毕业设计-基于PLC的行程200mm电动滑台结构及控制系统开发.docx

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1、密级:学号:本科生毕业设计基于PLC的行程200mm电动滑台结构及控制系统开发院:智能工程学院级:20级机设专升本1班业:机械设计制造及其自动化学生姓名:指导老师一:指导老师二:摘 要电动滑台，是直线滑台的一种，工业上又常称为直线模组，线性模组，单轴机械手臂，单轴机器人等，由直线滑台与马达驱动的结合构成。在工业自动化应用中，通过马达驱动实现带动工件自动线性运动。通过多方向轴的组合，组成设备上的运动执行机构，这种机构常被称为：工业机械手、XYZ轴机械手、坐标轴滑台等。PLC（可编程逻辑控制器）是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运

2、算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。基于PLC的电动滑台控制系统能够满足各种控制要求,且灵活性好、可靠性高，有效提高了组合机床的自动化程度。关键词：电动滑台；PLC（可编程逻辑控制器）；控制系统AbstractElectric slide, is a kind of linear slide, industrially often referred to as linearmodule, linear module, single-axis mechanical arm, single-axis robot, etc”

3、 by thecombination of linear slide and motor drive. In industrial automation applications, theautomatic linear motion of the workpiece is realized by motor drives. Through thecombination of multi-directional axes, the motion actuator on the equipment iscomposed, which is often referred to as: indust

4、rial manipulator, XYZ axis manipulator,coordinate axis slide and so on.PLC (Programmable Logic Controller) is an electronic system for the operationof digital operations specifically designed for applications in industrial environments.It uses a programmable memory in which instructions for performi

5、ng operations suchas logical operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations arestored, and various types of mechanical equipment or production processes arecontrolled through digital or analog inputs and outputs.The PLC-based electric slide control system can meet various c

6、ontrolrequirements, and has good flexibility and high reliability, which effectively improvesthe degree of automation of the combined machine tool.Key Words: Electric slide; PLC (Programmable Logic Controller); Control Sys第一章引言11.1 概述11.2 国内外研究现状11.3 选题的目的及意义2第二章电动滑台的总体设计方案32.1 电动滑台结构选用32.1.1 电动滑台的结

7、构分别是:同步齿型带结构和丝杆式结构。32.2 电动滑台控制系统硬件设计42.3 螺母丝杠的选用52.4 滚珠丝杆副的尺寸计算与参数选用62.4.1 滚珠丝杆副简介62.4.2 滚珠丝杆副的消除间隙和预加载荷72.4.3 滚珠丝杆副的结构72.4.4 滚珠丝杆副的长度选用82.5 步进电机的选择82.6 联轴器的选择9第三章机械部分的设计11第四章PLC控制电动滑台的设计124.1 电动滑台的PLC控制办法124.1.1 行程控制124.1.2 PLC的进给方向控制方法124.1.3 PLC的进给速度控制方法124.2 PLC编程语言介绍124.3 驱动器的连接134.3.1 驱动器与电源的连

8、接144.3.2 驱动器与步进电机的连接144.3.3 驱动器和PLC的连接15第五章电动滑台设计任务及要求155.1 电动滑台的设计任务155.2 电动滑台的设计要求165.3 电动滑台数据的计算165.4 PLC的控制165.4.1 I/O 的分配165.4.2 I/O 口接线图175.4.3 程序流程图185.4.4 梯形图185.4.5 脉冲输出21第六章总结与展望222324参考文献致谢第一章引言1.1 概述设备中电动滑台常用的可编程操控器（简称PLC）以其通用性强、可靠性高、指令体系简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、修理作业少、现场接口装置方便等一系列长处，被广泛应用于工业自动

9、操控中。特别是在组合机床自动生产线的操控及CNC机床的S、T、M功用操控更显示出其杰出的性能。PLC操控的步进电机开环伺服组织应用于组合机床自动生产线上的直线模组滑台操控，可省去该单元的数控体系使该单元的操控体系本钱降低7090%,甚至只占用自动线操控单元PLC的35个I/O接口及vlKB的内存。特别是大型自动线中能够使操控体系的本钱显著下降。1.2 国内外研究现状电动滑台的发展空间巨大，越来越多的公司参与到电动滑台的研究开发中。国外的一些企业和机构很早之前就开始研发电动滑台产品，技术也比较先进。现在国际上生产电动滑台比较知名的公司有：美国的Danaher Motion、Moog、Parker

10、、Exlar Duff-Norton,丹麦的 Linak,日本的 Cosmic,德国的 Bosch 等。美国Danaher Motion公司生产的电动滑台在国际上享有盛誉。DanaherMotion公司设计研发的电动滑台在一些场合已经可以完全代替液压滑台和气滑台等，为用户带来了巨大的经济效益。美国的Parker公司是全球领先的传动系统制造公司，该公司生产的ET系列电动滑台在精度、行程长度和承载能力上都已达到国际一流水平。该公司生产的一些电动滑台产品已经在航天设备上得到了应用。ET系列电动滑台和各种附件组合使用，被广泛应用于机床垂直进给轴、纺织设备拉伸和夹紧机构、测试器械等设备上。美国的Exla

11、r公司在采用滚柱丝杠驱动电动滑台方面做的非常出色，并已经能够将驱动电机和滚柱丝杠一体化设计，该公司研发的G S系列和Exlar公司的K系列电动滑台K系列电动滑台受到业内一直好评。Exlar公司生产的K系列电动滑台，在六自由度并联运动模拟平台、娱乐仿真设备、生物测试设备和造波机等设备上已经得到了应用。国内也有很多企业从事电动滑台的研究开发，比较知名的有上海冀望、重庆海通、江苏南合公司、北京力姆泰克、南京思展等。这些公司都积极投入资金进行电动滑台的研究开发，在电动滑台产品研究方面也都收获了一些成果。电动滑台的应用领域越来越广泛，电动滑台的市场也越来越大。随着工厂自动化的要求逐步提高，将会有越来越多

12、的公司投入到电动滑台的研究开发中。1.3 选题的目的及意义在制造业中，电动滑台的身影几乎随处可见。作为将旋转运动转变成直线往复运动的产品，它几乎可以替代液压缸和气缸所能达到的工作，甚至在自动控制I、远距离控制及集中控制上，电动滑台比气缸及液压缸更具优势。而电动滑台在制造业中大受欢迎，与它的诸多优点是分不开的：可通过各种丝杆、连接杆或摇杆等机构完成转动、摇摆等各类复杂的动作；高精度、高承载、高效率；结构简捷，由电机直接驱动，外形尺寸小；本体由铝合金材料构成，产品的重量轻；使用高精度的直线导轨滑块，运动非常平稳；可根据需要选配步进电机或伺服电机及相应驱动器，并且客户可以自由选择不带电机及驱动器的产

13、品；产品的行程大小可根据需求定制，安装简单并长期免维护。产品成本低，体积小：省去了油泵、油箱、空压机以及许多复杂的管路和其它辅助设备及节省了大量的空间。产品故障率低，无油液污染：由于避免采用油液或气体传动，无漏油漏气等故障现象，使污染问题得到了根本性的解决。能耗低，电机直接驱动省去了中间的能量转化环节，整机效率非常高，降低了能耗。13第二章 电动滑台的总体设计方案2.1 电动滑台结构选用2.1.1 电动滑台的结构分别是:同步齿型带结构和丝杆式结构。首先介绍同步带结构，如下图2.1所示：图2.1标注简体说明：1、皮带轮外壳2、盖条3、齿形带4、缸筒型材5、滑块6、马大连接座介绍丝杆式结构，如下图

14、2.2所示：图2.2标注简体说明:1、端盖2、滚珠螺杆3、滑块4、缸筒型材5、盖条两种结构各有各自的使用方式，同步齿形带的速度传动快慢效果比丝杆结构的好，很大原因是丝杆导程的设计，因为这样设计的丝杆，其电动滑台的运动精度要比同步齿型带的高5倍以上.因此，同步齿型带结构的电动滑台多被用于1米以上的长行程运输传动的机械设备（比如:设备与设备间的移载机械手）或者从经济角度出发而使用。而丝杆式结构由于其具有较高的精度，故多被用于微调或微动作运动的机械设备（比如:X光检验机）。根据本毕业设计的要求，选用滚珠螺杆式电动滑台。2.2 电动滑台控制系统硬件设计普通直线传动主要由液压驱动、气动驱动、直线电机驱动

15、、旋转电机和丝杠螺母传动组成。滚动丝杠螺母的特点有小摩擦力矩传动，传动效率高，结构紧凑，刚性好，精度高，寿命长等特点，因此，我们采用滚动丝杠螺母机构和滚动导轨副设计电动滑台。图2.1是一个电动滑台。结构采用滚珠丝杠的安装，电机通过联轴器与滚珠丝杠轴连接，滚珠丝杠轴承的两端通过螺母固定在底座上。当电机转动时，滚珠丝杠轴由联轴器驱动，驱动滚珠丝杠副沿直线滑轨方向作直线运动，实现一个直线自由度。图2.1电动滑台结构图1 .直线滑轨2.滚珠丝杠副3.工作台4.联轴器5.步进电机1.3 螺母丝杠的选用丝杠螺母机构又称螺旋传动机构,它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。按照摩擦性质还有滑动（摩擦）丝杠螺母机构和滚动（摩擦）丝杠螺母机构之分。滑动丝杠螺母机构:结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率