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1、目 录第一章 、绪论错误!未定义书签。 1.1 前言. 错误!未定义书签。 1.2 数控铣床简介. - 1 - 1.3 课程设计的目的及意义. - 2 -第二章、设计任务说明书22.1基本任务及要求错误!未定义书签。2.2进度安排及完成时间错误!未定义书签。第三章、课题总体方案的确定.3 3.1机械传动部件的选择.3 3.2控制系统的设计. 3 3.3系统运动方式的确定.3 3.4伺服系统的选择.3 3.5 X、Y工作台的传动方式.3第四章、控制系统的设计64.1控制系统的总体结构. 64.2运动控制模块简介. 64.3控制单元PLC的选择64.4定位模块FX2N-20GM简介错误!未定义书签
2、。 4.4.1主要控制信号.错误!未定义书签。 4.4.2主要参数. .错误!未定义书签。 4.4.3指令运用.错误!未定义书签。 4.4.4定位单元各部分引脚名称功能示意图.错误!未定义书签。4.5驱动放大器.- 11 -4.6变频器的选择.- 12 - 4.6.1FR-E540变频器简介.- 12 - 4.6.2变频器外部接线图.- 13 - 4.6.3变频器的远程监控.- 13 -4.7步进电机的选择. - 14 -4.8控制系统硬件连接原理图错误!未定义书签。4.9控制面板的设计错误!未定义书签。第五章、课程设计总结错误!未定义书签。第六章、附录错误!未定义书签。6.1参考文献错误!未
3、定义书签。6.2电器元件清单错误!未定义书签。第一章 绪论1.1前言在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。
4、 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ,使制造业成为工业化的象征 ,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大 ,他对国计民生的一些重要行业 IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。1.2 数控铣床简介 数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别. 如图所示，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成： 1、主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 2、进给伺服系
5、统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 3、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 4、辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 5、机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架其中，XY数控工作台是数控铣床的重要组成部分，它是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部
6、件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。本次课程设计也将从机械选择以及程序设计等几个方面对XY数控铣床进行大致的研究。1.3课程设计的目的及意义机电一体化课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的与要求： 1、 通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知
7、识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。 2、 通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式 3、 通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式 4、 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想 5、 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力 第三章 课题总体方案的确定 数控系统总体方案设计的内容包括：机械传动部件的选择、控制系统的设计两个大的方面。还有系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服系统及通电方式控制方案的确定，X、Y工作台的传动方式等。下面进行方案的分析。
8、3.1机械传动部件的选择 （1） 导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副。它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 （2） 丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.010mm的脉冲当量和 0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。 （3） 减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电
9、动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱 （4） 伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有1000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性/价比。 （5） 检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。 考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。3.2控制系统的设计 （1） 设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。 （2） 对于步进电动机的开环控制，选用三菱公司
