通用两维运动平台说明书22.docVIP

摘 要 X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对X-Y工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。 本次课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了滚珠丝杠螺母的传动，验算了滚珠丝杠螺母的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。利用PLC设计其硬件电路图。 【关键词】：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；PLC控制 目录 第一章 总体设计方案 1 1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 1 1.2机械传动方式 1 1.3数控系统选择 1 1.4总体方案的确定 2 第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算 3 2.1 设计参数 3 2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 3 2.2.1 X向进给丝杠 3 2.2.2 Y向进给丝杠 5 2.2.3滚珠丝杠副的几何参数 7 2.3 直线滚动导轨的计算与选择 7 2.3.1 滚动导轨副的工作载荷计算 7 2.4 步进电机的计算与选择 9 2.4.1 转动惯量的计算 9 2.4.2 电机的转矩的计算 10 第三章 数控系统硬件电路设计 13 3.1 数控系统 13 3.2 PLC数控系统硬件电路设计 13 3.2.1 PLC数控控制系统框图 13 3.2.3 PLC的类型 14 3.2.4扩展功能模块的选型 14 3.2.5 I/O口接线设计 15 3.3 驱动器的选型 16 3.4 三相步进电机工作原理 16 3.5 控制系统的工作原理 17 第一章 总体设计方案 1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 运动方式可分为点位控制系统、点位/点线系统和连续控制系统。为了满足二维运动平台实现X-Y两坐标联动,运动定位,暂停,急停等功能,故选择连续控制系统。驱动系统有开环、闭环和半闭环。本方案利用了开环系统，利用步进电机进行驱动。 1.2机械传动方式 为了实现设计要求的分辨率，采用步进电机转动丝杠。为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。 1.3数控系统选择 通用平台的控制系统要求实现X-Y两坐标联动，设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断，且具有快速驱动功能。根据以上条件考虑到数控装置的尺寸、经济型、实用性、可靠性等因素采用PLC控制系统来控制平台的运行。 1.4总体方案的确定 图1—1 X—Y数控工作台总体方案设计 第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算 2.1 设计参数 1、工作台台面尺寸：250×200 2、工作台移动尺寸： X×Y=160×125 3、夹具和工作台总重： 4、最高运行速度： 步进电动机运行方式：空载：1.5m/mim：切削：0.7m/min； 交流伺服电动机运行方式：空载：15m/mim：切削：6m/min； 5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step； 6、系统定位精度：开环模式0.10mm；半闭环模式±0.01mm/step； 7、切削负载：X向300N；Y向 400N；Z向 500N； 2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 2.2.1 X向进给丝杠 （1）、计算工作载荷力 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采用的是加有导轨块的滚动导轨，所以选择的计算公式为综合导轨的计算公式。计算公式为： 式中 、、---切削分力（N）； ---移动部件上的重量（N）； ---主轴上的扭距（N·cm） ---导轨上的摩擦系数，随导轨型式而不同； ---考虑颠复力矩影响的实验系数； 综合导轨的 , ，取，式中，, ， 代入计算得 （2）、计算最大动载荷 初选丝杠导程，则此时丝杠转速 取滚珠丝杠的使用寿命，代入丝杠寿命系数 查表3-30取载荷系数，再取硬度系数，代入式3-23求得最大载荷 （3）、滚珠丝杠螺母副的选型 所选丝杠螺母副规格如下（其中载荷单位为kgf） 根据以上算得的最大动负载在表中选用型号额定动载荷为4612，满足前面进给方向的要求。 （4）、传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率：