专业课程设计 单向数控平台

《专业课程设计 单向数控平台》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专业课程设计 单向数控平台（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 编号 课 程 设 计（论文） 题目 机电传动单向数控平台 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 112040205 学生姓名 蒋青松 学号 11204020512 指导教师 甘彬 职称 教授 时 间 2015.06 1 目录目录 1 设计任务设计任务 1.1 设计任务介绍及意义 1.2 设计任务明细 1.3 设计的基本要求 2 总体方案设计总体方案设计 2.1 设计的基本依据 2.2 总体方案的确定 3 机械传动系统设计机械传动系统设计 3.1 机械传动装置的组成及原理 3.2 主要部件的结构设计计算 4 电气控制系统设计电气控制系统设计 4.1 电气控制系统设计的

2、基本原则 4.2 电器元件的选型计算 4.3 PLC 控制电路具体设计 4.4 控制程序的设计及说明 5 结束语结束语 6 参考文献参考文献 2 1.1.设计任务设计任务 1.1 设计任务介绍及意义设计任务介绍及意义 课程设计题目课程设计题目 机电传动单向数控平台设计 主要设计内容主要设计内容 (1)机械传动结构设计 (2)电气控制系统 课程设计意义课程设计意义： 培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系 统(产品)的初步设计工作。 培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍 以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。 培养学生掌握机电产品设计的一

3、般程序和方法，进行工程师基本素质 的训练。 树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。 1.2 设计任务明细：设计任务明细： 机电传动单向数控平台设计：机电传动单向数控平台设计： 1.21电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机； 1.22机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等； 1.23电气控制方式：单片微机控制、PLC 控制； 1.24功能控制要求：速度控制、位置控制； 1.25主要设计参数： 单向工作行程1800、1500、1200 、900mm； 移动负载质量100、75、50 kg； 负载移动阻力150、100、50 N； 空载最快移动速度6000、3000mm

4、/min； 进给最快移动速度1200、600mm/min； 1.31.3 设计的基本要求设计的基本要求 （1）方案设计方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上， 明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析 3 和评价，进行方案选优； （2）总体设计总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进 行总体设计，绘制工作台进给传动机构装配图一张 （A2 一张）； （3）根据控制功能要求，完成电气控制设计，给出电气控制电路原理图（A2 图 一张）； （4）根据电气控制原理图编写相关的控制程序； （5）每个学生应独立完成课程设计说

5、明书一份，字数为 3000 字以上，设计图纸 不少于两张； （6）用计算机绘图或手工绘图，打印说明书； （7）设计选题分组进行，每位同学采用不同方案（或参数）独立完成； 2 2总体方案设计总体方案设计 2.12.1 设计基本依据设计基本依据 （1 1）直流伺服电机）直流伺服电机是用直流电信号控制的伺服电动机，它在机电一体化设备 中作为执行元件，其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上的角位移或角速度输 出。 直流伺服电动机具有以下特点： 1、稳定性好。直流伺服电动机具有线性下垂的机械性，能在较宽的速度范围 内稳定运行。 2 、可控性好。直流伺服电动机具有线性的调节特性，能使转速正比于控制电 压的

6、大小；转向取决于控制电压的极性；控制电压为零时，转子无惯性，能立即停 转。 3、响应迅速。直流伺服电动机具有较大的起动转矩和较小的转动惯量，在控 制信号增加、减小或消失的瞬间，直流伺服电动机能快速起动增速、快速减速和快 速减速。 4、控制功率低，损耗小。 5、堵转转矩大。 （2 2）滚珠丝杠）滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的 理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直 线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚 动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业 4 设备和精密仪器

7、。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功 能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精 度、可逆性和高效率的特点： 1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为 1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能 得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3 以下,即达到 同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2、高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别 是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面 ,对温度、湿度进行了严格的控制， 由于完善的品质管理体制

8、使精度得以充分保证。 3、微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动 ,所以启动力矩极小 ,不会出现滑动运动那 样的爬行现象 ,能保证实现精确的微进给。 4、无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压 ,由于予压力可使轴向间隙达到负值 ,进而得到较高 的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力 ,在实际用于机械装置等时 ,由于滚珠的 斥力可使丝母部的刚性增强 )。 5、高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给 (运动)。 （3 3）PLCPLC 的优点的优点 PLC 是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 1.可靠性高，抗干扰能力强 为了限制故障的发生或者在发生故障时，

9、能很快查出故障发生点，并将故障限 制在局部，各 PC 的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使 PC 除了本身具 有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使 PC 具有了 很强的抗干扰能力。 2.通用性强，控制程序可变，使用方便 PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不 5 必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产 设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此， PLC 除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 3.功能强，适应面广 现代 PLC 不仅有逻辑运算、

10、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟 量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一 台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 4.编程简单，容易掌握 目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统 控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水 平，所以非常容易接受和掌握。PLC 在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成 汇编语言然后执行（PLC 内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户 程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是 微不足道的，完全可以满足控制

11、要求。 5.减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、 计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC 的用户程序可 以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及 很强的监视功能，模块化等. 6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便 PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重 量轻，功耗低。并且由于 PLC 的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一 体化的理想控制设备。等，使维修也极为方便。 2.22.2 总体方案的确定总体方案的确定 参数初设

12、如下： （1 1）电机驱动方式：直流伺服电机 机械传动方式：滚珠丝杠 电气控制方式：PLC 控制 6 功能控制要求：位置控制 主要设计参数：单向最大工作行程900mm； 移动负载质量75kg； 负载移动阻力50N； 空载最快移动速度3000mm/min; 进给最快移动速度600mm/min; 选用矩形导轨，工作台滑动摩擦系数 =0.15； 丝杠材料初选钢材为 42CrMo，其 HRC 为 5860。丝杠两端为固定支撑 （F-F），每个支座安装两个 25的接触角推力球轴承，面对面安装，进行预拉 伸。 3.3.机械传动系统设计及核算机械传动系统设计及核算 计算及说明计算结果 3.13.1 导轨的选

13、择导轨的选择 3.1.1 已知条件已知条件 本设计选择滚珠丝杆，已知： 单向工作行程 900mm 移动速度 3m/min 负载质量 ：75kg 采用 2 根导轨、4 个滑座数，工作平台和滑块的质量假 设为 45kg. 寿命要求 ：每天开机 8h，一年按 300 个工作日，寿命 5 年以 上 3.1.2 动载荷的计算动载荷的计算 作用在滑座上的力 NgmmF11768 . 9)4575()( 21 则单个滑座受力 N NF F294 4 1176 4 导轨寿命 hTh1200053008 ls=900mm v=3m/min m1=75kg m2=45kg NF1176 F=294N Th=120

14、00h 7 行程长度寿命： 3 10 2nlT T sh s 其中 n 为每分钟运行的次数 67 . 1 9 . 02 3 2 s l v n h32.2164 1000 67 . 1 609 . 0120002 1000 2 nlT T sh s 设计平台上共有滑块 4 个，每根导轨 2 个滑块。 有 3 )( F c f fff kTs a w cth K 寿命系数 取 K=50 硬度系数 取=1 H f H f 温度系数 取=1 T f H f 接触系数 取=0.81 C f C f 负荷系数 取=1.5 W f H f 则动载荷有： N 3 32164.32 2941.5 50 191

15、1.63 0.81 1 1 s w a htc T Ff K C f f f 已知动载荷 Ca=1911.63N 查机电一体化设计手册 导轨选择 型号：HSR 15A 滚动导轨 基本额定载荷为 8330N 每个滑块的质量为 0.2kg n=1.67 2164.32 s Th K=50 =1 H f =1 H f =0.81 C f =1.5 H f Ca=1911.63N 型号 HSR 15A 3.23.2 滚珠丝杆的选择及校核滚珠丝杆的选择及校核 3.2.1 根据机器的工作条件及完成的功能，滚珠螺母的循环方根据机器的工作条件及完成的功能，滚珠螺母的循环方 式和预紧方式式和预紧方式 滚珠螺母的循环方式为内循环 8 预紧方式为双螺母垫片预紧 导轨的摩擦力为： gmmF)( 21 移动负载的质量 取=75kg 1 m 1 m m2 工作台的质量 m2=45kg 导轨的摩擦系数 取=0.15 N 12 ()0.15 (7545) 9.8176.4Fmm gN 3.2.2 初选丝杆导程初选丝杆导程 根据公称直径范围选择 Ph=5mm 3.2.3 计算滚珠丝杆的动载荷计算滚珠丝杆的动载荷 动载荷公式为： m . .F hFHl a n K K