畢業(yè)設(shè)計-基于PLC的行程200mm電動滑臺結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)開發(fā)

1、密級：學(xué)號： 本科生畢業(yè)設(shè)計基于PLC的行程200mm電動滑臺結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)開發(fā)學(xué) 院： 智能工程學(xué)院 年 級： 20級機設(shè)專升本1班 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師一： 指導(dǎo)老師二： 摘 要電動滑臺，是直線滑臺的一種，工業(yè)上又常稱為直線模組，線性模組，單軸機械手臂，單軸機器人等，由直線滑臺與馬達(dá)驅(qū)動的結(jié)合構(gòu)成。在工業(yè)自動化應(yīng)用中，通過馬達(dá)驅(qū)動實現(xiàn)帶動工件自動線性運動。通過多方向軸的組合，組成設(shè)備上的運動執(zhí)行機構(gòu)，這種機構(gòu)常被稱為：工業(yè)機械手、XYZ軸機械手、坐標(biāo)軸滑臺等。PLC(可編程邏輯控制器)是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程

2、的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。基于PLC的電動滑臺控制系統(tǒng)能夠滿足各種控制要求,且靈活性好、可靠性高,有效提高了組合機床的自動化程度。關(guān)鍵詞：電動滑臺；PLC(可編程邏輯控制器)；控制系統(tǒng)AbstractElectric slide, is a kind of linear slide, industrially often referred to as linear module, linear module, single-axis mechanical arm, single

3、-axis robot, etc., by the combination of linear slide and motor drive. In industrial automation applications, the automatic linear motion of the workpiece is realized by motor drives. Through the combination of multi-directional axes, the motion actuator on the equipment is composed, which is often

4、referred to as: industrial manipulator, XYZ axis manipulator, coordinate axis slide and so on.PLC (Programmable Logic Controller) is an electronic system for the operation of digital operations specifically designed for applications in industrial environments. It uses a programmable memory in which

5、instructions for performing operations such as logical operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations are stored, and various types of mechanical equipment or production processes are controlled through digital or analog inputs and outputs.The PLC-based electric slide contr

6、ol system can meet various control requirements, and has good flexibility and high reliability, which effectively improves the degree of automation of the combined machine tool.Key Words: Electric slide; PLC (Programmable Logic Controller); Control Sys目 錄第一章 引言11.1 概述11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 選題的目的及意義2第二章 電動

7、滑臺的總體設(shè)計方案32.1 電動滑臺結(jié)構(gòu)選用32.1.1 電動滑臺的結(jié)構(gòu)分別是:同步齒型帶結(jié)構(gòu)和絲桿式結(jié)構(gòu)。32.2 電動滑臺控制系統(tǒng)硬件設(shè)計42.3 螺母絲杠的選用52.4 滾珠絲桿副的尺寸計算與參數(shù)選用52.4.1 滾珠絲桿副簡介52.4.2 滾珠絲桿副的消除間隙和預(yù)加載荷62.4.3 滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)62.4.4 滾珠絲桿副的長度選用72.5 步進電機的選擇72.6 聯(lián)軸器的選擇8第三章 機械部分的設(shè)計10第四章 PLC控制電動滑臺的設(shè)計114.1 電動滑臺的PLC控制辦法114.1.1 行程控制114.1.2 PLC的進給方向控制方法114.1.3 PLC的進給速度控制方法114.2

8、PLC編程語言介紹114.3 驅(qū)動器的連接124.3.1 驅(qū)動器與電源的連接134.3.2 驅(qū)動器與步進電機的連接134.3.3 驅(qū)動器和PLC的連接14第五章 電動滑臺設(shè)計任務(wù)及要求155.1 電動滑臺的設(shè)計任務(wù)155.2 電動滑臺的設(shè)計要求155.3電動滑臺數(shù)據(jù)的計算155.4 PLC的控制165.4.1 I/O的分配165.4.2 I/O口接線圖165.4.3 程序流程圖175.4.4梯形圖175.4.5脈沖輸出19第六章 總結(jié)與展望21參考文獻22致謝23第一章 引言1.1 概述設(shè)備中電動滑臺常用的可編程操控器(簡稱PLC)以其通用性強、可靠性高、指令體系簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握、

9、體積小、修理作業(yè)少、現(xiàn)場接口裝置方便等一系列長處，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動操控中。特別是在組合機床自動生產(chǎn)線的操控及CNC機床的S、T、M功用操控更顯示出其杰出的性能。PLC操控的步進電機開環(huán)伺服組織應(yīng)用于組合機床自動生產(chǎn)線上的直線模組滑臺操控，可省去該單元的數(shù)控體系使該單元的操控體系本錢降低7090%，甚至只占用自動線操控單元PLC的35個I/O接口及1KB的內(nèi)存。特別是大型自動線中能夠使操控體系的本錢顯著下降。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電動滑臺的發(fā)展空間巨大，越來越多的公司參與到電動滑臺的研究開發(fā)中。國外的一些企業(yè)和機構(gòu)很早之前就開始研發(fā)電動滑臺產(chǎn)品，技術(shù)也比較先進?，F(xiàn)在國際上生產(chǎn)電動滑臺比較知名

10、的公司有：美國的Danaher Motion、Moog、Parker、Exlar、Duff-Norton，丹麥的Linak，日本的Cosmic，德國的Bosch等。美國Danaher Motion公司生產(chǎn)的電動滑臺在國際上享有盛譽。Danaher Motion公司設(shè)計研發(fā)的電動滑臺在一些場合已經(jīng)可以完全代替液壓滑臺和氣滑臺等，為用戶帶來了巨大的經(jīng)濟效益。美國的Parker公司是全球領(lǐng)先的傳動系統(tǒng)制造公司，該公司生產(chǎn)的系列電動滑臺在精度、行程長度和承載能力上都已達(dá)到國際一流水平。該公司生產(chǎn)的一些電動滑臺產(chǎn)品已經(jīng)在航天設(shè)備上得到了應(yīng)用。系列電動滑臺和各種附件組合使用，被廣泛應(yīng)用于機床垂直進給軸、紡

11、織設(shè)備拉伸和夾緊機構(gòu)、測試器械等設(shè)備上。美國的Exlar公司在采用滾柱絲杠驅(qū)動電動滑臺方面做的非常出色，并已經(jīng)能夠?qū)Ⅱ?qū)動電機和滾柱絲杠一體化設(shè)計，該公司研發(fā)的系列和Exlar公司的系列電動滑臺系列電動滑臺受到業(yè)內(nèi)一直好評。Exlar公司生產(chǎn)的系列電動滑臺，在六自由度并聯(lián)運動模擬平臺、娛樂仿真設(shè)備、生物測試設(shè)備和造波機等設(shè)備上已經(jīng)得到了應(yīng)用。國內(nèi)也有很多企業(yè)從事電動滑臺的研究開發(fā)，比較知名的有上海冀望、重慶海通、江蘇南合公司、北京力姆泰克、南京思展等。這些公司都積極投入資金進行電動滑臺的研究開發(fā)，在電動滑臺產(chǎn)品研究方面也都收獲了一些成果。電動滑臺的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電動滑臺的市場也越來越大。隨

12、著工廠自動化的要求逐步提高，將會有越來越多的公司投入到電動滑臺的研究開發(fā)中。1.3 選題的目的及意義在制造業(yè)中，電動滑臺的身影幾乎隨處可見。作為將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運動的產(chǎn)品，它幾乎可以替代液壓缸和氣缸所能達(dá)到的工作，甚至在自動控制、遠(yuǎn)距離控制及集中控制上，電動滑臺比氣缸及液壓缸更具優(yōu)勢。而電動滑臺在制造業(yè)中大受歡迎，與它的諸多優(yōu)點是分不開的：可通過各種絲桿、連接桿或搖桿等機構(gòu)完成轉(zhuǎn)動、搖擺等各類復(fù)雜的動作; 高精度、高承載、高效率; 結(jié)構(gòu)簡捷，由電機直接驅(qū)動，外形尺寸??； 本體由鋁合金材料構(gòu)成，產(chǎn)品的重量輕；使用高精度的直線導(dǎo)軌滑塊，運動非常平穩(wěn)；可根據(jù)需要選配步進電機或伺服電機及相應(yīng)驅(qū)

13、動器，并且客戶可以自由選擇不帶電機及驅(qū)動器的產(chǎn)品；產(chǎn)品的行程大小可根據(jù)需求定制，安裝簡單并長期免維護。產(chǎn)品成本低，體積?。菏∪チ擞捅?、油箱、空壓機以及許多復(fù)雜的管路和其它輔助設(shè)備及節(jié)省了大量的空間。 產(chǎn)品故障率低，無油液污染：由于避免采用油液或氣體傳動，無漏油漏氣等故障現(xiàn)象，使污染問題得到了根本性的解決。能耗低，電機直接驅(qū)動省去了中間的能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，整機效率非常高，降低了能耗。第二章 電動滑臺的總體設(shè)計方案2.1 電動滑臺結(jié)構(gòu)選用2.1.1 電動滑臺的結(jié)構(gòu)分別是:同步齒型帶結(jié)構(gòu)和絲桿式結(jié)構(gòu)。首先介紹同步帶結(jié)構(gòu)，如下圖2.1所示:圖2.1標(biāo)注簡體說明:1、皮帶輪外殼2、蓋條3、齒形帶4、缸筒型材

14、5、滑塊6、馬大連接座介紹絲桿式結(jié)構(gòu)，如下圖2.2所示：圖2.2標(biāo)注簡體說明:1、端蓋2、滾珠螺桿3、滑塊4、缸筒型材5、蓋條兩種結(jié)構(gòu)各有各自的使用方式，同步齒形帶的速度傳動快慢效果比絲桿結(jié)構(gòu)的好，很大原因是絲桿導(dǎo)程的設(shè)計，因為這樣設(shè)計的絲桿，其電動滑臺的運動精度要比同步齒型帶的高5倍以上.因此，同步齒型帶結(jié)構(gòu)的電動滑臺多被用于1米以上的長行程運輸傳動的機械設(shè)備(比如:設(shè)備與設(shè)備間的移載機械手)或者從經(jīng)濟角度出發(fā)而使用。而絲桿式結(jié)構(gòu)由于其具有較高的精度，故多被用于微調(diào)或微動作運動的機械設(shè)備（比如:X光檢驗機)。根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計的要求，選用滾珠螺桿式電動滑臺。2.2 電動滑臺控制系統(tǒng)硬件設(shè)計普通直

15、線傳動主要由液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、直線電機驅(qū)動、旋轉(zhuǎn)電機和絲杠螺母傳動組成。滾動絲杠螺母的特點有小摩擦力矩傳動，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，精度高，壽命長等特點，因此，我們采用滾動絲杠螺母機構(gòu)和滾動導(dǎo)軌副設(shè)計電動滑臺。圖2.1是一個電動滑臺。結(jié)構(gòu)采用滾珠絲杠的安裝，電機通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠軸連接，滾珠絲杠軸承的兩端通過螺母固定在底座上。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，滾珠絲杠軸由聯(lián)軸器驅(qū)動，驅(qū)動滾珠絲杠副沿直線滑軌方向作直線運動，實現(xiàn)一個直線自由度。圖2.1 電動滑臺結(jié)構(gòu)圖1.直線滑軌滾珠絲杠副3.工作臺4.聯(lián)軸器5.步進電機2.3 螺母絲杠的選用絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu),它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動

16、或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。按照摩擦性質(zhì)還有滑動(摩擦)絲杠螺母機構(gòu)和滾動(摩擦)絲杠螺母機構(gòu)之分?；瑒咏z杠螺母機構(gòu):結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低(30%-40%)。滾珠絲杠螺母機構(gòu):結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，無自鎖功能，但其最大優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高(92%-98%)。因此在本次設(shè)計中使用滾珠絲杠螺母。絲杠螺母機構(gòu)的傳動形式有:（1）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動。因螺母本身起著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動，結(jié)構(gòu)較簡單，可獲得較高的傳動精度。但其剛性較差，因此只適用于行程較小的場合。（2）絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動。需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故

17、需導(dǎo)向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好，工作行程大，在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。（3）螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動。需要限制螺母移動和絲杠的轉(zhuǎn)動，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，很少應(yīng)用。（4）絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用極不方便，很少應(yīng)用。因此在本次設(shè)計中可以選擇絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動的傳動形式。當(dāng)絲杠作為主動體時，螺母就會隨絲杠的轉(zhuǎn)動角度按照對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應(yīng)的直線運動。滾珠絲杠螺母間因無間隙，直線運動時精度較高，尤其在頻繁換向時無需間隙補償。滾珠絲杠螺母間摩擦力很小，轉(zhuǎn)動時非常輕松。滾珠絲桿轉(zhuǎn)動一周螺母

18、移動的距離為一個螺距距離,如果是絲杠每轉(zhuǎn)一周螺母移動四個（或五個）螺旋線的距離，那么表示該絲杠是四線(或五線）絲杠，俗稱四頭（或五頭）絲杠。一般小導(dǎo)程滾珠絲杠都采用單線，中，大或超大導(dǎo)程采用兩線或多線。2.4 滾珠絲桿副的尺寸計算與參數(shù)選用2.4.1 滾珠絲桿副簡介滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動,它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅(qū)動執(zhí)行單

19、元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。滾珠絲桿的特點主要有:(1)傳動效率高在滾珠絲桿副中，自由滾動的滾珠將力與運動在絲桿與螺母之間傳遞。這一傳動方式取代了傳統(tǒng)螺紋絲桿副的絲桿與螺母間直接作用方式,因而以極小滾動摩擦代替了傳統(tǒng)絲桿的滑動摩擦。使?jié)L珠絲桿副傳動效率達(dá)到90%以上，為滑動絲桿副的24倍，整個傳動副的驅(qū)動力矩減少至滑動絲桿的1/3左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。(2)運動平穩(wěn)滾珠絲桿副在工作中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦系數(shù)幾乎與運動速度無關(guān),啟動摩擦力矩與運動時的摩擦力矩的差別很小。所以滾珠絲桿副運動平穩(wěn)，啟動時務(wù)顫動，低速時無爬行。( 3）可以預(yù)緊通過對

20、螺母施加預(yù)緊力能消除絲桿副的間隙，提高軸向接觸剛度，而摩擦力矩的增量卻不大。(4）定位精度和重復(fù)定位精度高由于前述的三個特點，滾珠絲桿副發(fā)熱率低,溫升以及在加工過程中對絲桿采取預(yù)緊拉伸并預(yù)緊消除軸向間隙等措施,因此采用精密滾珠絲桿副時可以獲得較高的定(5）使用壽命長滾珠絲桿和螺母均用合金鋼制造，螺紋滾道經(jīng)熱處理（硬度HRC5862）后磨至所需的精度和表面粗糙度，具有較高抗疲勞的能力。滾動摩擦磨損極微，因此具有較高的使用壽命和精度保持性。實踐證明，使用壽命約為普通滑動絲桿副的410倍，甚至更高。(6)）同步性好由于滾珠絲桿副運轉(zhuǎn)順滑、消除軸向間隙以及制造的一致性，采用多套相同的滾珠絲桿副同時傳動

21、幾個相同的部件或裝置時，由于反應(yīng)靈敏，無阻滯，無滑移，可以獲得較好的同步運動。( 7）使用可靠，潤滑簡單，維修方便與液壓傳動相比，滾珠絲桿副在正常使用條件下故障率低。維修保養(yǎng)也極為簡單,通常只需進行一般的潤滑和防塵。(8）不自鎖由于滾珠絲桿副的摩擦角小,所以不能自鎖。當(dāng)用于豎直傳動或需急停時，必須在傳動系統(tǒng)中附加自鎖機構(gòu)或制動裝置。(9)傳動可逆性滾珠絲桿副沒有滑動絲桿粘滯摩擦,消除了在傳動過程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，滾珠絲桿副能夠?qū)崿F(xiàn)兩種傳動方式將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動力。2.4.2 滾珠絲桿副的消除間隙和預(yù)加載荷滾珠絲桿可以消除反向間隙。為了提高剛度,還可使

22、它在過盈的條件下工作，即可以預(yù)加載荷，或稱預(yù)緊。消除間隙和預(yù)加載荷有很多方法。在機床上常用的是雙螺母法。把左、右螺母往兩頭撐開，左、右螺母接觸方向相反。左、右螺母裝在一個共同的螺母體內(nèi)。這就可使螺母作為一個整體，與絲桿間處于無間隙或過盈狀態(tài)以提高接觸剛度。常見的消除間隙和預(yù)加載荷的方式有雙螺母式和齒差式。本設(shè)計采用的是雙螺母墊片預(yù)緊的方式。滾珠絲桿的預(yù)緊是根據(jù)下述原則確定的:如在預(yù)緊后的滾珠螺母體上受一個外載荷F，方向為向右，則右螺母4的接觸變形（指螺母滾道-鋼珠-絲桿滾道沿接觸線的變形）加大，左螺母則減小。F大到某種程度，可使左螺母的接觸變形減小到零。如果F再加大，則左螺母與絲桿間將出現(xiàn)間隙

23、，影響定位精度?？梢宰C明，使不受力側(cè)的螺母接觸變形降至零的外載荷F，約等于預(yù)加載荷OF的3倍，(準(zhǔn)確值為2.83倍)，F(xiàn)=30F。因此，滾珠絲桿的預(yù)加載荷的0F，應(yīng)不低于絲桿最大軸向載荷的1/3。預(yù)緊后的剛度，可提高到為無預(yù)緊時的2倍。但是，預(yù)加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲桿在出廠時，就已由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷。預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動載荷Ca有一定的比例關(guān)系。2.4.3 滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)主要有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式。本設(shè)計采用內(nèi)循環(huán)（浮動反向器）方式。其主要特性有:滾珠返回通道短，不受負(fù)荷的滾珠最少，滾珠間摩擦損失小，提高了傳動的靈敏度;(2）螺母徑向

24、和軸向尺寸較小;(3)返回器剛性高，滾珠循環(huán)裝置有較高的可靠性;(4）返回器在螺母返回孔內(nèi)自由浮動，返回器回路與螺母螺紋滾道的對接可以自動調(diào)整，滾珠在返回循環(huán)過程中摩擦阻力小，傳動平穩(wěn)，定位精確;(5)返回器如用工程塑料制作，則吸振性能好，耐磨，噪聲小，一次成型，工藝簡單，成本低。本設(shè)計采用雙螺母墊片預(yù)緊的方式。雙螺母預(yù)緊的特點有:(1)修磨墊片來改變兩個螺母間的軸向距離。分為拉伸預(yù)緊和壓縮預(yù)緊兩種。本設(shè)計采用拉伸預(yù)緊的方式。(2）結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整片做成兩半,修磨時不需擰下螺母。調(diào)整后不易松動，剛度高。2.4.4 滾珠絲桿副的長度選用在本次設(shè)計中只是設(shè)計一個小型的電動滑臺，因此在本次設(shè)計中滾珠絲

25、桿轉(zhuǎn)動一周螺母移動的距離為一個螺距距離。在設(shè)計要求中指出螺母的最大行程為200mm,所以絲桿的長度至少要大于200mm。螺母的有效行程為200mm，由于滑臺采用軸承進行兩端固定，可取軸承之間的距離為300mm.加上軸承安裝長度和與聯(lián)軸器的連接長度,取絲杠的長度為350mm。2.5 步進電機的選擇步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到

26、調(diào)速的目的。現(xiàn)在比較常用的步進電機包括多段反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機等。反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。因此在本次設(shè)計中使用混合式步進電機，其步進角為1.8度。又因為在本次設(shè)計中四缸的行程只有300mm 不算大，所以可以選擇常州寶來公司型號為28B

27、YGH201的一款電動機。如下圖所示:2.2 步進電機其具體參數(shù)為表一表二2.6 聯(lián)軸器的選擇滾珠絲杠與電機連接時中間必須加裝聯(lián)軸器以達(dá)到柔性連接。聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸(主動軸和從動軸)使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。聯(lián)軸器種類繁多，按照被連接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為:固定式聯(lián)軸器;可移式聯(lián)軸器。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。選擇時先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊中查出適用的型號，最后對某些關(guān)鍵零件作必要的驗算。在本次設(shè)計中要使用步進電機作為驅(qū)動裝置，而步進馬達(dá)能在低速區(qū)域時傳達(dá)

28、高扭矩，適用于高精度的定位。為了方便起見本次設(shè)計中選用一款撓性聯(lián)軸器如下圖所示圖2.3 聯(lián)軸器第三章 機械部分的設(shè)計機械結(jié)構(gòu)大體為電動機、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副、光桿、滑臺等組成。電動滑臺的所有機構(gòu)需要在一個底座上進行安裝。電動機需安裝在一個電機支撐上，使電動機固定;電機支撐需要用內(nèi)六角圓柱螺釘與底座連接;電動機的軸與聯(lián)軸器的左端連接，聯(lián)軸器的右端直接與絲杠連接;因為聯(lián)軸器與螺母絲杠副懸空需用一個墊塊來固定，墊塊與底座要用一個內(nèi)六角圓柱螺釘來固定;螺母絲杠上有一個螺母，螺母稍小需套上一個螺母座，螺母座上裝滑臺，同時滑臺的長度也需要能夠覆蓋在光桿上，與光桿上的螺母進行連接，方便導(dǎo)向，螺母座與滑臺的連

29、接固定也需內(nèi)六角圓柱螺釘;同理在螺母絲杠副的右端也需要一個固定端墊塊來使其懸空，其與墊塊的連接要用內(nèi)六角圓柱螺釘來連接;光桿的安裝需與螺母絲杠副的絲杠平行，用支撐單元安裝在固定端墊塊上來使其與絲杠在同一水平面上。圖3.1 機械結(jié)構(gòu)部分第四章 PLC控制電動滑臺的設(shè)計4.1 電動滑臺的PLC控制辦法4.1.1 行程控制一般液壓滑臺和直線模組滑臺的行程控制都是用位置或者是壓力傳感器（行程開關(guān)/死擋鐵）來控制完成的；而直線模組滑臺的行程卻是選用了數(shù)字控制來完成。通過直線模組滑臺的結(jié)構(gòu)我們可以知道，滑臺的行程正比于步進電機的總轉(zhuǎn)角，因此只要操控步進電機的總轉(zhuǎn)角就可以了。由步進電機的作業(yè)原理和特性可知步

30、進電機的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的操控脈沖個數(shù);因而能夠依據(jù)伺服組織的位移量斷定PLC輸出的脈沖個數(shù): n=L/d （1）式中 L伺服組織的位移量( mm)d伺服組織的脈沖當(dāng)量( mm/脈沖)4.1.2 PLC的進給方向控制方法進給方向的控制即步進電機的轉(zhuǎn)向控制。步進電機的轉(zhuǎn)向可以經(jīng)過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向；如三相步進電機的通電順序是A-AB-B-BC-C-CA-A.時步進電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按照A-AC-C-CB-B-BA-A.順序通電時步進電機反轉(zhuǎn)。所以能夠經(jīng)過PLC輸出的方向控制信號改動硬件環(huán)行分配器的輸出順序來完成，或經(jīng)過編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)的

31、。4.1.3 PLC的進給速度控制方法伺服機構(gòu)的進給速度取決于步進電機的轉(zhuǎn)速，而步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率；因此可以根據(jù)該工序要求的進給速度,其PLC輸出的脈沖頻率： f=V/60d（Hz） (2)式中V伺服組織的進給速度(mm/min)d伺服組織的脈沖當(dāng)量( mm/脈沖)4.2 PLC編程語言介紹PLC通常不采用微機的編程語言，而是采用面向控制過程、面向問題的自然語言編程。國際電氣技術(shù)聯(lián)合會IEC于1993年制定了PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC1131-3)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了5種編程語言，其中3種圖形化語言，2種文體化語言。圖形化語言有梯形圖(Ladder Diagram-LD)，順序

32、功能圖(Sequential Function Chart-SFC)，功能塊圖(Function Block Diagram-FBD)。文本化語言有指令表(Instruction List-IL)和結(jié)構(gòu)文本(Structures Text-ST)。這5種語言夠成了PLC的官方語言，而其中的梯形圖和功能塊圖由于可操作性好，得到了大家的肯定，發(fā)展較快。4.3 驅(qū)動器的連接圖4.1 驅(qū)動器的連接圖中控制器為發(fā)出位置控制命令的裝置，其主要作用是通過編制程序下達(dá)控制指令，是步進電機按照控制要求完成位移和定位，在本次設(shè)計中控制器選擇了PLC;驅(qū)動器又稱放大器，作用是把控制器送來的信號進行功率放大，用于驅(qū)動

33、電機運轉(zhuǎn)，可以說驅(qū)動器是集功率放大和位置控制為一體的智能裝置，其中驅(qū)動器又與電源連接來為整個系統(tǒng)供電。因此可大概知曉滑臺的控制系統(tǒng)實物圖連接如下所示圖4.2 控制系統(tǒng)在本次設(shè)計中使用的驅(qū)動器為MSST5/10-Q驅(qū)動器，其實物如下圖所示圖4.3 驅(qū)動器4.3.1 驅(qū)動器與電源的連接( 1) MSST5/10-Q驅(qū)動器適用24V-80V電源，在本次設(shè)計中考慮到PLC使用24V電源;(2）將電源“+”端連接至驅(qū)動器上標(biāo)有“V+”的端口上，電源“-”連接至驅(qū)動器上標(biāo)有“V-”的端口上，底座上的接地螺釘應(yīng)與大地相連。如下圖所示:圖4.44.3.2 驅(qū)動器與步進電機的連接當(dāng)步進電機連接到驅(qū)動器時，先確認(rèn)

34、電機電源已關(guān)閉;確認(rèn)為使用的電機引線未與其他物體發(fā)生短路;在驅(qū)動器通電期間，不能斷開電機;不要將引線接到地上或電源上。本次使用型號為28BYGH201的一款電動機，其與電機的連接部分如下圖所示:圖4.5其具體的接線圖如下圖所示：圖4.64.3.3 驅(qū)動器和PLC的連接圖4.7第五章 電動滑臺設(shè)計任務(wù)及要求5.1 電動滑臺的設(shè)計任務(wù)1.螺母的平移速度10mm/s100mm/s可調(diào)。2.螺母最大行程200mm。3.電機采用端面安裝形式，用聯(lián)軸器連接電機輸出軸絲杠。5.2 電動滑臺的設(shè)計要求工作臺前進到盡頭后，停5秒鐘；然后電機反轉(zhuǎn)（可由脈沖方向?qū)崿F(xiàn))，到盡頭后，停2秒鐘；然后電機正轉(zhuǎn)。如此循環(huán)下去

35、。按下停止按鈕，電機馬上停止（電機的軸鎖住)。按下脫機按鈕，電機的軸松開。5.3電動滑臺數(shù)據(jù)的計算由電動滑臺的設(shè)計任務(wù)可以知道螺母的平移速度為10mm/s100mm/s,且在設(shè)計中使用的是滾珠絲桿轉(zhuǎn)動一周螺母移動的距離為一個螺距距離，所以可知滑臺的平移速度也為10mmm/s100mm/s。在此次設(shè)計中選擇絲桿的導(dǎo)程為5mm,所以絲杠每秒需轉(zhuǎn)2圈20圈;又因步進電機與絲桿使用聯(lián)軸器連接的，所以他們的傳動比i為1，所以步進電機也需要每秒轉(zhuǎn)720度7200度。在本次設(shè)計中，選用的是兩相混合式步進電機，兩相步進角一般為1.8度即步進電機一個脈沖轉(zhuǎn)1.8度，也就是說步進電機每秒轉(zhuǎn)720度-7200度分別

36、需要400個4000個脈沖，即給200個脈沖可使步進電機轉(zhuǎn)動一圈，由此可算出步進電機的脈沖當(dāng)量為5/200=0.025mm/脈沖。本設(shè)計選擇滑臺的平移速度為50mm/s,由于螺母最大行程為300mm,則前進一次需要4秒。己知導(dǎo)程為5mm,則絲杠每秒需要轉(zhuǎn)動10 圈(50mm/s/5)，所以需要給步進電機每秒2000個脈沖（即頻率)，所以滑臺向前移動至限位開關(guān)處需要給步進電機2000*4=8000個脈沖。(或用n=L/d)根據(jù)輸入脈沖的多少可以計算出在這一次直線運動中螺母的具體位置，實現(xiàn)位置檢測功能。PLC輸出脈沖頻率:f=V/60d,即f=50/(60*0.025)=2000Hz。5.4 PL

37、C的控制5.4.1 I/O的分配因采用PLC 控制，需分配其I/0口，它決定著系統(tǒng)如何工作，該系統(tǒng)的I/0口分配如下表所示。表5.1表5.25.4.2 I/O口接線圖該系統(tǒng)PLC 的I/O 接線圖如下圖所示。圖5.15.4.3 程序流程圖圖5.25.4.4梯形圖圖5.35.4.5脈沖輸出PLC控制步進驅(qū)動器進行位置控制有下列4種方式:通過I/o方式進行控制;通過模擬量輸出方式進行控制;通過通信方式進行控制和通過高速脈沖方式進行控制。通過高速脈沖進行位置控制，是比較常用的方式。在小型PLC中，脈沖信號的輸出也有兩種方式。一種是通過PLC內(nèi)置的高速脈沖輸出口輸出口輸出。三菱FX PLC的FX2N系列規(guī)定了Y0，Y1為高速脈沖輸出口，脈沖的頻率和脈沖數(shù)目直接控制驅(qū)動器進而控制電動機進行位置控制，PLC的這些脈沖輸出點一旦被指定為高速脈沖輸出口，就不能再作他用。由于高速脈沖的頻率都比較高，所以，必須選用晶體管型輸出