【正文】 、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)。從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為 導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo) 21世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨越式發(fā)展。 數(shù)控技 術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)： 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)，例如 IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。目前已廣泛應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、打孔，插件、小型數(shù)控機(jī)床、射線掃描、雕銑機(jī)及實(shí)用教學(xué)等場(chǎng)合。數(shù)控技術(shù)是使用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。 XY 數(shù)控工作臺(tái)研究意義 數(shù)控技術(shù)可以說(shuō)是先進(jìn)制造技術(shù)的基本，體現(xiàn)著數(shù)控技術(shù)的數(shù)控機(jī)床成為制造業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在航空、航天、重型機(jī)床以及國(guó)防工業(yè)部門尤為突出。 這些設(shè)備的使用大大提高了機(jī)械加工自動(dòng)化的程度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 ............................ 12 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 ............................ 14 同步帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ............................. 17 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 ..................................... 19 其它零部件的確定 .................................... 23 ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） IV 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................. 27 PLC 的 組成 與工作原理 ................................. 27 PLC 的選型 ......................................... 29 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的梯形圖程序設(shè)計(jì) ....................... 30 程序的分析與比較 .................................... 36 總 結(jié) ......................................... 38 致 謝 ......................................... 39 參考文獻(xiàn) ......................................... 40 附錄一 英語(yǔ)論文 ................................... 41 附錄二 漢語(yǔ)翻譯 ................................... 46 ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 1 1 緒 論 XY 數(shù)控工作臺(tái)研究背景 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。該設(shè)計(jì)完全圍繞數(shù)控機(jī)床工作原理而展開(kāi)，充分體現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床機(jī)械設(shè)備與電氣設(shè)備部分 的緊密結(jié)合。……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） I XY 數(shù)控工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本文旨在設(shè)計(jì)一臺(tái)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)型的 XY 數(shù)控工作臺(tái)。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體方案的設(shè)計(jì)；步進(jìn)電機(jī)的選用；傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)；絲杠螺母副的設(shè)計(jì)；滾動(dòng)導(dǎo)軌的選用和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 ,及其向機(jī)械工業(yè)的滲透 ,而形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、 產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由 “機(jī)械電氣化 ”邁入了以 “機(jī)電一體化 ”為特征的發(fā)展階段。但它也存在固有的缺點(diǎn)，如： ； ； 。因此，迫切需要一種精度高，柔性好的加工設(shè)備來(lái)滿足上述需求，這是機(jī)床數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。微機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心的高精度、高度柔性化及適合加工復(fù)雜零件的性能，正好滿足當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和工藝發(fā)展的需要。 XY 數(shù)控工作臺(tái) 是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，而且能夠保證一定……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 2 的精度、降低成本，是微機(jī)控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。 XY 數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱 —橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的 XY 工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。它開(kāi)創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（ 1）高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)；（ 2） 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切割，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高；（ 3）智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 3 統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)； 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù) 和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考：（ 1）戰(zhàn)略考慮。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 1 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，壓軸力小； ( 2) 效率較高； ( 3) 安裝精度要求較低，成本低； （ 4） 適用于中心距較大的傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)： （ 1） 制造及安裝 精度要求高； （ 2） 價(jià)格較貴，不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合； ( 3 ) 易產(chǎn)生低頻振蕩。 綜上所述，本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)精確的傳動(dòng)，那么選擇帶中的同步齒形帶。 控制電機(jī)的確定 主 要的伺服電動(dòng)機(jī)有：直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)是用直流的電信號(hào)控制的執(zhí)行元件，是將輸入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度進(jìn)行輸出。 交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)： ； ； ； 能好； ； 6 .輸出功率大。缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵(lì)磁電流，因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。 步進(jìn)電機(jī)是將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。 步進(jìn)電機(jī)是一種 感應(yīng)電機(jī) ，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的、多相時(shí)序控制器 。 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 , 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。 步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)： 1．如果控制不當(dāng)容易 產(chǎn)生共振； 2．難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。 綜上所述，本設(shè)計(jì)中， 原始參數(shù)中的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到 ，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有 2020mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以 選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。當(dāng)然，步進(jìn)電機(jī)也具有高頻易失步，負(fù)載能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已使整個(gè)人類社會(huì)發(fā)生了可觀的變化，自然也應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理中。 （ 3） 低電壓、低功耗。 （ 3） 在機(jī)電一 體化中的應(yīng)用 （ 4） 在人類生活中的應(yīng)用。 PLC 控制系統(tǒng) PLC 的特點(diǎn)： ； ； ； ，維修方便。 PLC 的功能：邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn) (順序 )控制、 PID 控制、數(shù)據(jù)控制（ PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力）、通信和聯(lián)網(wǎng)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)對(duì)以上控制系統(tǒng)的比較，選擇 PLC 控制系統(tǒng)。 （ 4） 完善的監(jiān)視和診斷功能。 其他零部件的選擇 導(dǎo)軌副的選用 按導(dǎo)軌結(jié)合面的摩檫性，導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌是塑料與金屬的摩檫，其動(dòng)、靜摩檫系數(shù)基本相同，具有良 好的摩檫特性、耐磨性及吸振性，且無(wú)爬行，同時(shí)又具有生產(chǎn)成本低、應(yīng)用工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。靜壓導(dǎo)軌較多的應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。滾動(dòng)導(dǎo)軌特別適用于機(jī)床的工作部件要求移動(dòng)均勻、運(yùn)動(dòng)靈敏及定位精度高的場(chǎng)合。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。圓柱銑刀和端銑刀的 切削部分都可看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一刀齒相當(dāng)于一把車刀。 參考 [1]《數(shù)控機(jī)床與編程》選銑刀。如圖 33 所示： 圖 33 滾珠絲杠螺母副 其參數(shù)具體如表 ： 表 滾珠絲杠螺母副的參數(shù) 規(guī)格 代號(hào) 公稱直徑0D 公稱導(dǎo)程0hD 滾珠直徑wD 螺旋升角? 循環(huán)圈數(shù) 額定動(dòng)載荷)(KNCa 額定靜載荷)(KNCoa 接觸剛度)/( mNKc ? 32 6 325?。 f? ———滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ～ ，這里取 ； )(NFm……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 15 G ———移動(dòng)部件的重力（ N）； LF ———工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷； Fc ———工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷； Fv ———工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷； Fm=＋ （ ＋ 20? ） = 最大動(dòng)負(fù)載 C 的計(jì)算及主要尺寸初選 滾動(dòng)絲杠最大動(dòng)載荷 C 可用下式計(jì)算： [6]3 mmC L f F? （ 37） 式中： L 為工作壽命，單位為 r610 ， 660 /10L nt? （ 38） n 為絲杠轉(zhuǎn)速 min)/(r ， 0/1000 Lvn ? ； t 為額定使用壽命（ h），可取 t=15000h； mf為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無(wú)沖擊取 1~，一般情況取 ~，有沖擊振動(dòng)取 ~； mF 為滾珠絲杠工作載荷（ N）。一般 ? 不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半。 因此所選的滾珠絲杠副剛度符合要求。 滾珠絲杠副的精度等級(jí) 滾珠絲杠副的精度， [9]按國(guó)標(biāo) GB/T ,分為七個(gè)等級(jí)，即 10 級(jí) ,1 級(jí)精度最高，依次降低。P 其中 AK 為載荷修正系數(shù) 根據(jù)已知工作條件查表取 =2AK , 則 dP ＝ AK 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 （ 1）計(jì)算工作臺(tái)、絲杠、以及帶輪折算到電機(jī)軸上的慣量 dJ ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 20 根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》所提供的計(jì)算公式 [11]： dJ=1J+ PG 2x[]JJ sg2 ?? ? ?（ ）（ ）（ ）2/ 2i （ 322） 式中： dJ折算到電機(jī)軸的慣量（ ） 1J、2J大小帶輪的慣量（ ） sJ 絲杠的慣量（ ） xG 縱向工作臺(tái)及夾具重量（ N）為 2156N P絲杠螺距（ cm）， P=6mm 帶輪及絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：由于有些傳動(dòng)件（帶輪、絲杠等）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不易精確計(jì)算，可將其等效成圓柱體來(lái)計(jì)算。 （ 3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M起 ，依據(jù)公式： M起 =Mmax + fM + [13]M0 （ 326） 式中： M起 ：為快速空載啟動(dòng)力矩（ ）； Mmax ： 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速力矩（ ）； Mf ： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（ ）； M0 ： 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（ ）。 ⑴ 載荷大小 一般情況下，滾子軸承由于是線接觸，承載能力大，適于承受較大載荷；球軸承由于是點(diǎn)接觸，承載能力小，適用于輕、中等載荷。徑向載荷和軸向……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 24 載荷聯(lián)合作用時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。 ⑶ 載荷性質(zhì) 有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。對(duì)聯(lián)合載荷，載荷小時(shí)，選用角接觸球軸承；載荷大時(shí)，選用圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承與角接觸球軸承組合。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許的轉(zhuǎn)速高。因此，常在軸的某一端選用一內(nèi)圈或一外圈無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承，以適應(yīng)由于熱脹冷縮而引起軸的伸長(zhǎng)或縮短。 對(duì)于軸承使用壽命一般都難以等同主機(jī)使用壽命，在實(shí)際使用中軸承作為易損件 要經(jīng)常裝拆。 滾珠絲杠主要承受軸向載荷，他的徑向載荷主要是絲杠的自重，因此，對(duì)滾珠絲杠