金相试样切割机主要用于金相试样的截取和各种材料的下料、切口等,广泛的应用于机械、冶金、汽车、航空航天等领域。金相试样切割机作为金相取样设备是金相分析过程中的重要设备之一,但目前大型金相切割机的设计制造在国内尚属空白,还不能够对大尺寸零件直接进行取样,为了满足工业发展的需要,大型金相切割机的研究制造十分必要。 本文根据金相取样的特殊要求,研究了切割机机械机构运动原理和金相试样切割过程,采用机电一体化系统设计思想,设计了切割机控制系统。控制系统以PLC为核心,单片机作显示、输入模块,二者进行串行通信。PLC集中完成数据处理和控制任务,单片机完成参数设定和显示的功能,单片机将控制信息通过串口传送给PLC,PLC根据用户设定的切割模式和切割参数,控制一台变频器和三台步进电机驱动器,使工作台、悬臂、砂轮片协调运动,完成切割任务。 为了解决OMRON CPM2A PLC与AT89C52单片机的串行通信问题,本文研究了Host Link通信协议,设计了通信接口电路,编写了通信程序,实现了PLC与单片机的数据交换。 本文设计了单片机显示、输入模块,为PLC提供了一种简易实用、安全可靠、成本低廉的人机交互界面。采用变频调速技术对异步电机进行无级调速,通过光电传感器对砂轮片转速进行实时采样,利用PLC的高速计数功能和模拟量PID控制功能,实现了砂轮片转速的PID闭环调节,提高了速度控制精度,增强了切割不同材料的适应性,保证了制样质量。 本文设计的切割机控制系统具有自动和手动两种工作方式,四种切割模式:直接切割、进三退一切割、逐层切割、连续切割,提高了切割机的切割能力,使切割机能够高效率的切割不同尺寸的工件。