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1、机电一体化系统设计课程设计 2020年5月19日 一 CA6140普通车床经济型数控化改造设计 C表示车床 A表示第一次重大改进 6表示落地及普通车床 1表示普通车床 40是机床主参数 最大回转直径为400毫米 1 课程设计的目的和要求 1 能够正确运用机械制图 机械设计 数控技术 微机控制技术 单片机应用基础 机电一体化系统设计等课程的基本理论和有关知识 学会进行机电一体化系统设计时的方案分析 比较 拟订 掌握进行机电设备设计的设计步骤 掌握机电系统设计的设计方法 2 通过对数控设备的机械部分设计 掌握数控设备工作原理 学会机械系统设计步骤 学会典型零件的设计计算方法或选型计算方法 提高结构
2、分析能力和设计能力 3 通过对数控设备控制系统硬件和软件的设计 掌握控制系统工作原理 熟悉数控系统硬件设计的基本方法 掌握元器件的选用原则 提高应用计算机进行电气原理图设计的能力 提高编制控制软件的能力 4 通过课程设计 初步树立正确的设计思想 培养分析问题和解决问题的能力 5 提高查阅手册 使用图表 应用标准以及编写技术文件资料的能力 1 2课程设计的内容 1 2 1数控装置总体方案的确定 数控装置设计参数的确定或机床改造部分及现存设备总体情况描述 总体方案的分析 比较 论证及最终确定 1 2 2机械系统设计 系统脉冲当量确定 机械部件的总体尺寸及重量的估算 切削力计算 传动元件及导向元件的
3、设计 计算和选用 步进电机选型计算 机械系统结构设计及部件装配图绘制 数控装置总体方案的确定 1 数控部分改造采用51系列单片机组成控制系统 由功率步进电机经一级齿轮减速后驱动X Y Z三轴 亦可用联轴器将步进电机与丝杠直接联结起来 以减小径向尺寸 机床中的主轴 冷却 润滑和刀架等均需系统自动控制 为此需设计接口转换电路和强电控制电路 电器元件可保留使用原机床中的变压器 自动断路器 接触器等 拆除原电控箱 原位安装改制后的电控箱 2 机械部分改造主传动系统不变 主轴加装光电编码器供加工螺纹用 进给传动系统采用滚珠丝杠螺母副代替原有普通丝杠螺母副 数控装置总体方案的确定 1 主传动系统保留原机床
4、的主轴手动变速 改造后使其主运动和进给运动分离 主电机的作用仅为带动主轴旋转 增加一只电磁离合器 用以接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车 加工螺纹或丝杠时 为保证主轴每转一转 刀具准确移动一个导程 需配置主轴脉冲发生器作为主轴位置信号的反馈元件 脉冲发生器采用同轴安装 橡胶管柔性联接 意在实现角位移信号传递的同时 又能吸收车床主轴的部分振动 从而使主轴脉冲发生器转动平稳 传递信号准确 数控装置总体方案的确定 2 进给系统原机床的挂轮机构 进给箱 溜板箱 滑动丝杠 光杠等全部拆除 纵向进给系统以步进电机作为驱动元件 经一级齿轮减速转矩增大后 由滚珠丝杠传动 滚珠丝杠仍利用原丝杠位
5、置 其螺母副通过托架安装在床鞍底部 滚珠丝杠两端加装接套 接杆及支承 与床身尾部步进电机相联接 步进电机经减速后和滚珠丝杠用套筒联轴器连接 横向进给系统中保留原手动机构 在原支承部位安装滚珠丝杠螺母副后 步进电机及减速器安装在横向溜板后方 数控装置总体方案的确定 3 刀架部分根据实际机床的加工切削需要和系统的T功能控制性能 拆除原刀架和小拖板 可换上四方位自动刀架 刀架内带小容量交流电动机 控制正转选刀 内置的霍尔元件检测刀位位置 电动机反转完成刀具定位 1 2 3微机数控系统设计 微机数控系统总体控制方案设计 主芯片选型分析 存储器扩展电路设计 I O接口电路及外接电路的设计 伺服控制电路设
6、计 系统控制软件设计 1 2 4课程设计说明书编制 说明书是课程设计的总结性技术文件 应叙述整个设计的内容 包括总体方案的确定 系统框图的分析 机械传动系统设计计算 微机控制系统的选型说明以及外电路的设计计算 控制软件设计及其功能说明等 说明书的字数不少于1万2千字 1 2 5图纸 机械结构装配图 A1图纸 可采用电脑绘图 要求视图基本完整 符合标准 其中至少要有一个坐标轴的完整剖视图 微机控制系统电气原理图 A3排版要求用Protel等EDA软件完成图纸绘制 1 3课程设计进度 本课程设计用2周时间完成 各部分所占时间分配大致如下 总体方案设计及论证1天 机械系统设计计算1天 机械系统装配图
7、绘制3天 电气系统硬件设计2天 软件设计2天 说明书整理及答辩准备2天 答辩1天 2课程设计任务书 2 1课程设计题目CA6140普通车床经济型数控化改造设计2 2课程设计内容数控改造总体方案设计机床进给系统机械结构设计与计算微机数控系统选型设计微机控制软件设计 2 3课程设计具体要求 2 3 1机械系统结构设计要求采用滚动螺旋副采用消除间隙齿轮传动结构采用反应式步进电机伺服系统2 3 2控制系统功能设计要求能实现零件程序的存储及控制程序的存储能实现零件程序的编辑调试 机床自动回零 点动运行 单段运行 自动运行 能实现直线 圆弧 螺纹插补功能能实现自动换刀功能能实现刀架越界报警功能 2 3 3
8、控制软件设计要求 1 主控制程序流程图设计及程序设计 2 步进电机控制子程序 3 功能模块子程序设计 完成下列程序之一即可 基于逐点比较法的G01插补控制程序 基于逐点比较法的G02插补控制程序 基于逐点比较法的G03插补控制程序 基于DDA法的G01插补控制程序 基于DDA法的G02插补控制程序 基于DDA法的G03插补控制程序 键盘输入零件程序时的控制程序 按键识别及换码程序 开机机床自动回零点控制程序 点动运行控制程序 刀架越界报警控制程序 2 3 4设计计算说明书要求总体方案论证滚动螺旋副选型设计计算与验算步进电机选型设计计算与验算控制系统功能芯片选型说明及外电路分立元件参数设计计算控
9、制软件流程2 4课程设计成果要求车床刀架纵向进给伺服系统机械装配图1张 A1号 可采用电脑绘图 手工绘图更佳 微机控制系统电气原理图1张 A3号排版 Protel等EDA软件绘图 进给伺服系统设计计算说明书1份 滚动螺旋副选型计算 步进电机选型计算 微机控制软件设计1套 主控制程序流程及程序 功能子程序流程及程序 2 5设计参数 机械0804 2人一组 前16人 1 床身上最大加工直径 400mm2 床鞍上最大加工直径 210mm3 最大加工长度750mm4 刀架纵溜板的重量2500N5 刀架纵向快进速度1 2m min6 刀架纵向切削最大进给速度0 6m min7 主电机功率7 5KW8 起
10、动加速时间25ms9 刀架纵向定位精度 0 01mm 2 5设计参数 机械0805 2人一组 前16人 CA6140普通车床微机数控化改造1 床身上最大加工直径 400mm 床鞍上最大加工直径 210mm2最大加工工件长度1000mm3刀架纵溜板的重量700N4刀架纵向快进速度2 4m min5刀架纵向切削最大速度0 5m min6主电机功率7 5KW7启动加速时间30ms8刀架纵向定位精度 0 015mm 二 波轮式全自动洗衣机机电系统设计 1 设计任务 2班后15位 每3人一组 设计一种波轮式全自动洗衣机的机电系统 要求最大洗衣质量为3 8Kg 内桶直径为 400mm 洗衣机转速约为140
11、 200r min 脱水转速约为700 800r min 要求具有自动调节水位 根据衣服种类设定洗涤模式 自动进水 排水和自动脱水等功能 2 波轮式全自动洗衣机的总体结构 全自动洗衣机是指洗涤 漂洗 脱水各功能的转换都不需要手工操作 完全是自动进行的洗衣机 在选定的工作程序内 整个洗衣过程是通过程控器发出各种指令 控制各个执行机构的动作而自行完成 波轮式洗衣机又称波盘式洗衣机 依靠波轮定时正 反向转动或连续转动的方式进行洗涤 按控制方式不同可分为机电式和微电脑式两类 机电式全自动洗衣机是由机电程控器控制触点的开关来完成洗涤 漂洗和脱水全过程 微电脑式全自动洗衣机是由微电脑式程控器输出控制信号
12、两值得主要区别在于电气控制部分 其总体结构基本相同 主要由机械支撑系统 洗涤脱水系统 传动系统 电气控制系统 进水排水系统等组成 3 进水 排水系统 全自动洗衣机的进水 排水系统主要由进水电磁阀 排水电磁阀和水位开关等组成 1 水位开关 水位开关又叫水位压力开关 它是利用洗衣桶内水位所产生的压力来控制触点开关的通断 2 进水电磁阀 3 排水电磁阀 排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成 如图所示 电磁铁和排水阀是两个独立的部件 两者之间以排水阀杆连接起来 4 传动系统结构 减速离合器 全自动洗衣机中盛水桶与脱水桶是套在一起的 在洗涤中波轮转动而脱水桶不动 脱水时两者一起转动 完成此功能的部件是离合器
13、它由脱水轴 洗涤轴 抱簧和刹车等组成 广泛应用的有两种 单向轴承式减速离合器 带制动式减速离合器 离合器的动作受排水电磁铁的控制 有洗涤和脱水两种状态 单向轴承式减速离合器 带制动式减速离合器 离合器洗涤时工作示意图 洗涤时 通过减速离合器降低转速带动波轮间歇正反转 此时洗涤脱水桶不转动 洗涤时的传动路线是 电机 小皮带轮 三角皮带轮 大皮带轮 齿轮轴 行星齿轮 行星架 波轮轴 波轮 电机的转速经皮带轮减速后 又经行星减速器减速 故波轮转速较低 一般为175r min 脱水时工作示意图 脱水时 排水电磁铁通电吸合 排水阀被拉开 固定在电磁铁拉杆上的档套推动制动杆 制动杠杆绕销轴转动 使其下端的
14、刹车带放松 当减速器整体顺时针方向转动时 摩擦力将刹车带拉松 故刹车带不起作用 制动杠杆推动调节螺钉 使离合套转动 带动其上的棘爪与棘轮脱离 于是棘轮和抱簧处于自由状态 即抱簧处于弹性旋紧状态 弹簧将脱水轴洗涤轴抱紧 电动机带动洗涤轴与脱水轴一起转动脱水桶转动 脱水时 通过离合器 不减速 即高速 带动洗涤脱水桶顺时针方向 从洗衣机上方向下看 下同 运转 进行脱水 此时波轮也随着洗涤脱水桶一起运转 5 机械传动系统设计计算 方案设计电动机基本参数选择 JB T3758 1996 V带传动设计计算带轮的结构设计 可直接选用 行星减速器设计棘爪与棘轮机构设计 可直接选用 行星加速器结构及其原理 行星
15、减速器优点 6 控制系统设计 全自动洗衣机的功能要求强 弱洗涤功能4种洗衣程序 标准 经济 单独 排水 进 排水系统故障自动诊断功能脱水期间安全保护和防振功能间歇驱动方式暂停功能声光显示功能硬件电路设计 Protel上机绘图 控制程序设计 并画出程序框图 上机模拟 洗衣机的时间控制系统 洗衣机的主要控制电路是一个定时器 它按照一定的洗涤程序控制电机作正向和反向转动 如果定时时间到 则停机并发出音响信号 可以增加排水控制 可用步进电机的正 反转来模拟 增加漂洗功能 可用步进电机减速来模拟 增加脱水功能 可用步进电机加速来模拟 可用数字显示洗衣机的全部工作时间 LED显示 7 课程设计成果要求 传
16、动机构减速离合器图3张 A1 可电脑绘图 手工绘图更佳 电气控制原理图1张 A3号排版 Protel绘图 微机控制软件设计1套 程序流程图 洗衣机的时间控制系统模拟上机程序 系统设计计算说明书1份 主要包含传动系统的设计计算 进 排水系统结构原理简介 减速离合器结构和工作原理简介等 要求 1 必须上交所要求的CAD图纸 程序 说明书等 否则无成绩 2 有事 请向负责老师请假 3 借用教室 教11A421 A422 在使用教室过程中严禁拆卸固定桌椅 严禁将活动桌椅搬出教室 严禁搬动讲台 严禁乱写乱画 乱钉乱挂 严禁吃带皮壳食品 务必保持设备完好及教室卫生 如损坏设施 设备或污损教室 将追究有关借用人及负责教师责任 可上锁需注意保证使用后及时打开 以便其它借用单位使用
