螺母絲杠電動滑臺設(shè)計(jì)

_設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì)算說明 結(jié)論一．課題介紹名稱：螺母絲杠電動滑臺設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)絲杠螺母電動滑臺，由步進(jìn)電機(jī)帶動，帶位感謝閱讀置檢測功能。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?。?。按下脫機(jī)按鈕，電機(jī)的軸松開。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，在一定場合，配合外圍電路，可以用來設(shè)計(jì)所精品文檔放心下載需要的各種功能，大都用匯編語言、C語言等來開發(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)過程中，PLC與單片機(jī)相比，PLC更簡便一些，所感謝閱讀以在本次設(shè)計(jì)中選擇PLC來控制步進(jìn)電機(jī)，從而達(dá)到控制滑臺精品文檔放心下載往復(fù)循環(huán)。在本次設(shè)計(jì)中PLC需通過高速脈沖來控制步進(jìn)驅(qū)動器進(jìn)行精品文檔放心下載位置控制，在小型的PLC中脈沖信號的輸出可通過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木直接控制電動機(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)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方謝謝閱讀向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度(稱為“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^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，謝謝閱讀從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制感謝閱讀電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，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公司型號為28BYGH201的一款電動機(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)又稱螺旋傳動機(jī)構(gòu)，它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。按照摩擦性質(zhì)還有滑動(摩擦)絲杠螺母機(jī)構(gòu)和滾動(摩擦)精品文檔放心下載絲杠螺母機(jī)構(gòu)之分?；瑒咏z杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、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)的傳動形式有：（1）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動。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，結(jié)構(gòu)較簡單，可獲感謝閱讀得較高的傳動精度。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合。_(2）絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動。需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，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、絲杠移動。需要限制螺母移動和絲杠的轉(zhuǎn)動，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)動并移動。結(jié)構(gòu)簡單、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、螺母移動的傳動形式。當(dāng)絲杠作為主動體時(shí)，螺母就會隨絲杠的轉(zhuǎn)動角度按照對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，被動工件可以通過螺母座和螺精品文檔放心下載母連接，從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的直線運(yùn)動。滾珠絲杠螺母間因無間隙，直線運(yùn)動時(shí)精度較高，尤其在頻繁換向時(shí)無需間隙補(bǔ)償。滾珠絲杠螺母間摩擦力很小，轉(zhuǎn)動感謝閱讀時(shí)非常輕松。滾珠絲桿轉(zhuǎn)動一周螺母移動的距離為一個(gè)螺距距離,如果是感謝閱讀絲杠每轉(zhuǎn)一周螺母移動四個(gè)（或五個(gè)）螺旋線的距離，那么表謝謝閱讀示該絲杠是四線（或五線）絲杠，俗稱四頭（或五頭）絲杠。謝謝閱讀一般小導(dǎo)程滾珠絲杠都采用單線，中，大或超大導(dǎo)程采用兩線感謝閱讀或多線。2.3.1螺母絲杠的長度在本次設(shè)計(jì)中只是設(shè)計(jì)一個(gè)小型的電動滑臺，因此在本次_設(shè)計(jì)中滾珠絲桿轉(zhuǎn)動一周螺母移動的距離為一個(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.加上軸承安裝長度和與聯(lián)精品文檔放心下載軸器的連接長度,取絲杠的長度為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)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸(主動軸和從動軸)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軸和從動軸聯(lián)接。聯(lián)軸器種類繁多，按照被連接兩軸的相對位置和位置的變動情況，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型，然后按照軸的直徑計(jì)算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊精品文檔放心下載中查出適用的型號，最后對某些關(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)大體為電動機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副、光桿、滑臺等組成。電動滑臺的所有機(jī)構(gòu)需要在一個(gè)底座上進(jìn)行安裝。○1電動機(jī)需安裝在一電機(jī)支撐上，使電動機(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固定，墊塊謝謝閱讀與底座要用一內(nèi)六角圓柱螺釘來固定；○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，同時(shí)滑臺的長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)動器又稱放大器，謝謝閱讀作用是把控制器送來的信號進(jìn)行功率放大，用于驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，精品文檔放心下載可以說驅(qū)動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)動器又與電源連接來為整個(gè)系統(tǒng)供電。因此可大概知曉滑臺的控制系統(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)動器為MSST5/10-Q驅(qū)動器，其實(shí)感謝閱讀物如下圖所示圖六驅(qū)動器4.1.1驅(qū)動器的與電源的連接（1）MSST5/10-Q驅(qū)動器適用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)動器上標(biāo)有“V+”的端口上，感謝閱讀電源“-”連接至驅(qū)動器上標(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)引線未與其他物體發(fā)生短路；在驅(qū)動器通電謝謝閱讀期間，不能斷開電機(jī)；不要將引線接到地上或電源上。本次使用型號為28BYGH201的一款電動機(jī)，其與電機(jī)的精品文檔放心下載連接部分如下圖所示：圖八其具體接線圖如下圖所示：_圖九4.1.3驅(qū)動器與PLC的連接圖十4.2行程控制滑臺的行程正比步進(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改變步進(jìn)_電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，因此可以通過PLC感謝閱讀輸出的方向控制信號改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，謝謝閱讀或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步進(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)動一周螺母移動的感謝閱讀距離為一個(gè)螺距距離，所以可知滑臺的平移速度也為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），所以滑臺向前移動至限位開關(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)算出在這一次直線運(yùn)動中螺母的具體位置，實(shí)現(xiàn)位置精品文檔放心下載檢測功能。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。表三輸入地址號信號名稱執(zhí)行器X0電機(jī)正轉(zhuǎn)常開按鈕1X1電機(jī)停止常開按鈕2X2電機(jī)脫機(jī)常開按鈕3表四輸出地址號信號名稱Y0脈沖輸出Y1控制方向Y2脫機(jī)4.5.2 I/O口接線圖_該系統(tǒng)PLC的I/O口接線圖如下圖所示。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)動器進(jìn)行位置控制有下列4種方式：通過I/O謝謝閱讀方式進(jìn)行控制；通過模擬量輸出方式進(jìn)行控制；通過通信方式感謝閱讀進(jìn)行控制和通過高速脈沖方式進(jìn)行控制。通過高速脈沖進(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，脈沖信號的輸出也有兩種方式。一種是通過謝謝閱讀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)動器進(jìn)而控制電動機(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所開發(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