摘要
随着世界进入现在代化科技文明至今，现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在近代工业上PLC的问世给所有工业部分带来飞跃的进步，人们利用PLC的优点改变传传统工业的控制技术，让工业实现真正的全自动化。
在人类文明至今机械工具不断的改进，到工业革命之后一次又一次的飞跃给现在所有科技生活等部分带来了翻天变化，就现在工业生产中十字滑台是最新科技领先的技术中的一个常应用的工业生产模块。
在科技不断地升级换代，世界各发达国家在各技术部分的技术水平已经非常成熟，然而我国在很多科技部门仍然是空缺众多。就目前关于本文章的十字滑台的精确度就是目前我国一项重大空缺，所以本文章设计是关于如何利用PLC技术来实现十字滑台的更精确、更方便、更灵活，PLC的使用可以利用其优点来弥补我国在这些工业技术上的缺陷。
课题研究主要工作就是研究如何PLC编程进行对十字滑台的精确控制，十字滑台系统主要X轴方向滑台、Y轴方向滑台、X-Y轴定位及划线。在设计中很多方面都涉及机械方面的机械滑轮和齿轮和自动化方面的PLC控制理论与程序以及相关学科的知识来实现十字滑台的电动机的运转，实现最终十字滑台的设计要求。
关键字：PLC、十字滑台、X轴、Y轴
Abstract
Now as the world entered the generation of the civilization of science and technology, the continuous development of modern science and technology, greatly promote the cross of different subjects and penetration, led to the revolution and reform in the field of engineering. In the advent of modern industrial PLC brings all the industrial part of leap progress, people of have a little change the traditional industrial control based on PLC technology, make industry to realize the real full automation.
Machine tools of continual improvement, up to now in human civilization to leap again and again after the industrial revolution brought all technology such as part of life now proud of change, is now in the industrial production cross sliding table is one of the latest technology leading technology in the industrial production of commonly used modules.
In science and technology constantly upgrading, the world's developed countries in the technical part of the technical level is already very mature, however in many departments of science and technology in our country is still many gaps. Now about the accuracy of the cross slide of this article is a big gap in our country at present, so this article design is about how to use PLC technology to realize the cross slide more accurate and more convenient, more flexible, the use of PLC can make use of its advantage to make up the defects of our country on the industrial technology.
Research the main work is to study how to PLC programming for accurate control of cross sliding table, cross sliding table system main X axis direction slippery, Y direction slippery, x-y axis positioning and marking. In many aspects are involved in the design of machinery of pulleys and gears and automation of the theory and application of PLC control and related disciplines of knowledge to realize the cross slide motor operation, to eventually achieve cross slide design requirements.
Key words: PLC, cross sliding table, the X axis and Y axis
目录
1、引言： (6)
2、设计任务 (4)
3、总体方案的确定 (4)
3.1 机械传动部件的选择 (4)
3.1.1导轨副的选用
3.1.2丝杠螺母副的选用
3.1.3减速装置的选用
3.2 控制系统的设计 (5)
3.3 绘制总体方案图 (5)
4、机械传动部件的计算与选型 (6)
4.1 导轨上移动部件的重量估算 (6)
4.2 铣削力的计算 (6)
5、直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (6)
F的计算及导轨型号的选取
5.1 块承受工作载荷max
5.2 距离额定寿命L的计算
6、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)
6.1 最大工作载荷Fm的计算
6.2 最大动工作载荷FQ的计算
6.3 初选型号
6.4 传动效率η的计算
6.5 刚度的验算
6.6 压杆稳定性校核
7、步进电动机减速箱的选用 (9)
8、步进电动机的计算与选型 (9)
8.1 转矩的计算
8.2.等效转动惯量的计算
8.3速度的验算
9、进给传动系统示图 (12)
参考文献 (12)
引言
1.1课题来源
自选课题：根据生产实际PLC在工业中的应用及十字滑台与PLC综合利用的发展前景选定了《PLC对十字滑台控制系统》这个设计课题。
1.2课题背景
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状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。
这些年来，国外机床工业迅猛发展，其产值仅次于模具工业的产值。随着工业技术的迅速发展，对精密十字滑台的设计和制造要求也越来越高。随着伺服控制技术和传感器技术的进步，在数控系统的控制下，机床可以执行亚微米级的精确运动。在加工精度方面，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。由于计算机硬件的标准化和模块化，以及软件模块化，开放化技术的日益成熟，数控技术开始进入开放化的阶段。开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。随着数控系统核心处理器性能的进步，目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用
以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在我国一般高速铣床加工需3小时，在普通铣床加工需8小时。
对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于1958年,近50年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从1958年到1979年,即封闭式发展阶段。在此阶段,由于国外的技术封锁和我国的基础条件的制,数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期,即引进技术,消化吸收,初步建立起国产化体系阶段。在此阶段,由于改革开放和国家的重视,以及研究开发环境和国际环境的改善,我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间,即实施产业化的研究,进入市场竞争阶段。纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关,总体来看取得的成绩还是不小。但是，目前我国一般的精密十字滑台是滚珠丝杠与伺服电机直接联接，这种联接方式适用于一般的机床，对于本课题的十字滑台来说，这种控制技术是不够平稳、不够精确的。
1.3课题研究的意义
对于本设计针对我国现在在数控机床的前沿的缺陷，具有针对性的给予解决。我国现在的国情可谓是硬件机械方便的材料与硬件技术的不成熟和不完善，同时我国很多人才都在为我国在很多领域的缺陷做出巨大的努力和人力、物力，然而我国的实际情况使得我国在现今以及长远一段时间内都要不断努力摸索，使最终能在各个欠缺的领域内各技术、科学知识达到成熟。目前，国内生产的精密滑台已达到了比较高的水平，但由于数控研磨机的发展还不够成熟，因而应用于数控研磨机的精密滑台还处在萌芽状态，大多数的工作台产品无法满足研磨机的控制要求。
本设计就是基于我国现如今就十字滑台这项技术的欠缺做出进一步的改进，利用现在工业上先进而又通用的PLC这项控制技术来实现对十字滑台的精确、灵活、多样性的改进，真心希望通过本次设计改变我国现如今在该技术领域的缺陷。
X-Y数控工作台机电系统设计
1.引言：
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
X-Y数控工作台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，以及步进电动机等部件构成。其中步进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、滚珠丝杠螺母副和步进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。
图1 X-Y数控工作台外形
2.设计任务
题目：X-Y 数控工作台机电系统设计
任务：设计一种供应式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，主要参数如下：
1. 立铣刀最大直径的d=15mm ；
2. 立铣刀齿数Z=3;
3. 最大铣削宽度e a =15mm;
4. 最大背吃刀量p a =8mm;
5. 加工材料为碳素钢。
6. X 、Y 方向的脉冲当量x y δδ==0.002mm;
7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm ;
8. 工作台面尺寸为350mm×350，加工范围为450×450;
9. 工作台空载进给最快移动速度都为2500mm/min ;
10. 工作台进给最快移动速度都为400mm/min ;
3.总体方案的确定
3.1 机械传动部件的选择
3.1.1导轨副的选用
要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度
高，因此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，安装预紧方便等优点。
3.1.2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，需要满足
0.002mm 脉冲当量和01.0±mm 的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠
丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、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。
3.1.3减速装置的选用
选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输
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，选用无间隙齿轮传动减速箱。
3.1.4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因此3000mm/min，故本设计不必采用高档次的私服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。
3.1.5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，为了确保电动机在运动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力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-Z工作台准备用在数控车床上，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，所以控制系统设计成连续控制型。
2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。
3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。
4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。
3.3 绘制总体方案图
总体方案图如图3.1所示。
微
型
机接口电
路功放电路执行元件机械传动机构机械执行机构
图3.1 总体方案图
4.机械传动部件的计算与选型
4.1 导轨上移动部件的重量估算
按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作台、上
层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N.
4.2 铣削力的计算
设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。
则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为：
0.850.750.73 1.00.13c e z p 118a f d a n Z F -= (6-11)
今选择铣刀的直径为d=15mm ，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣
削情况下，取最大铣削宽度为e a 15mm =，背吃刀量p a =8mm ，每齿进给量
z f 0.1mm
=，铣刀转速n 300r/min =。则由式（6-11）求的最大铣削力： F c =118×150.85×0.10.75×15-0.73×81.0×3000.13×3 N≈1463 N
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由查表，并考虑逆铣时的情
况，可估算三个方向的铣削力分别为：
F f =1.1F c ≈1609N ，（1.0~1.2，取1.1）
F e =0.38F c ≈556N ，（0.35~0.40，取0.38）
F fn =0.25F c ≈366N ，（0.2~0.3，取0.25）
工作台受到垂直方向的铣削力F z = F e =556N ，受到水平方向的铣削力分别为F f
和F fn 。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杠轴线方向），则纵
向铣削力F x = F f =1609N ，径向铣削力F y =F fn = 366N 。
5. 直线滚动导轨副的计算与选型
5.1滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取
工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y 工作台
为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台
面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂向载荷为：
F G P C +=4
（2） 其中，移动部件重量G ＝800N ，外加载荷F = F z = 556N ，代入（2）式得最大工
作载荷P C =756N=0.756kN 。查表，根据工作载荷P C =0.756kN ，初选直线滚动导
轨副的型号为KL 系列的JSA-LG15型，其额定动载荷C a =7.94 kN ，额定静载荷
C 0a =9.5 kN 。任务书规定工作台面尺寸为350mm×350，加工范围为450×450，考
虑工作行程应留有一定余量，选取导轨长度1150。
5.2距离额定寿命的计算
上述选取的KL 系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为HRC60，工作温度不
超过100℃，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。
查表，分别取硬度系数H f =1.0，温度系数T f =1.00，接触系数C f =0.81，精度系
数R f =0.9， 载荷系数W f =1.5，得距离寿命：
km p C f f f f f L c a W R C T H 664950)(
3≈??=
远大于期望值50km ，故距离额定寿命满足要求。 6、滚珠丝杠螺母副的计算与选型
6.1最大工作载荷F m 的计算
当承受最大铣削力时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）
F x =1609N ，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）F y = 366N ，受到垂向的载荷（与
工作台面垂直）F z = 556N 。已知移动部件总重量G =800N ，按矩形导轨进行计算，
查表，取颠覆力矩影响系数K =1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005。求得滚珠
丝杠副的最大工作载荷：
F m = KF x + μ（F z + F y +
G ） = [ 1.1×1609 + 0.005 × ( 556 + 366 + 800 ) ] N
≈ 1779 N
6.2最大动载荷F Q 的计算
设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min ，初选丝杠导程
h P =5 mm ，则此时丝杠转速n =v /P h = 80 r/min 。取滚珠丝杠的使用寿命T =15000 h ，
f W =1.2，滚道硬度为HRC60时，取硬度系数f H =1.0，求得最大动
载荷：
F Q m H W F f f L 30= ≈8881 N
6.3初选型号
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表，选择济宁博特精密丝杠
制造有限公司生产的G 系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母
式，其公称直径为32 mm ，导程为5 mm ，循环滚珠为3圈×1列，精度等级取4
级，额定动载荷为9309 N ，大于F Q ，满足要求。
6.4传动效率η的计算
将公称直径d 0=40mm ，导程P h =5mm ，代入λ= arctan[P h /(πd 0)]，得丝杠螺旋
升角λ=2o 50′。将摩擦角φ=10′，代入η=tan λ / tan (λ+φ)，得传动效率 η=94.90%。
6.5刚度的验算
X-Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的
两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为
a=950mm ；钢的弹性模量E=2.1х105Mpa;查表得滚珠直径D w =3.175mm ，丝杠底径
d 2=28.2mm,丝杠截面积S=22d π/4=624.6m 2m 。
算得丝杠在工作载荷Fm 作用下产生的拉/压变形量:
δ1 = Fm*a/(ES)
= [1779×950/（2.1*105 *624.6）] mm
≈ 0.0129mm 。
根据公式0(/)3W Z d D π=-，求得单圈滚珠数Z=28；该型号丝杠为单螺母，
滚珠的圈数?列数为3?1，代入公式Z ∑=Z ?圈数?列数，得滚珠总数量Z ∑=84。
丝杠预紧时，取轴向预紧力YJ m F F =/3=593N 。求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形
量 ：
2δ≈ 0.0026 mm 。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可
以减少一半，取2δ=0.0013mm 。
将以上算出的1δ和2δ代入12δδδ=+总，求得丝杠总变形量（对应跨度950mm ）
δ总=0.0142mm=14.2m μ。
查姜培刚版《机电一体化系统课程设计指导书》表3-7可知5级精度滚珠丝
杠有效行程在400~500mm 时，行程偏差允许达到27μm ，大于14.2μm 可见丝
杆刚度足够。
6.6压杆稳定性校核
根据尹志强版《机电一体化系统课程设计指导书》公式（3-28）计算失稳
时的临界载荷F K 。取支承系数k f =1；由丝杠底径d 2=28.2mm 求得截面惯性矩
42/64I d π=≈31043.194mm ；压杆稳定安全系数K=3（丝杠卧式水平安装）
；滚动螺母至轴向固定处的距离L 取最大值950mm 。代入式（3-28）22EI L K
k a f P =π，得临界载荷P a =23763.86N ，远大于工作载荷 Fm =1779N ，故丝杠不会失稳。故丝
杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。
7、步进电动机减速箱的选用
已知工作台的脉冲当量δ=0.002mm/脉冲，滚珠丝杠的的导程P h =5mm ， 初选步进
电动机的步距角α=0.144°，由传动比公式算得：
()/(360)h i P αδ==(0.144?5）/（360?0.002）=1
由于传动比为1，故不需要减速机构，可以用电机直接驱动丝杆转动。
8、步进电动机的计算与选型
8.1 转矩的计算
8.1.1空载时的摩擦转矩LF T
LF T =i
WL s 2ημπ=m .033.01949.02005.080005.0N ＝π???? 8.1.2铣削加工时的负载转矩T L
由于铣削加工时阻力很大，所以滚珠丝杆传动副必须先预紧，其预紧力为最
大轴向载荷的1/3时，其刚度增加两倍，变形量减小1/2.
故预紧力 y F F 3
1==122N 取螺母内部的摩擦系数μm =0.3，滚珠丝杆预紧后的摩擦转矩
T 1=μm FL/2π=0.029N.m
换算到电机上所需转矩，导轨上的摩擦系数μ=0.05，
T 2=[F Z +μ(G+F Y )]L/(2πηS i)=0.518N.m
所以21T T T L +==0.547N.m
8.2.等效转动惯量的计算
8.2.1 滚动丝杠的转动惯量Js
Js==32
40lp d π8.89x10-4N.m 2 8.2.2 拖板运动惯量换算到电动机轴上的转动惯量Jw
Jw=
=?22i 1)2(πL g W 5.17x10-5N.m 2 因此，换算到电动机轴上的总惯性负载 ，
J L =J W +J s =9.407x10-4N.m 2
初选步进电机型号，
已知L T =0.547N.m,J L = 9.407X10-4N.m 2，初选步进电动机为广州数控设
备有限公司的DY3F 系列三相混合式步进电机,其型号为90BYG350B ，它的参数表
如下表，其最大静扭矩Tmax=4N.m ，转子惯量Jm=3x10-4N.m 2. 5.0137.04
547.0max ＜==T T L ， 414.33
407.9＜==W L J J
8.3速度的验算
8.3.1快进速度的验算
由上表可得，
fmax=12000Hz时，电动机转矩Tm=1.4N.m>Tf=0.033N.m,故可按此频率计算最大的快进速度，
min /2500min /60000max 2mm mm f L v >=?=
8.3.2 工进速度的验算
当T L =0.547N.m,对应的频率f ≈6000 Hz 故有
min /400min /720611mm mm i
L f v >=???=δ 9、进给传动系统示意图如图所示
参考文献：
[1] 张建民.机电一体化系统设计.—北京:机械工业出版社.2001
[2] 姜培刚、盖玉先. 机电一体化系统设计.—北京：机械工业出版社.2003
[3] 尹志强. 机电一体化系统设计课程设计指导书. —北京:机械工业出版社.2007
[4] 张立勋等.机电一体化系统设计[M].—哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.
[5] 文怀兴、夏田.数控机床系统设计[M].—北京：化学工业出版社.2008
[6] 李发海、王岩.电机与拖动基础（第三版）.—北京：清华大学出版社.2005
[7] 张毅刚.单片机原理及应用.—北京：高等教育出版社.2010
郑州大学现代远程教育 毕业设计题目：双坐标十字滑台的设计 入学年月 ______ 2014.11.24 ______ 姓名______________ 学号_________ 专业______ 联系方式 ______________ 学习中心 ___________________ 指导教师 ___________________
完成时间2016 年4 月12 日 目录 1 绪论 (1) 1.1自动分拣系统的定义 (1) 1.2自动分拣系统研究现状及发展趋势 (1) 2系统硬件设计 (2) 2.1传感器的选型 (2) 2.1.1电感式传感器 (2) 2.1.2电容式传感器 (3) 2.1.3颜色传感器 (5) 2.2限位开关的设计 (6) 2.3电磁阀的设计.................................................. .7 2.4PLC 的选型. (8) 2.5PLC 输入输出接线端子图 (9) 3系统软件设计 (10) 3 . 1控制系统流程图设计 (10) 3.2PLC 梯形图程序设计 (11) 3.3整体梯形图 (12) 3.4PLC 程序指令表 (12) 4总结 (14) 参考文献 (15)
1绪论 1. 1自动分拣系统的定义 自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照系统设定 的指令靠自动装置来完成的。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。 1. 2自动分拣系统研究现状及发展趋势 我国自动分拣机的应用大约始于1980年代，近期的市场兴起和技术发展始于1997年。自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用，然后 普及到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长，各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域,并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。 随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。 目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多；另外组态软件的的发展，为物料分拣系统增添了新的活力。
十字滑台系统设计 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
重庆理工大学机电一体化课程设计X-Y水平十字滑台 说明书 班级： 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 姓名： 教师： 时间：2015年6月22日-7月10日
目录 1、机械传动部件的选择 (3) 2、控制系统的设计 (4) 1、导轨上移动部件的重量估算 (4) 2、铣削力的计算 (4) 3、直线滚动导轨副的计算与选型 (7) 4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 5、步进电动机减速箱的选用 (13) 6、步进电动机的计算与选型 (13) 7、增量式旋转编码器的选用 (19) 8、步进电机驱动器的选择 (19) 9、联轴器的选择 (21)
六、工作台控制系统的设计 (22) 七、十字滑台运动控制程序的编制 (22) 八、结语 .............................................................................................................................. . (25) (26)
三、总体方案的确定 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，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小(p mm y x /01.0==δδ)，定位精度高（max max 400/min x f y f v v mm ==），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。 选直线滚动导轨副 （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，要满足的脉冲当量和±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，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 选滚动丝杠螺母副 （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，且应有消除间隙机构。 拟采用减速器 （4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2500mm/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。 伺服电机选步进电机 （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，并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 检测装置的选用：增量式旋转编码器
郑州大学现代远程教育毕业设计题目：双坐标十字滑台的设计 入学年月____2014.11.24_______ 姓名____ _________ 学号_________ 专业___ ___ 联系方式__________ 学习中心______ ________ 指导教师_____ _________ 完成时间__2016__年__4__月__12__日
目录 1 绪论 (1) 1.1 自动分拣系统的定义 (1) 1.2 自动分拣系统研究现状及发展趋势 (1) 2 系统硬件设计 (2) 2.1 传感器的选型 (2) 2.1.1 电感式传感器 (2) 2.1.2 电容式传感器 (3) 2.1.3 颜色传感器 (5) 2.2 限位开关的设计 (6) 2.3 电磁阀的设计 (7) 2.4 PLC的选型 (8) 2.5 PLC输入输出接线端子图 (9) 3 系统软件设计 (10) 3．1 控制系统流程图设计 (10) 3.2 PLC梯形图程序设计 (11) 3.3 整体梯形图 (12) 3.4 PLC程序指令表 (12) 4 总结 (14) 参考文献 (15)
1 绪论 1．1 自动分拣系统的定义 自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照系统设定的指令靠自动装置来完成的。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。1．2 自动分拣系统研究现状及发展趋势 我国自动分拣机的应用大约始于1980年代,近期的市场兴起和技术发展始于1997年。自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用, 然后普及到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长,各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域, 并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。 随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。 目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多；另外组态软件的的发展，为物料分拣系统增添了新的活力。
陕西国防工业职业技术学院 SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计论文 题目机床十字滑台控制系统设计 专业供用电技术 班级供电3101 姓名孙争龙 学号 27310115 指导教师沈博 二○一二年十二月二十五日
毕业设计任务书 专业: 供用电技术班级: 供电3101 学生签名: 孙争龙 一、设计题目 机床十字滑台控制系统设计 二、设计内容要求和技术参数 1．构建控制系统模型。 2．确定主要控制、执行元件及其型号。 3．绘制电气控制原理图及接线图。 4．设计PLC程序。 5．配置执行元件控制器参数。 6．系统状态、精度分析。 三、设计应完成的技术资料 1．系统模型示意图 2．PLC控制程序 3．控制器参数调试清单 4．电气控制原理图 5．系统说明书 6．毕业设计说明书 四、设计考核的主要知识与技能 1．培养学生的团队意识，严格、认真、一丝不苟的科学精神，勇于探索的创新精神2．考核学生系统构建能力 3．考核学生PLC程序设计能力及伺服、步进电机及其控制器的应用能力 4．考核学生对电力拖动控制领域的了解 五、设计的主要内容 本项目是机加行业典型的定位控制系统，以PLC为主控元件,完成对伺服电机或步进电机的实时控制。设计主要完成PLC控制程序，控制器参数设置及PLC与控制器的连接方式，最终形成系统及其说明书，并完成毕业设计论文。 六、设计时间:年月日至年月日 七、指导教师签名: 沈博
毕业设计进度表和平时考核 学生签名:孙争龙班级:供电3101 平时成绩: 指导教师签名: 2006年11月6日
指导教师评语和评分意见学生姓名: 评语: 评分: 指导教师签名: 年月日
目录 1.序言 (2) 2.技术要求 (2) 2.1 设计题目 (2) 2.2 技术数据 (2) 2.3 设计要求 (2) 3.总体结构设计 (2) 3.1 丝杠选取 (3) 3.1.1 计算动载荷 (3) 3.2 滚珠丝杠副的选取 (4) 3.2.1计算载荷 (4) 3.2.2根据Ca选择滚珠丝杠副 (4) 3.2.3计算额定动载荷计算值Ca (4) 3.2.4滚珠丝杠副校核 (5) 3.3稳定性运算 (5) 3.3.1计算临界转速 n (5) K 3.3.2压杆稳定性计算 (6) 3.4 滚动导轨 (6) 3.4.1计算行程长度寿命 Ts (6) 3.4.2计算动载荷 C………………………………………………………6、 j 3.5 选取电机 (8) 3.5.1 电机的初选 (8) 3.5.2 步进电机转动的校核 (8) 4.结语 (11) 5.参考文献 (11)
1.序言 X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。X-Y数控工作台机电系统设计是利用8031单片机,及2764,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其基本思想是:通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工,每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转,同时通过8155(1)将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀,电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用，本题目设计得到了老师的帮助和支持，最后由关英俊老师审定，在此表示感谢。因本人水平有限，错误和不足之处在所难免，处理问题也有不妥之处，敬请相关老师批评指正。 2.技术要求 2.1设计题目：X-Y双坐标联动数控工作台设计 2.2技术数据 工作台长 宽（mm）:410*310 工作台重量（N）：2300N 脉冲当量： 0.005～0.008mm/P 2.3设计要求： （1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺结构 （2）滚珠丝杠支撑方式：双推—简支型 （3）驱动电机为反应式步进电机 （4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙 3.总体结构设计
材料分拣系统机械系统 设计单片机 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
郑州大学现代远程教育 毕业设计 题目：双坐标十字滑台的设计 入学年月___________ 姓名____ _________ 学号_________ 专业___ ___ 联系方式__________ 学习中心______ ________ 指导教师_____ _________ 完成时间__2016__年__4__月__12__日 目录 1 绪论 (1) 1.1 自动分拣系统的定义 (1) 1.2 自动分拣系统研究现状及发展趋势 (1) 2 系统硬件设计 (2) 2.1 传感器的选型 (2) 2.1.1 电感式传感器 (2) 2.1.2 电容式传感器 (3) 2.1.3 颜色传感器 (5) 2.2 限位开关的设计 (6) 2.3 电磁阀的设计 (7) 2.4 PLC的选型 (8) 2.5 PLC输入输出接线端子图 (9)
3系统软件设计 (10) 3．1控制系统流程图设计 (10) 3.2 PLC梯形图程序设计 (11) 3.3整体梯形图 (12) 3.4 PLC程序指令表 (12) 4总结 (14) 参考文献 (15)
1 绪论 1．1 自动分拣系统的定义 自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照系统设定的指令靠自动装置来完成的。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。1．2 自动分拣系统研究现状及发展趋势 我国自动分拣机的应用大约始于1980年代,近期的市场兴起和技术发展始于1997年。自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用, 然后普及到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长,各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域, 并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。 随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。 目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多；另外组态软件的的发展，为物料分拣系统增添了新的活力。 2 系统硬件设计 2．1 传感器的选型 2.1.1 电感式传感器
长春工业大学 课程设计说明书 课程设计名称《机械制造装备设计》课程设计专业机械制造及自动化 班级100104班 学生姓名闫迪 指导教师姜振海 2013年12月12
目录 1前言 (1) 1.1设计任务 (1) 1.1.1主要技术参数 (1) 1.1.2工艺要求 (1) 1.2设计内容 (1) 1.2.1运动设计 (1) 1.2.2动力计算 (1) 1.2.3绘制图纸 (1) 1.2.4编写设计说明书1份 (1) 2传动方案的拟定及说明 (2) 2.1车床主参数和基本参数 (2) 2.2拟定参数的步骤和方法 (2) 2.2.1主轴级数的拟定 (2) 2.2.2主电机功率——动力参数的确定 (3) 3运动设计 (4) 3.1传动结构式、结构网的选择确定 (4) 3.1.1传动组及各传动组中传动副的数目 (4) 3.1.2传动系统扩大顺序的安排 (5) 3.1.3绘制结构网 (6) 3.1.4转速图的绘制 (6) 3.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (7) 3.2.1齿轮齿数的确定的要求 (7) 3.2.2 变速传动组中齿轮齿数的确定 (8) 3.2.3验算主轴转速误差 (10) 3.2.4绘制主传动系统图 (10) 4传动件的设计 (11) 4.1 带轮的设计 (11)
4.2齿轮模数的估算和计算 (13) 4.2.1确定计算转速 (13) 4.2.2轴和齿轮的传递功率 (14) 4.2.3计算齿轮模数 (14) 4.2.4齿宽的确定 (15) 4.2.5各轴间中心距的确定 (16) 4.3传动轴直径的初算 (16) 4.4主轴轴径的确定 (17) 5验算主要零件 (17) 5.1齿轮模数验算 (17) 5.1.1齿面接触疲劳强度计算 (17) 5.1.2齿根弯曲疲劳强度验算 (18) 5.2传动轴刚度的验算 (18) 5.2.1计算轴的平均直径，画出计算简图 (18) 5.2.2计算该轴传递的扭矩 T (18) n 5.2.3求作用在装齿轮处B的力 (18) 5.2.4求作用在装齿轮处C的力 (19) 5.2.5计算装齿轮处的挠度 (19) 5.2.6计算轴承处的倾角 (20) 5.3轴承寿命验算 (22) 6参考文献 (24) 7心得体会 (24)
十字滑台设计 Revised by Jack on December 14,2020
摘要 随着世界进入现在代化科技文明至今，现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在近代工业上PLC的问世给所有工业部分带来飞跃的进步，人们利用PLC的优点改变传传统工业的控制技术，让工业实现真正的全自动化。 在人类文明至今机械工具不断的改进，到工业革命之后一次又一次的飞跃给现在所有科技生活等部分带来了翻天变化，就现在工业生产中十字滑台是最新科技领先的技术中的一个常应用的工业生产模块。 在科技不断地升级换代，世界各发达国家在各技术部分的技术水平已经非常成熟，然而我国在很多科技部门仍然是空缺众多。就目前关于本文章的十字滑台的精确度就是目前我国一项重大空缺，所以本文章设计是关于如何利用PLC技术来实现十字滑台的更精确、更方便、更灵活，PLC的使用可以利用其优点来弥补我国在这些工业技术上的缺陷。 课题研究主要工作就是研究如何PLC编程进行对十字滑台的精确控制，十字滑台系统主要X轴方向滑台、Y轴方向滑台、X-Y轴定位及划线。在设计中很多方面都涉及机械方面的机械滑轮和齿轮和自动化方面的PLC控制理论与程序以及相关学科的知识来实现十字滑台的电动机的运转，实现最终十字滑台的设计要求。 关键字：PLC、十字滑台、X轴、Y轴
Abstract Now as the world entered the generation of the civilization of science and technology, the continuous development of modern science and technology, greatly promote the cross of different subjects and penetration, led to the revolution and reform in the field of engineering. In the advent of modern industrial PLC brings all the industrial part of leap progress, people of have a little change the traditional industrial control based on PLC technology, make industry to realize the real full automation. Machine tools of continual improvement, up to now in human civilization to leap again and again after the industrial revolution brought all technology such as part of life now proud of change, is now in the industrial production cross sliding table is one of the latest technology leading technology in the industrial production of commonly used modules. In science and technology constantly upgrading, the world's developed countries in the technical part of the technical level is already very mature, however in many departments of science and technology in our country is still many gaps. Now about the accuracy of the cross slide of this article is a big gap in our country at present, so this article design is about how to use PLC technology to realize the cross slide more accurate and more convenient, more flexible, the use of PLC can make use of its advantage to make up the defects of our country on the industrial technology. Research the main work is to study how to PLC programming for accurate control of cross sliding table, cross sliding table system main X axis direction slippery, Y direction slippery, x-y axis positioning and marking. In many aspects are involved in the design of machinery of pulleys and gears and automation of the theory and application of PLC control and related disciplines of knowledge to realize the cross slide motor operation, to eventually achieve cross slide design requirements. Key words: PLC, cross sliding table, the X axis and Y axis 目录 1、 2、 3、4 4 5
重庆理工大学 机电一体化课程设计X-Y水平十字滑台 说明书 班级： 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 姓名： 教师：
时间：2015年6月22日-7月10日
目录 一、设计目的 (2) 二、设计任务 (2) 三、总体方案的确定 (3) 1、机械传动部件的选择 (3) 2、控制系统的设计 (4) 四、机械传动部件的计算与选型 (4) 1、导轨上移动部件的重量估算 (4) 2、铣削力的计算 (4) 3、直线滚动导轨副的计算与选型 (7) 4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 5、步进电动机减速箱的选用 (13) 6、步进电动机的计算与选型 (13) 7、增量式旋转编码器的选用 (19) 8、步进电机驱动器的选择 (19) 9、联轴器的选择 (21) 五、工作台机械装配图的绘制 (22) 六、工作台控制系统的设计 (22) 七、十字滑台运动控制程序的编制 (22) 八、结语 (25) 参考文献 (26)
一、设计目的 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，独立进行设计训练，主要目的： 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思想知识，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、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 4、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 二、设计任务 1、设计题目 X-Y数控工作台机电系统设计 2、任务 设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台。要求可以设定工作台的运动速度，实现正向/反向点动、正向/反向连续运动、启动、停止、急停、软硬限位等功能。 3、主要设计参数 1.立铣刀最大直径d=16mm 2.立铣刀齿数Z=3 3.最大铣削宽度a c=10mm 4.最大铣削深度a p=8mm 5.加工材料为碳素钢 6.X，Y方向的脉冲当量都为0.01mm/脉冲 7.X，Y方向的定位精度都为±0.02mm 8.工作台面尺寸为350mm×350mm,加工范围为450mm×450mm 9.X,Y方向工作台空载最快移动速度都为2500mm/min 10. X，Y方向工作台进给速度都为400mm/min
十字滑台系统设计课程设计
重庆理工大学 机电一体化课程设计X-Y水平十字滑台 说明书 班级： 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 姓名： 教师：
时间：2015年6月22日-7月10日
目录 一、设计目的 (4) 二、设计任务 (2) 三、总体方案的确定 (3) 1、机械传动部件的选择....................................... ......................................... .. (3) 2、控制系统的设计....................................... ......................................... . (4) 四、机械传动部件的计算与选型 (4) 1、导轨上移动部件的重量估算....................................... ......................................... .. (4) 2、铣削力的计算.......................................
......................................... .. (4) 3、直线滚动导轨副的计算与选型....................................... ......................................... . (7) 4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型....................................... ......................................... . (9) 5、步进电动机减速箱的选用....................................... ......................................... (13) 6、步进电动机的计算与选型....................................... ......................................... .. (13) 7、增量式旋转编码器的选用....................................... ......................................... .. (19)
1.序言 双坐标十字滑台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。X-Y数控工作台机电系统设计是利用8031单片机,及2764,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其基本思想是:通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工,每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转,同时通过8155(1)将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀,电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。双坐标十字滑台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。 2.技术要求 2.1设计题目：双坐标十字滑台设计 2.2技术数据 工作台长?宽（mm）:390*290 工作台重量（N）：1800N 工作台行程：?X=390-100=290mm ?Y=290-100=190mm 脉冲当量：δ=0.005—0.008 mm/P 取δ=0.005mm/P 2.3设计要求： （1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺结构
1.设计目的 1.1加深理解和掌握《机电一体化》、《计算机接口设计》、《计算 机控制技术》、《数控技术》等课程的基本知识，提高学生综合运用所学知识的能力。 1.2培养学生根据设计课题的需要，选用参考书，查阅有关工程 手册的技术数据、图标和文献资料的能力。 2.设计任务 2.1组号 1.工作台长X宽（mm）：390X290。工作台工作重量： 1800N 2.2工作台行程：△Z=工作台长-100 △Y=工作台宽-100 2.3 脉冲当量：0.005—0.008mm/p 3.设计要求 3.1 工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母传动； 3.2滚珠丝杠支承方式为双推—简支型； 3.3驱动电机为反应式步进电动机； 3.4步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速、要求消除齿轮传动的 间隙。 4. 设计步骤 4.1总体方案的选择与确定；
4.2设计方案论证后查阅资料。 5. 工作量 5.1零号装备图一； 5.2设计说明书一个（30页以上）。 6. 工作台结构及参数设计 6.1数控工作台采用步进电机驱动的开环控位结构，其单项驱动 系统结构简图如图1-1所示。 6.2 滚珠丝杠设计
下丝杠 设计滚珠丝杠时，已知工作条件是：工作载荷 F=900+400=1300（N ） 使用寿命L ，h=10000（h ），丝杠的工作长度（或螺母的有效行程） L=0.31（m ）、丝杠的转速n （平均转速n=100 r/min 或最大 转速10000max =n r/min ），以及滚道硬度58-63HRC 和运转精度mm 03.0=δ。 6.2.1计算载荷F c F c =K F *K H *K A F M =1.2?1.0?1.0?1150=1380N 查表2-6取K F = 1.2 、查表2-7取K H = 1.0 、查表2-4取D 级精度 、查表2-8取K A =1.0 。 6.2.2 计算额定动载荷，计算值Ca ’ Ca ‘=3 4 1064.1?n h L n c F =1380? 3 4 10 67.110000 100??=5125.3N 6.2.3 根据Ca ‘选择滚珠丝杠副，假设选用F c 型号，按滚珠丝杠 副的额定动载荷等于或稍大于Ca ‘的原则，查表2-9选以下型号 规格： 5393,5.220041=-=Ca F c N 8630,5.220051=-=a c C F N 考虑各种因素选用 5.220041-c F ，由表2-9得丝杠 副数据： 公称直径：mm D 200= 导程：P=4mm 螺旋角："0383=λ 滚珠直径：d 0=2.381mm 按表2-1中尺寸公式计算：
郑州大学现代远程教育 毕业设计题目:双坐标十字滑台的设计 入学年月 2012年09月 学生姓名刘栋梁 学号 12130287037 专业机电一体化 学习中心石鸡中心 联系方式______________ 指导教师 成绩 完成时间2014年07月14日
双坐标十字滑台的设计 目录 一．机械部分 (2) 1.设计目的 (2) 2.设计任务 (2) 3.设计要求 (2) 4.设计步骤 (2) 5.工作量 (2) 6.工作台结构及参数设计 (3) 7.步进电机的选择 (8) 8.减速器的参数设计 (11) 9.联轴器的选择 (13) 二．双坐标十字滑台控制系统设计 (14) 1.设计目的 (14) 2.设计任务 (15) 3.设计步骤 (15) 4.工作量 (15) 5.数控编程及电气控制部分设计过程 (16) 6.程序清单 (18) 三．参考资料 (23) 四．心得体会 (24) 五．评审表 (25)
一．机械部分 1. 设计目的 9.1加深理解和掌握《机电一体化》、《计算机接口设计》、《计算机控制技术》、 《数控技术》等课程的基本知识，提高学生综合运用所学知识的能力。9.2培养学生根据设计课题的需要，选用参考书，查阅有关工程手册的技术数 据、图标和文献资料的能力。 2. 设计任务 9.3组号 1.工作台长X宽（mm）：390X290。工作台工作重量：1800N 9.4工作台行程：△Z=工作台长-100 △Y=工作台宽-100 2.3 脉冲当量：0.005—0.008mm/p 3.设计要求 3.1 工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母传动； 3.2滚珠丝杠支承方式为双推—简支型； 3.3驱动电机为反应式步进电动机； 3.4步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速、要求消除齿轮传动的 间隙。 4. 设计步骤 4.1总体方案的选择与确定； 4.2设计方案论证后查阅资料。 5. 工作量 5.1零号装备图一张； 5.2设计说明书一个（30页以上）。
1引言 研磨机是利用砂轮对刀具表面进行磨削加工的机床，主要是对钻头进行加工，一般的数控研磨机是三坐标轴的，即主轴运动、X轴进给运动和Z轴进给运动，本课题要设计的部分就是控制X轴进给运动和Z轴进给运动的数控十字滑台。 这些年来，国内外机床工业迅猛发展，其产值仅次于模具工业的产值。随着工业技术的迅速发展，对精密十字滑台的设计和制造要求也越来越高。我国机床工业作为一个独立、新型的工业，正处于飞速发展阶段，已经成为国民经济的基础工业之一，其发展前景是十分广阔的。 目前，国内生产的精密滑台已达到了比较高的水平，但由于数控研磨机的发展还不够成熟，因而应用于数控研磨机的精密滑台还处在萌芽状态，大多数的工作台产品无法满足研磨机的传动要求。由于本设计中的十字滑台是用于数控研磨机，而数控研磨机是用于刀具的生产，生产批量小、制造精度高，所以对十字滑台的传动精度要求是较高的。 一般的精密十字滑台是滚珠丝杠与伺服电机直接联接，这种联接方式适用于一般的机床，对于本课题的数控研磨机来说，这种传动是不够平稳、不够精确的。 本设计的不同之处是伺服电机要经过减速装置减速之后再将转速传到滚珠丝杠上，从而带动工作台运动，因为减速装置可以使到达滚珠丝杠的速度更加符合其要求的速度，再者，加入减速装置以后，整个十字滑台的传动系统会更加平稳，而且传动精度也会得到提高。 在十字滑台的X轴方向，伺服电机先与同步带轮联接，同步带轮再与滚珠丝杠联接，这样，伺服电机较高的转速降低为滚珠丝杠要求的转速，再将滚珠丝杠的转速转换为X轴工作台的进给运动，从而实现工作台的低速平稳运动。类似地，在十字滑台的Z轴方向，伺服电机先与齿轮副联接，再与Z轴工作台的滚珠丝杠联接，和X轴方向一样，将高转速转换为低转速，低转速再转换为Z轴工作台的直线进给运动，实现工作台的低速平稳运动,并且与Z轴联动，产生钻心锥度。 本课题的研磨机是在需要润滑油和切削液的环境下工作的，因此，除了要设计出合格的数控十字滑台之外，本设计还要求对设计的产品进行了防护设计，本人根据滑台的特点，分别用钢板和铝合金作为材料对滑台进行防护。
目 录 1绪论 (1) 1.1课程设计的背景 (1) 1.2课程设计的目的和意义 (1) 1.3双坐标十字滑台的技术指标及主要内容 (1) 1.3.1技术指标 (1) 1.3.2主要内容 (1) 2双坐标十字滑台整体结构设计 (2) 2.1总体方案确定 (2) 2.2滚珠丝杠的设计 (3) 2.2.1计算载荷C F (3) 2.2.2计算额定动载荷a C ' (3) 2.2.3根据a C '选择滚珠丝杠副 (3) 2.2.4稳定性验算 (4) 2.2.5刚度验算 (5) 2.2.6效率验算 (6) 2.2.7丝杠的消隙 (6) 2.3滚珠丝杠的固定端选择 (6) 2.4滚动导轨 (6) 2.5步进电机的选择 (7) 2.5.1步距角的确定 (7) 2.5.2减速器传动比计算 (7) 2.5.3电动机轴上总当量负载转动惯量计算 (8) 2.5.4惯量匹配验算 (8) 2.5.5步进电动机负载能力校验 (8) 2.6减速器参数设计 (11) 2.6.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (11) 2.6.2按齿面接触疲劳强度设计 (11) 2.6.3轴承的选择 (12) 2.6.4联轴器的选择 (12) 3双坐标十字滑台控制系统设计 (13) 3.1设计目的 (13) 3.2设计任务 (13) 3.3设计步骤 (14) 3.4数控编程及电气控制部分设计过程 (14) 3.4.1总体设计方案的选择及确定 (14) 3.4.2硬件控制电路设计 (14) 3.4.3软件设计 (15)
3.5程序清单 (21) 3.5.1显示子程序 (21) 3.5.2键盘子程序设计 (22) 3.5.3中断 (25) 3.5.4主程序设计 (27) 4心得体会 (28) 5参考文献 (30)
西安文理学院物理与机械电子工程学院机械专业技能拓展训练（设计） 题目数控十字滑台的控制 学生姓名乔旭罗纳德 指导教师韦炜、焦艳梅 设计所在单位西安文理学院 2014年12月
摘要 摘要:本篇文章主要进行西门子的可编程序控制器的十字滑台控制系统的设计。通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程序控制器来控制步进电机，以达到十字滑台的工作效果。主要内容有十字滑台控制系统介绍、十字滑台控制系统硬件选择、梯形图与I/O分配。 关键字：可编程序控制器；步进电机；十字滑台
目录 摘要 (2) 1 十字滑台控制系统介绍 (2) 1.1 系统构成 (2) 1.2 位置传感器 (3) 1.3 电机与驱动装置 (5) 2 十字滑台控制系统硬件选择 (6) 2.1 基本结构 (6) 2.1.1 电源 (6) 2.1.2 中央处理单元(CPU) (6) 2.1.3存储器 (7) 2.1.4 输入输出接口电路 (7) 2.1.5功能模块 (7) 2.2 编辑本段工作原理 (7) 2.2.1 输入输出（I/O）点数的估算 (10) 2.2.2存储器容量的估算 (11) 2.2.3控制功能的选择 (11) 2.2.4可编程逻辑控制器的类型 (14) 2.2.5 PLC输入/输出类型 (14) 2.2.6转换原理 (15) 3 十字滑台运动原理 (17) 3.1 实验原理 (17) 3.2实验设备及仪器 (18) 3.3关于步进电机模块的介绍 (18) 参考文献 (23)
1 十字滑台控制系统介绍 十字滑台是许多数控加工设备和电子加工设备。如：数控车床的纵横进刀装置数控铣床和数控钻床的XY 工作台，激光加工设备工作台，表面贴装设备等。 1.1 系统构成 十字滑台控制系统主要由plc运动控制器，伺服（步进）电机及相关软件等组成。控制计算机可以是普通的PlC机。运动控制器是安装在计算机总线扩充槽内的电机运动控制卡。如图所示为十字滑台机械本体。它由两个直线运动单元组成，每个直线运动单元主要包括：工作台面，滚珠丝杆，导轨，轴承座，基座等部分。通过两个直线运动单元的组合运动，可以使工作台面产生两个自由度 XY 轴方向的平面运动。 图1-1