进气孔无信号输入时，2才无信号输出。梭阀在气动系 图

35、3.9 梭阀原理及符号示意图 统中应用较广，它可将控制信号有次序的输入控制执行元件，常见的手动与自动控制的并联回路中就用到梭阀。此气路中选用VR1210。4 电控系统回路设计及工作步骤4.1 电气系统设计方案4.1.1 电机启动电路设计 光纤研磨机工作时通过行星轮及皮带在电机的带动下旋转，进行研磨。所以在电控系统回路设计中对电机的启动电路的设计是不可缺少的。由于光纤端面的加工精度要求高，所以电机采用无级调速，电机采用变频调速器控制电机转速。图 4.1 电机启动原理图电源开关S2闭合，变压器线圈TC得电、空压机工作，继电器线圈KM1得电、常开触点KM1闭合、行星轮电机工作、丝杠电机工作、交直流电

36、变压器得电输出24V直流电。当常闭触点12KT断开，继电器线圈KM1失电，常开触点KM1断开，空压机、电机工作停止。1、变频调速器选择因为光纤研磨加工过程中存在着冲击，所以机床主轴在启动时作无冲击缓加速运动，在停止时作缓减速运动，主轴的这一运转方式可以通过调整变频调速器的有关参数来实现。根据电机功率、电机变速范围选用CSBG4007-0.75KV。其参数见表4.1。表4.1 变频调速器参数控制功能控制方式空间电压矢量SVPWM控制输出频率精度频率精度0.01加、减速设定直线或曲线加减速率模式可选(0.1-6500秒)运行方式运行控制方式面板控制,外部端子输入,485通讯控制频率设定方式面板上下

37、键、模拟电压（0-5V、0-10V）、模拟电流（4-20mA）输入信号正、反转指令、多段速控制、运行指令、故障输入、复位输入输出信号故障报警输出，开路集电极输出显示其它功能程序运行、点动功能、内置PID调节、速度反馈控制（光电编码和测速发电机）环境保护功能过电流、过电压、欠电压、电机过热、变频器过载结构运行监测内容输出频率、输出电流、输出电压、母线直流电压、模块温度、输入端口状态故障试恢复功能恒速时过流试恢复、加速时过流试恢复、减速时过流试恢复、缺相保护试恢复外接仪表频率计、电流表（1mA）、电压表（DC10V）避免使用场所有尘埃、有油气、温度过高、放射性强、潮湿的场合2、直流电源选择由于气动

38、系统控制电路采用继电器控制电路，所选用的继电器线圈需要用24V直流供电，所以在控制电路中需要有交直流转换电源。根据所用电压直流电源的选择：GMCH-24。如图4.2所示。图4.2 24V电源直流电源参数：INPUT：165265VACOUTPUT：V1： 5 V 3A V2：24V 0.5A3、电机的选择光纤研磨机是通过行星轮和电机的复合运动完成对研磨轨迹的控制，所以电机对于本文设计及其重要，根据研磨所需要的最大和最小转速对电机进行选择。电机选用YTCJ三相电机（6W-750W）。YTCJ三相电机参数：功率HP：180W电压V：380V额定运转为连续运转，采用E级绝缘。单相电机使用电容器式电机

39、，故高功率、低噪音，三相电机使用三相电源220、380V的电机。4.1.2 气动系统控制电路设计交直流电变压器转换得到的24V直流电对气路系统控制电路进行供电，由继电器线圈，时间继电器线圈进行控制达到设计要求，电气系统回路详见图3.0.2通过时间继电器线圈延时控制低压加工、高压加工、抛光加工的加工时间，保证光纤加工精度。4.2 气动系统工作过程分析本文设计的气动系统控制电路元件工作情况： 选择研磨加工换向阀1得电换向气缸活塞向下移动传感器1得电常闭触点断开气缸活塞停止移动延时继电器线圈常开闭合换向阀3得电换向气缸活塞向上移动传感器3得电常闭触点断开气缸活塞停止移动加工完成。 选择抛光加工换向阀

40、2得电换向气缸活塞向下移动传感器2得电常闭触点断开气缸活塞停止移动延时继电器线圈常开闭合换向阀3得电换向气缸活塞向上移动传感器3得电常闭触点断开气缸活塞停止移动加工完成。4.2.1 关于FluidSIM软件FluidSIM-P 软件是用于气动技术的教学软件，其运行于Microsoft Windows 操作系统之上。FluidSIM-P软件既可与Festo Didactic GmbH & Co教学设备一起使用，也可以单独使用。FluidSIM软件由Paderborn大学、Festo Didactic GmbH & Co和Art Systems Software GmbH，Paderborn联合开

41、发研制。图 4.3 直流24V继电器控制电路FluidSIM软件的主要特征就是其可与CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。FluidSIM软件符合DIN电气气动回路图绘制标准，且可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，这样就使回路图绘制和相应气动系统仿真相一致。FluidSIM软件的另一个特征就是其系统学习概念：FluidSIM软件可用来自学、教学和多媒体教学气动技术知识。 FluidSIM软件用户界面直观，易于学习。用户可以很快地学会绘制电气气动回路图，并对其进行仿真。经FluidSIM软件仿真及实验验证证明直流控制电路的设计合理性（气动、电气系统图见附录E）。低压加工、高压加工、抛光加工电

42、路回路通电情况研究如下：4.2.2 研磨加工过程 按下电源开关S2，按下KM1，电路如图4.4所示：粗实线代表接通的电路。说明：16KT，17KT位行程开关，接通的指示灯代表电机，由于该软件中没有大功率电气元件所以用指示灯代替。 按下按钮开关SB2,按键指示灯亮其他元件通电情况如图4.5所示：说明：SB2通电5KT、SB2按键指示灯、继电器线圈KM2通电，开关KM2闭合，SB2断开。 旋转选择开关S3，选择高压加工，其他元件通电情况如图4.6所示。说明：13KT得电，电磁铁1YA得电（二位三通换向阀1换向，气缸活塞向下运动。），延时继电器10KT得电。 当活塞运动到标记位置电磁感应器常开触点2

43、闭合，电路如图4.7所示。说明：电磁感应器常开触点2闭合，继电器线圈8KT得电，常闭触电8KT断开，电磁铁失电，气缸活塞停止运动。 图4.4 电气回路状态图 图4.5 电气回路状态图图4.6 电气回路状态图 10KT得电经过5秒加工延时，常开触点10KT闭合。电路如图4.8所示。说明：继电器线圈9KT得电，电磁铁3YA得电（二位三通换向阀3得电，活塞向上运动）。图4.7 电气回路状态图当活塞运动到标记位置2时电磁感应器常开触点闭合继电器线圈6KT得电，常闭触点6KT断开。如图4.9所示。图4.8 电气回路状态图 继电器线圈16KT得电，延时继电器线圈3KT，常开触电3KT得电，延时继电器4KT

44、得电。电路如图4.10所示。 经过延时继电器4KT延时，常开触点4KT闭合，延时继电器线圈5KT、继电器线圈12KT得电，如图4.11所示。 继电器线圈12KT得电，常闭触点12KT断开，电路失电，机器恢复到等待加工状态。经过上面电路各元件的得失电，研磨加工完成。图4.9 电气回路状态图图4.10 电气回路状态图图4.11 电气回路状态图3.2.3 抛光加工过程分析 按下开始按钮开关KM1，选择加工方式高压加工，电磁铁2YA、延时时间继电器线圈1KT得电（气缸活塞向下运动），如图4.12所示。图4.12 电气回路状态图图4.13 电气回路状态图 气缸活塞运动到标记位置3时，电磁感应常开触点闭合

45、，继电器线圈15KT得电，常闭触点15KT断开，电磁铁2YA失电，如图4.13所示。 经过延时继电器1延时5秒，常开触点1KT闭合，延时继电器KM3、KM4得电，如图4.14所示。 经过延时继电器KM4延时，常开触点KM4闭合，延时继电器2KT得电，如图4.15所示。 经过延时继电器KM3延时5秒，常开触点KM3闭合，电磁铁3YA得电（活塞向上运动）。如图4.16所示：图4.14 电气回路状态图图4.15 电气回路状态图图4.16 电气回路状态图图4.17 电气回路状态图 当活塞运动到标定位置1时，电磁感应常开触点闭合，继电器线圈6KT得电，常闭触点6KT断开，继电器线圈14KT得电，常闭触点

46、14KT断开，电磁铁3YA失电，活塞停止运动如图4.17所示： 经过延时继电器线圈3KT延时5秒，常开触点3KT闭合，常闭触点3KT断开，延时继电器线圈4KT得电，如图4.18所示： 经过延时继电器线圈4KT延时5秒，常开触点4KT闭合，常闭触点4KT断开，延时继电器线圈5KT，得电，继电器线圈12KT得电，如图4.19所示： 继电器线圈12KT得电，常闭触点12KT断开，如图4.20所示： 常闭触点12KT断开，主电路失电，控制电路失电，抛光加工完成。加工完成后所有电气元件（除电源开关外）恢复到起始状态。经FluidSIM软件仿真及实验验证证明了直流控制电路的设计的合理性。电路能够满足设计要

47、求。图4.18 电气回路状态图图4.19 电气回路状态图4.20 电气回路状态图5 控制面板的设计根据控制电路工作原理及过程：开始按钮开关选用按钮开关，加工方式选用开关选用三个位置的旋转选择开关，丝杠电机正反转控制开关选用按钮开关。由于光纤研磨机体积小控制面板不能过大所以所选用的按钮开关都带有指示灯。5.1 控制面板开关选择根据所用直流电电压及开关功能，开关的选择如下：1、开始按钮开关SB2，选用CNDA1-20222、加工方式选择开关S3，选用CNDA1-3022-33、夹具上行控制按钮开关，选用CNDA1-20224、夹具下行控制按钮开关，选用CNDA1-20225、急停按钮S1，选用KD

48、10D-11R 6、研磨盘电机控制开关，选用CNDA1-20225.2 控制面板设计方案控制面板通过机械动作触发电气系统来实现对电路的控制。根据光纤研磨机的机构、所需要的开关个数及所用开关位置设计方案如图4.1所示。图5.1 控制面板6 实验装置的设计及实验6.1 实验回路的设计图6.1 气动系统理论接线图图6.1 气动系统实验接线图图6.2 电气系统实验接线图图6.3 电气、气动系统实验接线图图6.4 电气、气动系统实验接线图本文只对气动系统控制电路进行实验研究，图5.1为气动系统理论接线图但实际试验接线与其不同如图5.2所示。气缸活塞初始位置设定为研磨加工时活塞的位置，当选择加工方式时假定

49、气缸活塞已经伸出。气缸活塞伸出位置设定为抛光加工时活塞的位置。6.2 实验结果当选择研磨加工方式后气缸活塞“伸出”，位置传感器通电，经过延时继电器延时，按下手动二位三通换向阀气缸活塞“缩回”，研磨加工周期完成。当选择抛光加工方式后气缸活塞伸出，位置传感器通电，经过延时继电器延时，按下手动二位三通换向阀气缸活塞缩回，抛光加工周期完成。由于采用延时继电器控制加工延时所以在确定延时时间是得进行大量的试验，检验加工表面的精度确定延时。结 论通过本文的研究得到以下结论：电机启动采用的变压器、继电器保护电路。机床主轴在启动时作无冲击缓加速运动，在停止时作缓减速运动，主轴的这一运转方式可以通过调整变频调速器

50、的有关参数来实现。在低成本条件下，本文采用继电器控制电路和气动系统完成加工过程中的压力保持。为了保证本文设计的气动系统、电气系统的正确性，通过实验的方法对其进行了检验。气动系统工作正常，电气系统基本达到工作要求。验证证明设计合理可靠，可实现电气系统对气动回路系统的控制，这对研磨机的开发及实际应用提供了保证。光纤加工中的研磨、抛光加工时间还需要气动系统、电气系统和机械结构结合起来进行实验加工才能确定。由于现在实验条件不足所以不能确定。参考文献1 杨建东，田春林等著. 高速研磨技术. 第一版. 国防工业出版社. 2003，（9）2 徐炳辉等. 气动手册. 第一版. 上海科学技术出版社. 2005，

51、（1）3 左健民. 液压与气压传动. 第二版. 机械工业出版社. 2002，（6）4梁恩主，梁恩维. Protel 99 SE电路设计与仿真应用. 第一版. 清华大学出版社.2000，（11）5 陈白宁，段智敏，刘文波. 机电传动控制. 东北大学出版社. 20026 张凤珊. 电气控制及可编程序控制器. 中国轻工业出版社. 20057 杨世兴，黄向慧，黄梦涛等. 现代电气自动控制技术. 人民邮电出版社. 20068 孟贵华. 电子元器件选用入门. 机械工业出版社. 20049 谭维瑜. 电机与电气控制. 机械工业出版社. 200610 王错. 影响平面高速精磨的工艺因素. 光学技术. 1990

52、，（1）11 天津电气传动设计研究所. 电气传动自动化技术手册. 机械工业出版社. 200512 何雅全，吴明根. 超精密加工技术基础. 航空航天部第303研究所. 199313 杨建东. 固着磨料超精密高速研磨的理论与实验研究:博士学位论文.吉林:吉林工业大学机械系. 199814 余雷声. 电气控制与PLC应用. 机械工业出版社. 200515 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术. 北京航空航天大学出版社. 2003附录A 电气、气动系统元件列表表：C1电气、气动系统元件列表标 识元件描述标 识元件描述气缸双端活塞杆缸二位三通换向阀1二位三通换向阀1二位三通换向阀2二位三通换向阀2二位

53、三通换向阀3二位三通换向阀3梭阀梭阀减压阀1带压力表的减压阀减压阀带压力表的减压阀空压机气源单向节流阀1可调单向节流阀单向节流阀2可调单向节流阀SB1按钮开关（常闭）SB2按钮开关（常开）S1常开触点S2按键开关（常开）S3长柄选择开关（三位置）S4按钮开关（常闭）KM1继电器线圈KM1常开触点KM2继电器线圈KM2常开触点（3个）KM3延时闭合继电器KM3常开触点KM4延时闭合继电器KM4常开触点FR1按键开关1YA电磁线圈2YA电磁线圈3YA电磁线圈1SB1磁感应式接近开关2SB2磁感应式接近开关3SB3磁感应式接近开关1KT延时闭合继电器1KT常开触点2KT延时闭合继电器2KT常开触点2

54、KT常闭触点3KT延时闭合继电器3KT常开触点（2个）3KT常闭触点4KT延时闭合继电器4KT常开触点4KT常闭触点5KT延时闭合继电器5KT常闭触点6KT继电器线圈6KT常闭触点7KT继电器线圈7KT常闭触点8KT继电器线圈8KT常闭触点9KT继电器线圈9KT常闭触点10KT继电器线圈10KT常闭触点11KT继电器线圈11KT常闭触点12KT继电器线圈12KT常闭触点13KT继电器线圈13KT常闭触点14KT继电器线圈14KT常闭触点15KT继电器线圈15KT常闭触点16KT位移传感器16KT常闭触点17KT位移传感器17KT常闭触点注：时间继电器1KT、2KT、3KT、4KT、5KT分别用来调整主轴启动延时、低压加工延时、高压加工延时、抛光加工延时、主轴停止延时。附录B 气动元件安装图梭阀、二位三通换向阀的安装图图D1梭阀、二位三通换向阀的安装图二联件、减压阀的安装位置图图D2二联件、减压阀的安装位置图附录C 在FluidSIM下电气、气动系统图