Z3040型钻床控制系统的PLC改造【毕业论文+CAD图纸全套】.doc

目 录 一、设计任务 2 二、总体方案确定 2 1.机械传动部件的选择 2 2.控制系统的设计 3 三、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.切削力的计算 4 3.直线滚动导轨副的计算与类型 5 4.滚珠丝杆螺母副的计算与选型 6 5.步进电动机减速箱的选用 12 6.步进电动机的计算与选型 12 四、绘制进给传动机构的装配图 19 五、控制系统的设计 20 （1）控制系统的原理框图 20 （2）简介 20 （3）应用 24 六、步进电动机驱动电源的选用 27 七、附图 28 八、参考文献 28 一、设计任务 题目：Z3040型钻床控制系统的PLC改造 任务：设计一种供Z3040钻床使用的数控钻台 主要参数如下： 钻头最大直径d=40mm; 加工材料为灰铸铁190HBW； X方向的脉冲当量δ=0.005mm/step； X方向的定位精度为±0.01mm； 工作台面尺寸为400mm×360mm； 工作台空载最快移动速度 3000mm/min； 加工时最快进给移动速度400mm/min； 二、总体方案确定 1.机械传动部件的选择 导轨副的选用：要设计的工作台是与Z3040钻床配套使用的，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。 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0.005mm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。滑动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。 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，且应有消间隙机构。为此，决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 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3000mm/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。 步进电动机的控制方式：由于任务书所给精度对于步进电动机还可应付，且此工作台仅要求单坐标定位，故选用开环控制。 2.控制系统的设计 对于步进电动机的开环控制，选用8035作为控制系统的CPU，可满足任务书给定的相关指标。 要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要进行存储器的选择、接口扩展、输入/输出接口电路的设计、隔离电路、报警电路、运行指示电路等。 选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 三、机械传动部件的计算与选型 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、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为1000N。 2.切削力的计算 采用硬质合金钻头，工件材料为灰铸铁190HBW。钻孔时轴向力Ff的计算公式为： 今选择钻头直径为d=40mm，每转进给量f=0.17mm/r。由表3-8查得=410，=1.2，=0.75，=1，由上式求得切削力轴向力： ≈9080N 对于麻花钻钻削加工 3.直线滚动导轨副的计算与类型 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。本设计中的工作台为水平布置，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，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为: 其中，移动部件重量G=1000N，外加载荷F==273N，代入上式，得最大工作载荷=523N=0.523kN。 查表3—41[1]，根据工作载荷=0.523kN，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，额定载荷。 任务书规定工作台面尺寸为400mm×360mm，加工范围为210mm×210mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表 3—35[1]，按标准系列，选取导轨的长度为700mm。 距离额定寿命L的计算：上述选取的KL系列JSA—LG15型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作速度较低，载荷不大。查表3—36~3—40[1]，分别取硬度系数、温度系数、接触系数、精度系数、载荷系数，代入下式，得距离寿命： 远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。 4.滚珠丝杆螺母副的计算与选型 最大工作载荷的计算 已知移动部件总重量G=1000N，按矩形导轨进行计算，查表3—29[1]，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数。按下式计算滚珠丝杆副的最大