机电一体化课程设计
说明书
设计题目：X－Y数控工作台机电系统设计
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一、课程设计的意义和目的
机电一体化系统是综合多个学科的系统,包括机械技术,传感器技术,测试技术,电子技术和控制技术,信息与计算机技术。它极大推动了机械工业,兵器行业及其他行业的发展。其技术结构,产品结构,技术功能与构成,生产方式和管理体系均发生了巨大的变化。使工业生产由机械电气化迈进到机电一体化为特征的数字化,自动化,高精度,微型化,多功能化,智能化的时代。
结合精密机械控制是现代机械的一个重要方向，它能使机械加工的精度又提高一个层次，主要技术是用微机、单片机等现代高科技仪器来控制步进电机，再通过步进电机来实现精密的工作台控制。这个由微机或单片机、或者运动控制卡、步进电机、机械工作机构组成的十字滑台运动控制系统就是一个很简单的机电一体化的系统。让我们由这样简单的机电一体化系统重新复习学过的知识, 接触机电一体化系统, 了解X-Y运动平台的工作原理及机械结构组成，画出运动控制平台的结构简图；自行完成X-Y运动平台、控制箱、PC机及MPC07型运动控制卡之间的电路设计并连接；利用已学过的VisualBasic语言，针对MPC07运动控制卡进行面向单轴控制的程序设计，实现MPC07运动控制卡控制轴寻址、控制轴运动规划，通过P、I、D参数设定，速度、加速度及位置参数设定，来实现MPC07型运动控制卡两轴联动运动程序设计。
这次课程设计是大学期间最后一次课程设计，必须以毕业设计的标准来要求来做，熟悉毕业设计的整体流程和规范，为下学期的毕业设计打下一定的基础,另外也是为工作作好准备。
二、具体要求
设计一个铣床的十字滑台：
1）立铣刀最大直径d=10mm；
2）立铣刀齿数Z=3；
3）最大铣削宽度a e=15mm；
4）最大背吃刀量a p=10mm；
5）加工材料为碳素钢；
6）X、Y方向的脉冲当量δx=δy=0.005mm/脉冲；
7）X、Y方向的定位精度均为±0.01mm；
8）工作台面尺寸为230mmX230mm，加工范围为250mmX250mm；
9）工作台空载最快移动速度V xmax=V ymax=2000mm/min；
10）工作台进给最快移动速度V xmaxf=V ymaxf=300mm/min。
11) 每齿进给量F=0.1mm
12）铣刀转速n=250-1500r/min
三、总体方案的确定
1、总体方案设计
（1）机械传动部件的选择
1、导轨副的选用
由于需承受载荷不大，但脉冲当量小、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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。
2、螺旋机构运动部件导向机构
由旋转运动转为直线运动可通过丝杠螺母副，要满足0.005mm的脉冲当量和±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，故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
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。
4、电动机的选用
脉冲当量达到0.005mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000mm/min。因此，本例设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流电动机或直流伺服电动机等，可选用性能好的步进电动机，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
选用半闭环系统，利用接近开开关设置原点和限位。
（2）控制系统的设计
1、控制器的选择
控制器的选择较多，如单片机与接口电路、运动动控制卡等。本例中采用
PC+运动控制卡，型号为MPC07。
2、整体方案框图
四、伺服系统机械传动部件设计
1、导轨上移动部件的重量估算
按照上导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、滚珠丝杠副、导轨座等，估计重量约为600N。
2、切削力计算
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。则由查3-7表1（机电一体系统设计课程设计，尹志强合肥工业大学，机械工业出版社），查得立铣时的铣削力计算公式为:
F c=118a85.0
e f75.0
z
d-0.73a p1.0n0.13z (1-1)
今选择铣刀直径d=10mm，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a e=15mm，背吃刀量a p=10mm，每齿进给量f z=0.1mm，铣刀转速n=300r/min。则由式（1-1）求得最大铣削力：
F c=118150.850.175.010-0.73101.03000.133≈2540N
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表2-3-5查得，结合图2，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：
纵向进给力 F f=1.1F c≈2794N
横向进给力 F e=0.38F c≈966N
垂直进给力F fn=0.25F c≈635N
3、直线滚动导轨副的计算与选型
(1) 滑块承受工作载荷F max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、四滑块的支撑形式。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直方向载荷为:
F max=G/4+F 222222222222（1-3）
其中，移动部件重量G=600N，外加载荷F=F z=966N ，代入式（1-3），得最大工作载荷F max=1116N.
选择THK公司的产品，根据工作载荷F max=1.116KN，初选直线滚动导轨副的型号为HSR55LA 12R M型，其额定动载荷C a=4.7kN，额定静载荷C oa=8.53kN。（见附表）
任务书规定工作台面尺寸为230mm X 230mm，加工范围为250mm X 250mm，考虑工作行程应留一定余量，按标准系列，选取导轨的长度为500mm。
（2）距离额定寿命L的计算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。分别取硬度系数f H=1.0、温度系数f T=1.00、接触系数f c =0.81、精度系数f R=0.9、载荷系数f w=1.5，代入式得距离寿命：
L=km F C f f f f f a W R c T H 1814503
max
≈X ???
?
??
远大于期望值50km ，故距离额定寿命满足要求。 4、滚动丝杠螺母副的计算与选型 （1） 最大工作载荷F m 的计算
如前页所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）F x =2794N ，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）F y =635N ，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）F Z =966N 。
已知移动部件重量G=600N ，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数u=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：
F m =KF x +u （F z +F y +
G ）=3084N
(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经给速度 v=300mm/min,初选丝杠导程P h =6mm ，则此时丝杠转速n=v/P h =50r/min 。
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h ，代入L O =60nT/106
,取丝杠寿命系数L O =45（单位为：106r
）
取载荷系数f w =1.2，滚道硬度为60HRC 时，取硬度系数f H =1.0，代入式求得最大动载荷：
F Q =m
H W O F f f L 3
=13171N
（3）初选型号
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择THK公司的DIK 2906-6型丝杆，为单一螺母内压式，其公称直径为28mm，导程为5mm，额定动载荷为2 3.4kN，额定静载荷为10.5kN，负载回路数为3列31圈。（见附表）
（4）传动效率η的计算
将公称直径d o=28mm，导程p h=5mm，代入λ=arctan[p h/πd o]，得丝杠螺旋升角λ=3.9°。将摩擦角`
?代入η=tanλ/tan（λ+?）得传动效率η=96.0%。
=
10
（5）刚度的验算
1） X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支撑均采用“单推-单推”的方式，见图3。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=500mm；查得丝杆的刚性强度为K=530N/um,
算得丝杠在工作载荷F m 的作用下产生的拉/压变形量δ1=F m /530≈0.0058mm 。 丝杠预紧时，取轴向预紧力F YJ =F m /3=1028N 。求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ2=0.0019mm 。
因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取δ2=0.0009mm 。
将以上算出的δ1和δ2代入δ总=δ1+δ2，求得丝杠总变形量（对应跨度500mm ）δ总=0.0067mm=6.7um 。根据有效行程330mm ，查表3-27符合要求。 （6） 压杆稳定性校核
根据公式F K =
m k F ka
EI f ≥22
π计算失稳时的临界载荷F K ，查表3-34，取得支承
系数f k =1（单推-单推）；由丝杠低经d 2=28mm ，求得截面惯性矩I=
4
4
29.3470064
mm d ≈π；压杆稳定安全系数K 取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺
母至轴向固定处的距离a 取最大值500mm 。代入式F K =
m k F ka
EI f ≥2
2
π，得临界载荷
F K =7414N,远大于工作载荷F m =3089N ，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。
6、步进电机的计算与选型
取A=1（不需要减速器），Ph=5，S=0.005mm ，得E=0.36°
（1） 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq
已知：滚珠丝杠的公称直径d o =28mm ，总长l=500mm ，材料密度ρ=7.85X10
-3
kg/cm 3
；移动部件总重力G=600N
如表4-1所示，算得各个部件的转动惯量如下：滚珠丝杠的转动惯量J S =0.4
04kg 2cm 2；托板折算到丝杠上的转动惯量J W =0.219kg 2cm 2 初选步进电动机型号为杭州中达110BYG550CH 型五相混合式电机，步距角0.36o ，查得该型号电动机转子的转动惯量Jm=11.3kg 2cm 2.（1g 2cm 2s 2=9.8310-5kg 2m 2 ） 则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：
J eq =J m +J w +J s =11.92kg 2cm
2
（2）计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T eq 分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。
1） 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩T eq1由式T eq1= T amax + T f + T o 可知，T eq1包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩T amax ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩T f ；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T o 。因为滚珠丝
杠副传动效率很高，根据式T o ()20
12ηπη-=i
p F h YJ 可知，T O 相对于T
amax
和T f 很小，可
以忽略不计。则有：
T eq1= T amax + T f 2222222222222222（1-3）
根据式T amax =J eq ξ=
a
m eq t n J 602π，考虑传动链的总效率η，计算快速空载起动时
折算到电动机转轴上的最大加速转矩： T amax =η
π1
602?a
m
eq t n J 222222222222222（1-4）
式中:
n m —对应空载最快移动速度的步进电动机最高速度，单位r/min T a —步进电动机由静止到加速至n m 转速所需时间，单位s 。 n m =
δ
αν360max 2222222222222（1-5）
式中V max —空载移动最快速度，任务书指定2000mm/min ；
α—步进电动机步距角，预选电动机0.36o
； δ—脉冲当量，本例δ=0.005mm/脉冲； 将以上各值代入（1-5），算得n m =400r/min 。
设步进电机由静止到加速至n m 转速所需时间t a =0.4s ，传动链η=0.85。则由式（1-4）求得： T amax =
η
π1
602?
a
m
eq t n J ≈0.147N 2m
由式i
2h πηP F T f 摩=
可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：
()i
P G F T h
Z f πημ2+=
2222222222（1-6）
式中μ—导轨摩擦因数，滚动导轨取0.005；
Fz —垂直方向的铣削力，空载时取0；
η—传动链总效率，取0.85。
则由式（1-6）得: ()i
P G F T h
Z f πημ2+=
≈0.002N 2m
最后由式（1-3），求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩： T eq1= T amax + T f =0.149N 2m 22222222（1-7）
2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩T eq2 由式T eq2= T t + T f +T 0可知T eq2包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩T t ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩T f ；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T o ，T o 相对与T t 和T f 很小，可以忽略不计。则有：
T eq2= T t + T f 2222222222（1-8） 其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载T t 由式T t =
i
P F h f πη2计算 。本例中
在对滚珠丝杠进行计算的时候，一直沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷F x =2794N,则有：
T t =
i
P F h f πη2≈2.62N 2m
再由式()i
P G F T h
Z f πημ2+=
计算垂直方向承受最大工作负载（F x =966N ）情况下，
移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：
()i
P G F T h
Z f πημ2+=
≈0.003N 2m
最后由式（1-8），求得最大工作负载状态下电动机转轴的最大负载转矩为：
T eq2= T t + T f =2.623N 2m
经过上述计算后，得加在步进电机转轴上的最大等效负载转矩为:
T eq = max{T eq1, T eq2}=2.623N 2m
（3） 步进电动机最大静转矩的选定
考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据T eq 来选取步进电动机
的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足:
T jmax ≥4 T eq ≈10.46N 2m 222222222（1-9）
电动机保持转矩 T=12N 2m 。可见，满足式（1-9）的要求。 (4) 步进电动机的性能校核
1) 最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度V xmaxf =V ymaxf =300mm/min ，脉冲当量δx =δy =0.005mm/脉冲；由式δ
60max max f
f v f =
求得
电动机对应的运行频率f maxf =[300/(60X0.005)]Hz ≈999.75Hz 。从110BYG550CH 电动机的运行距频特性曲线图可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩T maxf ≈12N 2m ，远远大于最大工作负载转矩T eq2=2.623N 2m 。
2） 最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度V max =2000mm/min ，仿照式δ
60max max f
f v f =
求出电动机对应的运行频率
f max =[2000/(60X0.005)]Hz ≈6667Hz 。从图查得，在此频率下，电动机的输出转矩T max =9N 2m ，大于快速空载起动时的负载转矩T eq1=0.149N 2m ，满足要求。
3） 最快空载移动时电动机运行频率校核 与最快空载移动速度V max =2000mm/min 对应的电动机运行频率f max ≈6667Hz 。查表可知110BYG550CH 电动机的空载运行频率大于50000Hz ，可见没超出上线。
4） 起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量J eq =11.92kg 2cm 2，电动机转轴上不带任何负载时的空载起动频率f q =3500Hz 。则由式f L =
m
eq q J J f +
1可
以求出步进电机克服惯性负载的起动频率：
f L =
m
eq q J J f +
1≈2442Hz
上式说明，要求保证步进电动机起动时不失步 任何时候的起动频率都必须小于2442Hz 。实际上，采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz （即100脉冲/s ）。
综上所述，本例中工作台的经给传动选用110BYG550CH 步进电动机，完全满足设计要求。
五，程序设计
1、程序流程图
开始
板卡自检及初始化
获取参数
调用连续运动函数
方向为正
执行函数电机连续正转结束
松开快进按钮初始化是否成功
Y
N
按下快进进按钮调用立即停止函数电机停止转动
获取参数
调用连续运动函数
方向为负
执行函数电机连续反转
松开快退按钮
按下快退按钮
调用立即停止函数
电机停止转动
按下退出按钮
2、软件框图设计
名称作用事件
Label1 显示控制轴
Label2 显示进给速度
Combo1 选择控制轴
Combo2 选择进给速度click
Command1 快进Mouse down/up
Command2 后退Mouse down/up
Command3 退出程序click
3、程序编写
见附件
六、机械结构图
见附件
七、电气接线图
八、设计心得
为期三个星期的课程设计转瞬即逝，通过紧张的计算和设计，我圆满的完成了此次机电一体化系统设计的课程设计。
《机电一体化系统设计》是一门综合性课程，它是一门机械技术与微电子技术的交叉学科。随着机械技术、微电子技术的飞速发展，机械技术与微电子技术的相互渗透越来越快。本次设计的数控回转工作台就是机电有机结合的产品。
在设计过程阶段，遇到了许多困难。在老师和同学的帮助下，最终把问题一一解决了。在做控制系统设计时遇到了较大的难题。由于以前对微机计算机控制部分知识没有掌握扎实，所以在控制程序设计也比较困难。通过本次课程设计之后也使自己更深一步的了解程序编写。通过本次课程设计之后，使自己对课本上
的东西有更加深刻的的认识。由于自己的能力有限，设计中难免也存在不少细节上的错误，希望老师指出改正，并感谢老师您对我们的教
九、参考文献
【1】姜培刚，盖玉先 机电一体化系统设计【M 】机械工业出版社，2003.9 【2】杨裕根，诸世敏 现代工程图学【M 】 北京邮电大学出版社，2007
【3】尹志强、王玉林 机电一体化系统设计课程设计指导书[M] 机械工业出版社，2010
附件： 1、电机
■ 技术参数
参数 / 型号 110B YG550AH 110B YG550BH 110B YG550CH 110B YG550DH 110B YG550EH
相电流 (A)
5 步距角 ( ° ) 0.36/0.72
保持转矩 (N.M) 6 9 12 16 20 转子惯量 (g.cm.s 2 ) 5.3
8.24
11.6 14.8
16.3
空载起动频率 (KPPS) 3.5 空载运行频率 (KPPS) ≥50
电机重量 (kg) 4.6
5.3
6.9 8.6
11.6
驱动器电源输入 AC80V4.5A 驱动器型号 ZD-HB50510
L (mm) 129 140 170 201 216 D1 (mm) 16 16 16 16 19 D2 (mm) 56 56 56 56 85 键尺寸 (mm)
5325
5325
5325
5325
6325
型
型
■ 矩频特性 ■ 引出线标记
1
2
3
4
5
6
7
8
A
B
C
D
8
7
6
5
4
3
2
1
D
C
B
A
Title Number
Revision
Size A3Date:19-Feb-2004
Sheet of File:
C:\WINDOWS\Desk top\电路\My Design.ddb
Drawn By 242118
151296
300.1
10
1
110BYG550A
110BYG550D
110BYG550C 110BYG550E 0.36°/STEP
110BYG550B (KPPS)
100
N.M
AC80V
■ 安装尺寸
2、直线导轨
3、轴承
4、滚珠丝杆
轴端参数
丝杆行程
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