螺母絲杠電動(dòng)滑臺(tái)設(shè)計(jì)

_設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算說(shuō)明 結(jié)論一．課題介紹名稱(chēng)：螺母絲杠電動(dòng)滑臺(tái)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)絲杠螺母電動(dòng)滑臺(tái)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，帶位感謝閱讀置檢測(cè)功能。具體要求：螺母的平移速度10mm/s-100mm/s可調(diào)。謝謝閱讀螺母最大行程300mm。電機(jī)采用端面安裝形式，用聯(lián)軸器連接電機(jī)輸出軸絲杠。設(shè)計(jì)要求：螺母前進(jìn)到盡頭后，停5秒鐘；然后電機(jī)反轉(zhuǎn)（可由脈沖方精品文檔放心下載向?qū)崿F(xiàn)），到盡頭后，停2秒鐘；然后電機(jī)正轉(zhuǎn)。如此循環(huán)感謝閱讀下去。按下停止按鈕，電機(jī)馬上停止（電機(jī)的軸鎖?。０聪旅摍C(jī)按鈕，電機(jī)的軸松開(kāi)。二．設(shè)計(jì)方案選擇2.1PLC的選擇本設(shè)計(jì)可采用PLC與單片機(jī)來(lái)控制滑的往復(fù)循環(huán)，而單片精品文檔放心下載機(jī)是一種芯片，在一定場(chǎng)合，配合外圍電路，可以用來(lái)設(shè)計(jì)所精品文檔放心下載需要的各種功能，大都用匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言等來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式軟精品文檔放心下載件，可應(yīng)用于各種領(lǐng)域。_PLC是一種可編程的控制器，相當(dāng)于一種控制設(shè)備，主要感謝閱讀用于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，大都采用梯形圖編程，也可以用組態(tài)謝謝閱讀軟件。其特點(diǎn)是非?？煽?。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，PLC與單片機(jī)相比，PLC更簡(jiǎn)便一些，所感謝閱讀以在本次設(shè)計(jì)中選擇PLC來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，從而達(dá)到控制滑臺(tái)精品文檔放心下載往復(fù)循環(huán)。在本次設(shè)計(jì)中PLC需通過(guò)高速脈沖來(lái)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精品文檔放心下載位置控制，在小型的PLC中脈沖信號(hào)的輸出可通過(guò)PLC內(nèi)置的精品文檔放心下載高速脈沖輸出口輸出，其中三菱的FXPLC的FX2N系列就規(guī)定精品文檔放心下載Y0，Y1位高速脈沖輸出口，脈沖的頻率和脈沖樹(shù)木直接控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行位移。（其中因?yàn)楦咚倜}沖的的頻率都比較高，所感謝閱讀以必須選擇晶體管性輸出的PLC）。2．2步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方謝謝閱讀向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的感謝閱讀角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，謝謝閱讀從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制感謝閱讀電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步謝謝閱讀進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)等。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角_一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子謝謝閱讀磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變謝謝閱讀化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般感謝閱讀為0.72度。因此在本次設(shè)計(jì)中使用混合式步進(jìn)電機(jī)，其步進(jìn)角為1.8精品文檔放心下載度。又因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中四缸的行程只有300mm不算大，所感謝閱讀以可以選擇常州寶來(lái)公司型號(hào)為28BYGH201的一款電動(dòng)機(jī)。感謝閱讀如下圖所示：圖一步進(jìn)電機(jī)其具體參數(shù)為表一_表二2.3螺母絲杠的選擇絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱(chēng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。按照摩擦性質(zhì)還有滑動(dòng)(摩擦)絲杠螺母機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)(摩擦)精品文檔放心下載絲杠螺母機(jī)構(gòu)之分?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低(30％-40％)。感謝閱讀滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，無(wú)自鎖功能，感謝閱讀但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高(92％-98％)。精品文檔放心下載因此在本次設(shè)計(jì)中使用滾珠絲杠螺母。絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)形式有：（1）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。因螺母本身起著支承作用，謝謝閱讀消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可獲感謝閱讀得較高的傳動(dòng)精度。但其剛性較差，因此只適用于行程較小的精品文檔放心下載場(chǎng)合。_(2）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)。需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝感謝閱讀置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好，工作行程大，在機(jī)電謝謝閱讀一體化系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。(3)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng)。需要限制螺母移動(dòng)和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，由感謝閱讀于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，很少應(yīng)用。(4)絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但在多數(shù)情感謝閱讀況下，使用極不方便，很少應(yīng)用。因此在本次設(shè)計(jì)中可以選擇絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)的傳動(dòng)形式。當(dāng)絲杠作為主動(dòng)體時(shí)，螺母就會(huì)隨絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度按照對(duì)應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)工件可以通過(guò)螺母座和螺精品文檔放心下載母連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠螺母間因無(wú)間隙，直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)精度較高，尤其在頻繁換向時(shí)無(wú)需間隙補(bǔ)償。滾珠絲杠螺母間摩擦力很小，轉(zhuǎn)動(dòng)感謝閱讀時(shí)非常輕松。滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周螺母移動(dòng)的距離為一個(gè)螺距距離,如果是感謝閱讀絲杠每轉(zhuǎn)一周螺母移動(dòng)四個(gè)（或五個(gè)）螺旋線(xiàn)的距離，那么表謝謝閱讀示該絲杠是四線(xiàn)（或五線(xiàn)）絲杠，俗稱(chēng)四頭（或五頭）絲杠。謝謝閱讀一般小導(dǎo)程滾珠絲杠都采用單線(xiàn)，中，大或超大導(dǎo)程采用兩線(xiàn)感謝閱讀或多線(xiàn)。2.3.1螺母絲杠的長(zhǎng)度在本次設(shè)計(jì)中只是設(shè)計(jì)一個(gè)小型的電動(dòng)滑臺(tái)，因此在本次_設(shè)計(jì)中滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周螺母移動(dòng)的距離為一個(gè)螺距距離。在謝謝閱讀設(shè)計(jì)要求中指出螺母的最大行程為300mm,所以絲桿的長(zhǎng)度至精品文檔放心下載少要大于300mm。螺母的有效行程為300mm,由于滑臺(tái)采用軸承進(jìn)行兩端固謝謝閱讀定，可取軸承之間的距離為400mm.加上軸承安裝長(zhǎng)度和與聯(lián)精品文檔放心下載軸器的連接長(zhǎng)度,取絲杠的長(zhǎng)度為450mm。2.4聯(lián)軸器的選擇滾珠絲杠與電機(jī)連接時(shí)中間必須加裝聯(lián)軸器以達(dá)到柔性連接。聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸(主動(dòng)軸和從動(dòng)軸)精品文檔放心下載使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。聯(lián)軸器由兩半部分組成，謝謝閱讀分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。聯(lián)軸器種類(lèi)繁多，按照被連接兩軸的相對(duì)位置和位置的變動(dòng)情況，可以分為：①固定式聯(lián)軸器；②可移式聯(lián)軸器。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。選擇時(shí)先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類(lèi)型，然后按照軸的直徑計(jì)算扭矩和轉(zhuǎn)速，再?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)精品文檔放心下載中查出適用的型號(hào)，最后對(duì)某些關(guān)鍵零件作必要的驗(yàn)算。在本次設(shè)計(jì)中要使用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，而步進(jìn)馬達(dá)能在低速區(qū)域時(shí)傳達(dá)高扭矩，適用于高精度的定位。為了方便起見(jiàn)本次設(shè)計(jì)中選用一款撓性聯(lián)軸器如下圖所示_圖二聯(lián)軸器三．機(jī)械部分設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)大體為電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副、光桿、滑臺(tái)等組成。電動(dòng)滑臺(tái)的所有機(jī)構(gòu)需要在一個(gè)底座上進(jìn)行安裝?！?電動(dòng)機(jī)需安裝在一電機(jī)支撐上，使電動(dòng)機(jī)固定；○2電機(jī)支撐需要用內(nèi)六角圓柱螺釘與底座連接；○3電動(dòng)機(jī)的軸與聯(lián)軸器的左端連接，聯(lián)軸器的右端直接與謝謝閱讀絲杠連接；○4因?yàn)槁?lián)軸器與螺母絲杠副懸空需用一墊塊來(lái)固定，墊塊謝謝閱讀與底座要用一內(nèi)六角圓柱螺釘來(lái)固定；○5螺母絲杠上有一螺母，螺母稍小需套上一個(gè)螺母座，螺精品文檔放心下載母座上裝滑臺(tái)，同時(shí)滑臺(tái)的長(zhǎng)度也需要能夠覆蓋在光桿上，與精品文檔放心下載光桿上的螺母進(jìn)行連接，方便導(dǎo)向，螺母座與滑臺(tái)的連接固定精品文檔放心下載也需內(nèi)六角圓柱螺釘；○6同理在螺母絲杠副的右端也需要一固定端墊塊來(lái)使其懸謝謝閱讀_空，其與墊塊的連接要用內(nèi)六角圓柱螺釘來(lái)連接；○7光桿的安裝需與螺母絲杠副的絲杠平行，用支撐單元安謝謝閱讀裝在固定端墊塊上來(lái)使其與絲杠在同一水平面上。圖三機(jī)械結(jié)構(gòu)四．控制部分設(shè)計(jì)4.1驅(qū)動(dòng)器的連接圖四圖中控制器為發(fā)出位置控制命令的裝置，其主要作用是通過(guò)編制程序下達(dá)控制指令，是步進(jìn)電機(jī)按照控制要求完成位移精品文檔放心下載和定位，在本次設(shè)計(jì)中控制器選擇了PLC；驅(qū)動(dòng)器又稱(chēng)放大器，謝謝閱讀作用是把控制器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，精品文檔放心下載可以說(shuō)驅(qū)動(dòng)器是集功率放大和位置控制為一體的智能裝置，其謝謝閱讀中驅(qū)動(dòng)器又與電源連接來(lái)為整個(gè)系統(tǒng)供電。因此可大概知曉滑臺(tái)的控制系統(tǒng)實(shí)物圖連接如下所示_圖五控制系統(tǒng)在本次設(shè)計(jì)中使用的驅(qū)動(dòng)器為MSST5/10-Q驅(qū)動(dòng)器，其實(shí)感謝閱讀物如下圖所示圖六驅(qū)動(dòng)器4.1.1驅(qū)動(dòng)器的與電源的連接（1）MSST5/10-Q驅(qū)動(dòng)器適用24V-80V電源，在本次精品文檔放心下載設(shè)計(jì)中考慮到PLC使用24V電源；（2）將電源“+”端連接至驅(qū)動(dòng)器上標(biāo)有“V+”的端口上，感謝閱讀電源“-”連接至驅(qū)動(dòng)器上標(biāo)有“V-”的端口上，底座上的姐弟精品文檔放心下載螺釘應(yīng)與大地相連。如下圖所示：_圖七4.1.2驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接注：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)連接到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，先確認(rèn)電機(jī)電源已關(guān)閉；感謝閱讀確認(rèn)為使用的電機(jī)引線(xiàn)未與其他物體發(fā)生短路；在驅(qū)動(dòng)器通電謝謝閱讀期間，不能斷開(kāi)電機(jī)；不要將引線(xiàn)接到地上或電源上。本次使用型號(hào)為28BYGH201的一款電動(dòng)機(jī)，其與電機(jī)的精品文檔放心下載連接部分如下圖所示：圖八其具體接線(xiàn)圖如下圖所示：_圖九4.1.3驅(qū)動(dòng)器與PLC的連接圖十4.2行程控制滑臺(tái)的行程正比步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的精品文檔放心下載總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總精品文檔放心下載轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù)；因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的精品文檔放心下載位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：n=L/d。式中L——伺服機(jī)精品文檔放心下載構(gòu)的位移量（mm），d——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）感謝閱讀4.3進(jìn)給速度控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,精品文檔放心下載PLC輸出的脈沖頻率:f=V/60d(Hz)。式中V——伺服機(jī)構(gòu)的謝謝閱讀進(jìn)給速度(mm/min)，d——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）。精品文檔放心下載4.4進(jìn)給方向控制進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通感謝閱讀過(guò)改變步進(jìn)_電機(jī)各繞組的通電順序來(lái)改變其轉(zhuǎn)向，因此可以通過(guò)PLC感謝閱讀輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來(lái)實(shí)現(xiàn)，謝謝閱讀或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序精品文檔放心下載實(shí)現(xiàn)。由題目要求可知：螺母的平移速度為10mm/s—謝謝閱讀100mm/s,且在設(shè)計(jì)中使用的是滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周螺母移動(dòng)的感謝閱讀距離為一個(gè)螺距距離，所以可知滑臺(tái)的平移速度也為10mmm/s—100mm/s。在此次設(shè)計(jì)中選擇絲桿的導(dǎo)程為5mm,所以絲杠每秒需轉(zhuǎn)精品文檔放心下載2圈—20圈；又因步進(jìn)電機(jī)與絲桿使用聯(lián)軸器連接的，所以他精品文檔放心下載們的傳動(dòng)比i為1，所以步進(jìn)電機(jī)也需要每秒轉(zhuǎn)720度—7200感謝閱讀度。在本次設(shè)計(jì)中，選用的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，兩相步進(jìn)角一般為1.8度即步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)1.8度，也就是說(shuō)步進(jìn)電精品文檔放心下載機(jī)每秒轉(zhuǎn)720度-7200度分別需要400個(gè)—4000個(gè)脈沖，即感謝閱讀200個(gè)脈沖可使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，由此可算出步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量為5/200=0.025mm/脈沖。感謝閱讀本設(shè)計(jì)選擇滑臺(tái)的平移速度為50mm/s,由于螺母最大行程為300mm,則前進(jìn)一次需要6秒。已知導(dǎo)程為5mm,則絲杠每秒需要轉(zhuǎn)動(dòng)10圈(50mm/s/5)，所以需要給步進(jìn)電機(jī)每秒2000精品文檔放心下載個(gè)脈沖（即頻率），所以滑臺(tái)向前移動(dòng)至限位開(kāi)關(guān)處需要給步進(jìn)感謝閱讀電機(jī)2000*6=12000個(gè)脈沖。（或用n=L/d)根據(jù)輸入脈沖的多謝謝閱讀_少可以計(jì)算出在這一次直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中螺母的具體位置，實(shí)現(xiàn)位置精品文檔放心下載檢測(cè)功能。PLC 輸出脈沖頻率：f=V/60d,即精品文檔放心下載f=50/(60*0.025)=2000Hz。4.5PLC控制4.5.1I/O分配因采用PLC控制，需分配其I/O口，它決定著系統(tǒng)如何工感謝閱讀作，該系統(tǒng)的I/O口分配如下表所示。表三輸入地址號(hào)信號(hào)名稱(chēng)執(zhí)行器X0電機(jī)正轉(zhuǎn)常開(kāi)按鈕1X1電機(jī)停止常開(kāi)按鈕2X2電機(jī)脫機(jī)常開(kāi)按鈕3表四輸出地址號(hào)信號(hào)名稱(chēng)Y0脈沖輸出Y1控制方向Y2脫機(jī)4.5.2 I/O口接線(xiàn)圖_該系統(tǒng)PLC的I/O口接線(xiàn)圖如下圖所示。圖十一4.5.3程序流程圖_圖十二4.5.4梯形圖__圖十三4.5.5脈沖輸出PLC控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行位置控制有下列4種方式：通過(guò)I/O謝謝閱讀方式進(jìn)行控制；通過(guò)模擬量輸出方式進(jìn)行控制；通過(guò)通信方式感謝閱讀進(jìn)行控制和通過(guò)高速脈沖方式進(jìn)行控制。通過(guò)高速脈沖進(jìn)行位精品文檔放心下載置控制，是比較常用的方式。在小型PLC中，脈沖信號(hào)的輸出也有兩種方式。一種是通過(guò)謝謝閱讀PLC內(nèi)置的高速脈沖輸出口輸出口輸出。三菱FXPLC的FX2N精品文檔放心下載系列規(guī)定了Y0，Y1為高速脈沖輸出口，脈沖的頻率和脈沖數(shù)精品文檔放心下載目直接控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行位置控制，PLC的這些精品文檔放心下載脈沖輸出點(diǎn)一旦被指定為高速脈沖輸出口，就不能再作他用。謝謝閱讀由于高速脈沖的頻率都比較高，所以，必須選用晶體管型輸出精品文檔放心下載的PLC，否則將不能正常工作。另外一種，脈沖輸出方式是通精品文檔放心下載過(guò)所開(kāi)發(fā)的定位控制模塊（1PG）輸出高速脈沖，位置控制模精品文檔放心下載塊為擴(kuò)展模塊，本身不具有單獨(dú)控制功能，必須配合控