機電一體化技術(shù)考試答案

鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育《機電一體化技術(shù)》課程考核要求說明：本課程考核形式為提交作業(yè)，完成后請保存為WORD2003版本格式的文檔，登陸學(xué)習平臺提交，并檢查和確認提交成功〔能夠下載，并且內(nèi)容無誤即為提交成功〕。作業(yè)要求請任選一題，認真、獨立完成。作業(yè)內(nèi)容題目一送料小車運行控制系統(tǒng)設(shè)計1.設(shè)計目的：通過對送料小車運行的控制系統(tǒng)設(shè)計，使學(xué)生們掌握控制系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件編程方法，具有靈活運用相關(guān)知識的能力；2.設(shè)計內(nèi)容及要求：下列圖為送料小車運行過程圖。當小車處于后端，按下起動按鈕，小車向前運行，壓下前限位開關(guān)后，翻斗門翻開；7s后小車向后運行，到后端，即壓下后限位開關(guān)后，翻開小車底門，完成一次工作循環(huán)。小車運行過程圖設(shè)計要求：能夠控制小車的遠行，并具有以下幾種方式：(1)手動；(2)自動單周期，即小車住復(fù)運行一次后停在后端等待下次起動；(3)自動連續(xù)，即小車起動后自動往復(fù)運行；(4)單步運行，即每步動作都要起動；(5)往復(fù)運行2次即小車往復(fù)運行2次后，回到后端停下，等待起動。3.設(shè)計成果：1〕相關(guān)硬件電路圖深入了解和分析小車運料控制系統(tǒng)的控制要求，畫出工序圖1〕小車在初始位置處，Y420為ON，假設(shè)按下開始按鈕SB，那么小車前行，電機正轉(zhuǎn)，2〕小車到達當運行至料斗下方時，Y410為ON，電機停轉(zhuǎn)，小車停止，翻開料斗門，延時7s；3〕7s時間到，裝料完成，翻斗門關(guān)閉，小車后退，電機反轉(zhuǎn)；4〕返回至Y420處，電機停轉(zhuǎn)，小車停止，翻開小車底門卸料，5〕卸料完畢，一個工作過程結(jié)束，1〕步開始一個新的工作周期。根據(jù)小車的工作過程，畫出小車工作工序圖，如下圖。1、確定I/O設(shè)備1〕小車前行和后退需要一交流電機〔電機的選擇要根據(jù)小車的最大載荷確定，詳細請參考電機與拖動課程〕，電機正反轉(zhuǎn)控制需要2個接觸器KM1、KM2，KM1控制小車前行，KM2控制小車后退；2〕為檢測小車是否到達原位和料斗下方，需要兩個限位開關(guān)：Y420原位，Y410料斗處；3〕為翻開和關(guān)閉料斗門和小車底門，需要兩個繼電器：KA1料斗門，KA2小車底門，通過繼電器控制直流電機，繼電器通電那么電機得電，門翻開，繼電器斷電，那么電機失電，門依靠彈簧裝置關(guān)閉；4〕啟動按鈕；用于工作方式選擇的開關(guān)SA；由以上分析可知，系統(tǒng)需如下I/O設(shè)備：限位開關(guān)2個：Y420〔原位〕、Y410〔裝料位置〕；交流接觸器2個：KM1〔控制小車前行〕、KM2〔控制小車后退〕；繼電器2個：KA1〔控制料斗門開關(guān)〕、KA2〔控制小車底門開關(guān)〕；啟動按鈕1個；方式選擇開關(guān)SA。2、分配I/O點地址并繪制硬件連線圖1〕I/O地址分配輸入輸出符號點地址功能描述符號點地址功能SB1I0.0啟動按鈕KM1Y430控制小車前行Y420I0.2后限位KM2Y432控制小車后退Y410I0.1前限位、裝料位置KA1Y431控制料斗門開關(guān)SAI0.3手動KA2Y433控制小車底門開關(guān)I0.4單周期I0.5連續(xù)循環(huán)SB2I0.6手動向前SB3I0.7手動向后SB4I1.1料斗門翻開SB5I1.2底門翻開2〕PLC型號選擇根據(jù)系統(tǒng)對I/O點數(shù)的要求，選擇PLC型號：系統(tǒng)需要10個輸入點，4個輸出點，所以選擇CPU226即可滿足要求，且還有一定的余量，以備系統(tǒng)擴展；因為輸出設(shè)備既有交流器件又有直流器件，所以選用繼電器輸出類型。3〕硬件連線圖見圖4〕繪制順序功能圖并編寫梯形圖程序小車運行過程分為手動、單周期、連續(xù)循環(huán)三種工作方式，單周期和連續(xù)循環(huán)模式采用順序控制指令，手動操作采用普通邏輯指令，編程時采用跳轉(zhuǎn)指令分別指向不同工種方式，程序結(jié)構(gòu)如下圖。擇手動模式時，I0.3為1、I0.4，I0.5為0。I0.3常閉觸點斷開，I0.4，I0.5常閉觸點均為閉合狀態(tài)，執(zhí)行手動程序，跳過自動程序。方式選擇開關(guān)接通單周期或連續(xù)操作方式時，I0.3觸點閉合，I0.4，I0.5觸點斷開，使程序跳過手動程序而選擇執(zhí)行自動程序手動操作方式梯形圖2〕相關(guān)程序PLC控制軟件如下Network1//送料小車控制系統(tǒng)梯形圖//網(wǎng)絡(luò)注釋I0.0啟動I0.1停止LDI0.0OM0.0ANI0.1=M0.0Network2//Y430送料小車前進LDNT38AM0.0LDT41OY430OI0.0ALDTONT38,100=Y430Network3//Y432送料小車卸料LDNT39AM0.0LDT38OY432ALD=Y432TONT39,10Network4//Y420送料小車后退LDNT40AM0.0LDT39OY420ALD=Y420TONT40,100Network5//Y410送料小車裝料LDNT41AM0.0LDT40OY410ALD=Y410TONT41,20題目二機械手控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計目的：通過對機械手的控制系統(tǒng)設(shè)計，使學(xué)生們掌握控制系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件編程方法，具有靈活運用相關(guān)知識的能力；設(shè)計內(nèi)容及要求：要求根據(jù)機械手工作過程，設(shè)計出其控制系統(tǒng)3.設(shè)計成果：1〕相關(guān)硬件電路圖2〕相關(guān)程序圖2-3時是可編程控制器控制盤面板布置圖，其中它包括加載選擇和自動方式選擇，而加載選擇包括上/下、左/右、夾/松六個動作；工作方式分為兩種，即自動和手動，其中自動操作又分為步進、單周期、連續(xù)操作方式。圖2-3可編程控制器控制盤面板布置接通I0.7是單操作方式。按加載選擇開關(guān)的位置，用啟動/停止按鈕選擇加載操作，當加載選擇開關(guān)打到左/右位置時，按下啟動按鈕，機械手右行；假設(shè)按下停止按鈕，機械手左行。用上述操作可使機械手停在原點。接通I1.0是步進方式。機械手在原點時，按下啟動按鈕，向前操作一步；每按啟動按鈕一次，操作一步。接通I1.1是單周期操作方式。機械手在原點時，按啟動按鈕，自動操作一個周期。接通I1.2是連續(xù)操作方式。機械手在原點時，按下啟動按鈕，連續(xù)執(zhí)行自動周期操作，當按下停止按鈕，機械手完成此周期動作后自動回到原點并不再動作。2.4機械手的整體設(shè)計機械手的整體設(shè)計包括單操作程序、步進操作程序、自動操作的設(shè)計。單操作程序如圖2-4所示，此操作為單操作方式，即用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制。指令如下：圖2-4單操作方式0LDNI0.71JMP12單操作程序3LBL14LDNI1.05JMP2假設(shè)選擇單操作工作方式，I0.7斷開，接著執(zhí)行單操作程序。單操作程序可以獨立于自動操作程序，可另行設(shè)計。步進操作程序如圖2-5所示，此操作為步進操作圖，即每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。指令如下：圖2-5步進操作方式0步進操作程序1LBL12LDNI1.13ANI1.24JMP35LDI1.26OI0.67SM1.0,1在連續(xù)操作方式下，可執(zhí)行自動操作程序。在步進操作程序，按一下啟動按鈕執(zhí)行一個動作，并按規(guī)定順序進行。自動操作如圖2-6所示，此操作為自動操作，即按啟動按鈕，機械手會自動完成所需完成的動作。在需要自動操作方式時，中間繼電器M1.0接通。步進工作方式、單操作工作方式和自動操作方式，都用同樣的輸出繼電器。指令如下：圖2-6自動操作圖0自動操作程序1LBL32LDSM0.03END機械手的動作過程如上圖所示。從原點開始，按下啟動按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位時，碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。假設(shè)此時右工作臺上無工件，那么光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通左移電磁閥，機械手左移，左移到原點時，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經(jīng)過八部動作完成了一個周期的動作。3.2機械手的手動單步操作程序3.2.1機械手左行/右行如圖3-2所示，I1.3為常開觸點,即左/右檔,I0.2為上限位置，它主要起上限平安連鎖保護的作用，而機械手左行/右行兩個動作只能當機械手處在上限位置時才能執(zhí)行。I0.0是啟動按鈕，而I0.6為停止按鈕，將加載開關(guān)扳到左/右檔，按下啟動按鈕，通過控制右行電磁閥Q0.3，機械手向右行；按下停止按鈕，通過控制左行電磁閥Q0.4，機械手向左行。程序指令如下：圖3-2機械手左行/右行0LDI1.312LPS3A4ANQ0.45=Q0.36LPP78ANQ0.39=Q0.4機械手夾緊/松開如圖3-3所示，I1.5為常開觸點，即夾/松加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“夾/松”檔，按啟動按鈕I0.0，通過控制夾緊電磁閥，機械手執(zhí)行夾緊動作；按停止按鈕I0.6，機械手執(zhí)行松開動作。程序指令如下:圖3-3機械手夾緊/松開0LDI1.512SQ0.2,13LDI1.54機械手上升/下降如圖3-4所示，I1.4為常開觸點，即上升/下降加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“上/下”檔，按啟動按鈕I0.0，通過控制下降電磁閥，機械手執(zhí)行下降動作；當按下停止按鈕I0.6，通過控制上升電磁閥，機械手執(zhí)行上升動作。程序指令如下：圖3-4機械手上升/下降0LDI1.41AI0.02ANQ0.13=Q0.04LDI1.45AI0.66ANQ0.07=Q0.13.3自動控制程序機械手下降/夾緊如圖3-5所示，PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進行初始復(fù)位，并執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，當EN有效時，把0輸出到SW0中。當機械手的上限限位開關(guān)I0.2和左限限位開關(guān)I0.4有效時，機械手在原點，且狀態(tài)S0.0置1，這是第一步。按下啟動按鈕后，置位狀態(tài)S0.1，同時將原工作狀態(tài)S0.0清0，輸出繼電器下降電磁閥Q0.0得電，原點指示Q0.5復(fù)位，原點指示燈熄滅，機械手執(zhí)行下降動作。當機械手下降到底碰到下限位開關(guān)時I0.1接通，置位狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.2，同時將狀態(tài)S0.1清0，輸出繼電器Q0.0復(fù)位置1，于是機械手停止下降，而此時輸出繼電器夾緊電磁閥Q0.2得電，機械手執(zhí)行夾緊動作。程序指令如下：圖3-5機械手下降和夾緊0LDSM0.11MOVW0,SW02LDI0.23A4SS0.0,15LSCRS0.06LDSM0.07=Q0.58LDI0.09SCRTS0.110LDSM0.111=M2.012LDI0.113SCRTS0.214SCRE15LSCRS0.216LDSM0.017SQ0.2,118TONT37,17機械手上升和右行如圖3-6所示，按照工作方式分類，定時器T37屬于通電延時型定時器，使能端〔IN〕輸入有效，定時器開始計時。當前值從0開始遞增，當大于或等于預(yù)置值〔PT〕17時，定時器輸出狀態(tài)位置1〔輸出觸頭有效時〕，當前值最大值為3276.7s。使能端無效〔斷開〕時，定時器復(fù)位。當定時器T37開始計時，延時1.87s后，接通T37常開觸點將狀態(tài)S0.3置1，同時將工作狀態(tài)S0.2清0，而輸出繼電器上升電磁閥Q0.1得電，機械手執(zhí)行上升動作。由于夾緊電磁閥Q0.2已被置1，夾緊動作繼續(xù)執(zhí)行。當上升到上限位時，I0.2接通，置位狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.4，同時將狀態(tài)S0.3清0，上升電磁閥Q0.1失電，不再上升，而右行電磁閥Q0.3得電，機械手執(zhí)行右行動作。程序指令如下：圖3-6機械手上升和右行0LDT371SCRTS0.32SCRE3LSCRS0.34LDSM0.05=M2.26LDI0.27SCRTS0.48LDSM0.09ANI0.310=Q0.3機械手的下降和松開如圖3-7所示，當機械手右行至右限限位開關(guān)時，I0.3接通，Q0.3失電，機械手停止右行，假設(shè)此時接通無工件檢測開關(guān)I0.5，那么狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.5，同時將狀態(tài)S0.4清0，而Q0.0再次得電，機械手執(zhí)行下降動作，當機械手下降到底碰到下限限位開關(guān)時，I0.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S6.0，同時將狀態(tài)S0.5清0，輸出繼電器原點指示Q0.0復(fù)位，夾緊電磁閥Q0.2被復(fù)位，于是機械手停止下降，執(zhí)行松開動作。程序指令如下：圖3-7機械手下降和松開0LDI0.31AI0.52SCRTS0.53SCRE4LSCRS0.55LDSM0.06=M2.17LDI0.18SCRTS0.69SCRE10LSCRS0.611LDSM0.012RQ0.2,113TONT38,15機械手上升和左行如圖3-8所示，按照工作方式分類，定時器T38屬于通電延時型定時器，使能端〔IN〕輸入有效，定時器開始計時。當前值從0開始遞增，當大于或等于預(yù)置值〔PT〕15時，定時器輸出狀態(tài)位置1〔輸出觸頭有效時〕，當前值最大值為3276.7s。使能端無效〔斷開〕時，定時器復(fù)位。定時器T38開始計時，延時1.5s后，接通T38常開觸點將狀態(tài)S0.7置1，同時將狀態(tài)S0.6清0，而輸出繼電器下降電磁閥Q0.1再次得電，機械手執(zhí)行上升動作。行至限位開關(guān)位置，上限限位開關(guān)I0.2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S1.0,同時將狀態(tài)S0.7清0，下降電磁閥Q0.1失電，機械手停止上升，而此時左行電磁閥Q0.4得電，執(zhí)行左行動作。程序指令如下：圖3-8機械手的上升與左行0LDT381SCRTS0.72SCRE3LSCRS0.74LDSM0.05=M2.36LDI0.27SCRTS1.08SCRE9LSCRS1.010LDI0.411A：機械手回零如圖3-9所示，當機械手行至上限位置，上限限位開關(guān)I0.2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S1.0,同時將狀態(tài)S0.7清0，上升電磁閥Q0.1失電，機械手停止上升，而左行電磁閥Q0.4得電，機械手執(zhí)行左行動作。當機械手到達左限限位開關(guān)I0.4接通，將狀態(tài)S1.0清0.如果此時為連續(xù)工作狀態(tài)，M1.0置1，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移回到S0.1，重復(fù)執(zhí)行自動程序。假設(shè)為單周期操作方式，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.0，那么機械手停在原點。程序指令如下：圖3-9機械手回零0LDI0.41SCRE2LDM2.03OM2.14=Q0.05LDM2.26OM2.37=Q0.1題目三數(shù)控加工中心刀具庫的自動控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計目的：通過對數(shù)控加工中心刀具庫自動控制系統(tǒng)設(shè)計，使學(xué)生們掌握控制系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件編程方法，具有靈活運用相關(guān)知識的能力；設(shè)計內(nèi)容及要求：因原有的刀具庫控制方式過于陳舊、功能過于單一且智能度不高，刀盤只能單向轉(zhuǎn)動，效率較低并且指示燈設(shè)計不合理，對刀成功后沒有正確與否的提示。針對原有功能的的缺乏提出自己的改良方法。對位成功的進行指示燈閃爍提示，調(diào)取不是當前工位的刀時，系統(tǒng)能根據(jù)調(diào)取刀號的大小自動選擇最正確刀盤轉(zhuǎn)動方向，以提高取刀效率。

改良后的根本特征：

1〕當機械手位置

=

程序調(diào)取刀號位，換刀成功指示燈閃爍3秒。

2〕當機械手位置

>

程序調(diào)取刀號位，刀具盤逆轉(zhuǎn),調(diào)刀指示燈亮,到位后,

換刀成功指示燈閃爍3秒。

3〕當機械手位置

<

程序調(diào)取刀號位，刀具盤順轉(zhuǎn),

調(diào)刀指示燈亮,到位后,換刀成功指示燈閃爍3秒。

機械手位置與調(diào)取刀號位之間的偏差是選擇正反轉(zhuǎn)的根據(jù)。3.設(shè)計成果：1〕相關(guān)硬件電路圖2〕相關(guān)程序課程設(shè)計的參數(shù)設(shè)置1、存放器D0;機械手當前位置存放器。2、存放器D1：程序刀號存放器。3、存放器D3：偏差存放器。4、參數(shù)K：參數(shù)K1、K2、K3、K4、K5、K6分別為1、2、3、4、5、6。列出I/O配置表節(jié)點類型節(jié)點名稱節(jié)點作用輸入X001機械手位置檢測X002機械手位置檢測X003機械手位置檢測X004機械手位置檢測X005機械手位置檢測X006機械手位置檢測X0011刀具號選擇X0012刀具號選擇X0013刀具號選擇X0014刀具號選擇X0015刀具號選擇X0016刀具號選擇輸出Y000刀具到位指示Y001刀盤旋轉(zhuǎn)指示Y002刀盤順轉(zhuǎn)Y003刀盤逆轉(zhuǎn)Y004換刀閃爍刀盤取刀示意圖如圖4-1所示，以1號刀位在機械手位置處為例。一、調(diào)取當前刀號。機械手在1號刀位D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取當前刀號，D0=K1，兩值比擬D0=D1，此時，到位指示燈直接亮起，接著換刀成功指示燈閃爍，表示換刀完成。二、調(diào)取2〔或3、4〕號刀。機械手在1號位D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取2號刀，D1=K2，兩值比擬D0<D1,此時，D0要先加K6再減D1得D3，D3再和K3比擬D3>K3,M10動作，刀盤逆轉(zhuǎn)。圖4-1(3)如圖4-2，調(diào)取5〔或6〕號刀，機械手在1號位置D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取5號刀，D1=K5，兩值比擬D0<D1，此時，D0要先加K6再減D1得D3，D3再和k3比擬，D3《K3，M11、M12動作，刀盤順轉(zhuǎn)。圖4-2系統(tǒng)梯形圖及指令表指令表1LDX0112MOVK1D03LDX0124MOVK2D05LDX0136MOVK3D07LDX0148MOVK4D09LDX01510MOVK5D011LDX01612MOVK6D013LDX00114ANIM515MOVK1D116SETM517LDX00218ANIM519MOVK2D120SETM521LDX00322ANIM523MOVK3D124SETM525LDX00426ANIM527MOVK4D128SETM529LDX00530ANIM531MOVK5D132SETM533LDX00634ANIM535MOVK6D136SETM537LDM538CMPD0D1M039MPS40ANDM041SUBD0D1D342MRD43ANDM144OUTY00045CMPD3D3D1046ADDD0K6D247ANDM248MPP49ANDM250 SUBD2D1D352 LDM553 MRD54 MPS55 ANDM1056 ANIY00057 ANIM2058 OUTM1859 MRD60 ANDM1161 ANIY00062 ANIM2063 OUTM1964 MPP65 ANDM1266 ANIY00067 ANIM2068 OUTM2069 LDM1970 ORM2071 OUTY00272 LDM1873 OUTY00374 LDY00075 OUTT1K5076 LDY00277 ORY00378 OUTY00179 LDY00080 ANDM801381 OUTY00482 LDT183 RSTM584 END題目四C6132普通車床的數(shù)控改造設(shè)計1.設(shè)計目的：通過C6132普通車床的數(shù)控改造，使學(xué)生們掌握普通機床改造的方法，具有靈活運用相關(guān)知識的能力；2.設(shè)計內(nèi)容及要求：C6132型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。本設(shè)計任務(wù)是對C6132普通車床進行數(shù)控改造。利用微型計算機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制．縱向脈沖當量為0.01mm／脈沖．橫向脈沖當量為0.005mm／脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。3.設(shè)計成果：1〕電動機的選取2〕相關(guān)硬件電路圖伺服控制系統(tǒng)的選擇。〔半閉環(huán)控制系統(tǒng)如下列圖1所示〕檢測器檢測器執(zhí)行件伺服放大器伺服電機減速箱脈沖指令比擬線路圖1半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖圖1半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖〔二〕、機械局部改造1.床頭箱局部保存主軸箱內(nèi)的滑移齒輪，取消操作手柄。將原床身的掛輪、進給箱及內(nèi)部傳動齒輪系統(tǒng)去除，其余局部保持不變。在該處安裝縱向伺服電動機與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作桿〔“三桿”〕拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠。滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座原來裝軸承座的局部。并在主軸箱后端安裝光電編碼器。編碼器的安裝方式有兩種，一種是安裝，另一種是異軸安裝。因為原機床主動掛輪與主軸傳動比為1:1，所以可將編碼器安裝于原機床主動掛輪處。這種安裝方式較簡單，易安裝。2.進給系統(tǒng)〔橫向〕的改造將車床溜板箱撤除，在原處安裝滾珠絲杠螺母座，絲杠螺母固定在其上。將橫溜板中的普通絲杠、螺母撤除，在該處安裝橫向進給滾珠絲杠螺母副，伺服電機與絲杠間采用一級減速器聯(lián)接,以縮小傳動鏈,提高系統(tǒng)剛度,并減少傳動鏈誤差。橫向伺服電動機與齒輪減速器總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠通過膜片聯(lián)軸器相連。膜片聯(lián)軸器的特點是易平衡，不需潤滑。結(jié)構(gòu)簡單，有一定的補償性能和緩沖性能。因其尺寸較大，故可將其放在減速箱內(nèi)。橫向滾珠絲杠選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副。型號為FFZL2505-3【1】,其公稱直徑d0=25mm、根本導(dǎo)程L0=5mm。滾珠絲杠的支撐方式選用兩端固定式，其傳動精度高，并有較好的剛度。適合于距離不長的場合。滾珠絲杠需要預(yù)緊，其大小約為軸向力的三分之一。減速箱齒輪傳動初定傳動比為2，可取Z1=24那么Z2=48,齒寬B=16.在設(shè)計齒輪傳動時，為了提高傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。數(shù)控機床進給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于變向狀態(tài),反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隔,就會使進給運動的反向滯后于指令信號,從而影響其傳動精度,因此24/48這一對齒輪還必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙,以提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度。齒輪間隙的調(diào)整采用圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒法來實現(xiàn),其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2齒輪間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)圖圖2齒輪間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)圖圖中,在2個薄片齒輪1和2上裝有螺紋的凸耳4和8,彈簧的一段鉤在凸耳4上,另一端鉤在螺釘5上。彈簧3所受的張力大小可用螺母6來調(diào)節(jié)螺釘5的伸出長度,調(diào)整好后再用螺母7鎖緊。在選擇伺服電機時應(yīng)考慮以下幾點：a、慣量匹配，即0.25≤Jd/Jm≥1，其中Jd為折算到到電動機的負載慣量，Jm為電動機轉(zhuǎn)動慣量。b、轉(zhuǎn)矩伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實際需要，但是不需要留有過多的余量，因為一般情況下，其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍。c、短時間特性(加減速轉(zhuǎn)矩)，工作負載轉(zhuǎn)矩大于電動機加減速轉(zhuǎn)矩。根據(jù)以上原那么，取電動機型號為1FT5066-0A01△【2】3.導(dǎo)軌及刀架改造因原機床的導(dǎo)軌精度不能滿足數(shù)控機床的要求。但改造的原那么是盡量保持原機床的部件。故只能將導(dǎo)軌加以利用。導(dǎo)軌外表貼塑的方法可使得導(dǎo)軌精度提高。因此可在導(dǎo)軌上加四氟乙烯軟帶。其特點是，摩擦系數(shù)低，運動平穩(wěn)，可吸收震動，維修方便，損壞后更換容易。在本次設(shè)計中采用美國霞板公司研制的德爾賽塑料導(dǎo)軌軟帶。數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。根據(jù)加工對象，有四方刀架、六角刀架和八〔或更多〕工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀架部要進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度〔一般位0.001～0.005mm〕考慮經(jīng)濟性以及利于普通車床數(shù)控化改造，本設(shè)計采用四方回轉(zhuǎn)刀架。并設(shè)計成螺旋升降式四方回轉(zhuǎn)刀架。(三)、數(shù)控系統(tǒng)的選擇機床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機床的控制核心，隨著機床數(shù)控技術(shù)的不斷開展與進步，提高了數(shù)控機床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機床已在機械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、華中數(shù)控系統(tǒng)等，本設(shè)計為經(jīng)濟行數(shù)控車床，只要滿足設(shè)計要求功能及精度即可。通過比擬，國內(nèi)的華中數(shù)控系統(tǒng)不僅能到達要求，并且價格廉價，是數(shù)控機床的改造的首選系統(tǒng)，根據(jù)功能要求，選擇華中HNC-21TF型數(shù)控系統(tǒng)。三、結(jié)論經(jīng)過改造后的機床如下列圖所示，題目五雙坐標十字滑臺設(shè)計及控制1.設(shè)計目的：加深理解和掌握機電一體化、計算機接口技術(shù)、計算機控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等課程的根本知識，提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識能力2.設(shè)計內(nèi)容及要求：工作臺行程：工作臺長度100mm；寬度100mm；脈沖當量：0.005～0.008mm/P其它參數(shù)如下表所列3.設(shè)計成果：1〕相關(guān)計算2〕相關(guān)硬件電路圖3〕相關(guān)程序數(shù)控工作臺采用由步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制結(jié)構(gòu),其單向驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖:計算動載荷Cj(表1)〔表2〕取絲杠轉(zhuǎn)速：n=100r/min軸向載荷：使用壽命：T=15000h那么額定壽命：所以動載荷所以滾珠絲杠型號為：BSS1204滾珠絲杠精度等級C7表1表2載荷性質(zhì)平穩(wěn)或輕度沖擊1～1.2輕度沖擊1.2～1.5較大沖擊、振動1.5～2.5實際硬度HRC≥551.1≥501.56≥452.4≥403.85表3類別普通機械普通機床數(shù)控、精密機械T(h)5000～1000010000150001計算載荷Fc=KF*KH*KA*Fa查<<機電一體化設(shè)計根底》表2—6取，KF=1.3查表2—7取KH=1.0查表2—4取D級精度查表2—8取KA=1.0取平均工作載荷Fa=235N那么Fc=1.2*1.0*1.0*235=282N2計算額定動載荷計算值Can=100r/min使用壽命T=15000hL=60n*==90h根據(jù)Ca選擇滾珠絲杠副根據(jù)《機電一體化設(shè)計根底》，滾珠絲杠副額定動載荷Ca等于或者大于Ca的原那么，選用得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑：〔中徑d2〕D0=12mm導(dǎo)程：P=4mm滾珠直徑：d0=2.3812mm根據(jù)《機電一體化設(shè)計根底》表2-1中公式得：螺紋滾道半徑：R=0.52*d0=0.52*2.3812=1.238mm偏心距：e=0.707(R-d0/2)=0.707*(1.238-2.3812/2)=0.0335絲杠內(nèi)徑d1=D0+2e-2R=12+2*0.0335-2*1.238=9.591mm滾珠絲杠副校核滾珠絲杠副還要受D0*n的值的限制，通常要求D0*n<7*104mmr/minD0*n=12*100=1200mm*r/min<7*104mm*r/min所以絲杠副工作穩(wěn)定穩(wěn)定性運算計算臨界轉(zhuǎn)速〔r/min〕式中fc—臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)見表4—長度系數(shù)見表4d1—絲杠內(nèi)徑(m)l—絲杠工作長度(m)因為工作臺y向長度為310mm可知y向臨界轉(zhuǎn)速最大因為nk>nmax所以絲杠工作時不會發(fā)生共振表4支承方式系數(shù)雙推—自由雙推—簡支兩端固定1.883.934.7320.67——壓桿穩(wěn)定性計算FK=〔N〕式中FK—臨界載荷E—材料彈性模量對于鋼,E=2.06×PaIa—絲杠危險截面慣性矩Ia=臨界載荷Fcr1=Fcr2=平安系數(shù)平安系數(shù)QUOTEFcr1Fcr2[QUOTE=2.5~3.3絲杠平安，不失穩(wěn)。絲杠絕對平安，不會失穩(wěn)。絲杠選取無誤，即選用BSS1204型滾珠絲杠。計算行程長度壽命TsTs=2Ls·n·60·Th/1000(km)式中Ls—工作單行程長度(m)n—往復(fù)次數(shù)(次/min)Th—工作時間壽命(h)：行程長度壽命：計算動載荷=式中F—作用在滑座上的載荷(N)M—滑座個數(shù)K—壽命系數(shù)fT—溫度系數(shù)見表5fC—接觸系數(shù)見表6fH—硬度系數(shù)見表7fW—負載系數(shù)見表8表5表6工作溫度〔0C〕<1001100～1500.9150～2000.7200～2500.6每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)1120.8130.7240.66表7滾道外表硬HRC605855535045fH10.980.90.710.540.38表8工作條件fw無沖擊、振動V<15m/min1～1.5較小沖擊、振動V<60m/min1.5～2較大沖擊、振動V>60m/min2～3.5、、、分別由指導(dǎo)書表5，6，7，8查得=1.0,=1.0,=1.0,=1.8另取滑座個數(shù)m=4壽命系數(shù)一般取k=50(km)作用在滑座上載荷F=2300N∴應(yīng)選取滾動導(dǎo)軌型號為電機的初選〔度〕式中—工作臺脈沖當量(mm/P)i—傳動系統(tǒng)傳動比i=2t—滾珠絲杠導(dǎo)程(mm)t=4mm由設(shè)計指導(dǎo)書附錄三初選型號為110BF003由機電一體化設(shè)計根底圖5-33、5-34查的減速器采用1級傳動傳動比分別為各傳動齒輪齒數(shù)為：Z1=20Z2=40模數(shù)m=2齒輪寬b=20mm步進電機轉(zhuǎn)矩校核由機電一體化設(shè)計根底書中式5-36分別計算各傳動件的轉(zhuǎn)動慣量，其中齒輪交叉直徑取分度圓直徑：絲杠長度取L=600mm∴取電動機軸自身轉(zhuǎn)動慣量那么步進電動機軸的總轉(zhuǎn)動慣量：設(shè)步進電機空載啟動時間為25ms，最大進給速度：導(dǎo)軌摩擦系數(shù)空載啟動時，電動機軸的慣性轉(zhuǎn)矩：電動機軸上的當量摩擦轉(zhuǎn)矩：其中伺服進給鏈的總效率設(shè)滾珠絲杠螺母副的與預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，那么因預(yù)緊力而引起，而折算到電動機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩為：其中工作臺的最大軸向負載折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩：那么電動機空載啟動時電動機軸總的負載轉(zhuǎn)矩：電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為：電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Ts按空載啟動計算：空載啟動上所需電動機最大靜轉(zhuǎn)矩C=0.866由下表可查電機相數(shù)3456運行拍數(shù)3648510612C0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866按正常工作計算：在最大外載荷下工作時所需要電動機最大靜轉(zhuǎn)矩：Ts取二者大的，故Ts=0.99﹤[Ts]步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩滿足要求頻率校核參考電動機的轉(zhuǎn)矩—頻率特性曲線原那么：選用步進電機應(yīng)使實際應(yīng)用的啟動頻率，運行頻率與負載轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的啟動，運行工作點位于該曲線之下，才能保證步進電機不失頻的正常工作。經(jīng)校核滿足要求?！噙x取86BYG350CL-SAKSLM-0601型步進電機題目六四工位組合機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計1、設(shè)計目的：學(xué)生通過四工位組合機床課程設(shè)計,對所學(xué)課程理論知識進行一次系統(tǒng)的回憶檢查復(fù)習和提高,并運用所學(xué)理論,,受到從理論到實踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨立運用所學(xué)理論解決具體問題的能力。2、設(shè)計內(nèi)容及要求：四工位組合機床由四個工作滑臺，各帶一個加工動力頭，組成四個加工工位。除了四個加工工位外，還有夾具、上下料機械手和進料器四個輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)共四局部。工藝要求為由上料機械手自動上料，機床的四個加工動力頭同時對一個零件進行加工，一次加工完成一個零件，通過下料機械手自動取走加工完的零件。要求具有全自動、半自動、手動三種工作方式。3、設(shè)計成果：1〕相關(guān)機械系統(tǒng)元件選擇2〕相關(guān)硬件電路圖控制流程當按下啟動按鈕后，上料機械手向前，將零件送到夾具上，夾具夾緊零件，進料裝置進料，然后四個工作滑臺向前，四個加工動力頭同時加工，加工完成后，各工作滑臺退回原位，接下來下料機械手向前抓住零件，夾具松開，下料機械手帶料退回原位并松開，完成一個工作循環(huán)。要求組合機床能以手動、半自動、全自動三種工作方式工作。全自開工作方式為一個工作循環(huán)結(jié)束后，自動進入下一個工作循環(huán)；半自開工作方式為一個工作循環(huán)結(jié)束后，機床將停車于初始狀態(tài)；手動方式是用于手動調(diào)整的。一、主電路設(shè)計

〔一〕設(shè)計要求

(1)主軸電動機單方向起動，要求有過載及短路保護。

(2)液壓泵電動機單方向起動，過載及短路保護。

(3)冷卻泵電動機單向工作，過載及短路保護。

〔二〕元件選用

根據(jù)上面要求，要選用三臺電動機：

M1——控制主軸的電動機；

M2——控制液壓泵的電動機；

M3——控制冷卻泵的電動機。

再根據(jù)電動機的控制要求選擇元件：

QF——控制總電源的斷路器，實現(xiàn)短路和過載保護；

FU1～FU3——控制各電動機短路保護；

KM1——控制主軸電動機單向工作；

KM2——控制液壓泵電動機工作；

KM3——控制冷卻泵電動機工作；

FR1～FR3——用與各電動機的過載保護控制?！踩匙鞒霾輬D如下圖1.2主電路圖控制電路設(shè)計〔一〕設(shè)計要求

主軸電動機M1和液壓泵電動機M2可以同時起停，也可以單獨起停。

要求在動力頭工作進給時，冷卻泵電動機M3才接通，但也可以隨時調(diào)整。

〔二〕元件選用

KM1～KM3——控制M1～M3單向起動動作接觸器；

SB1——總停按鈕；

SB2、SB3——M1與M2起動按鈕；

SB4、SB5——M1與M2停止按鈕；

SB6——冷卻泵電動機〔M3〕調(diào)整按鈕；

SB7——冷卻泵電動機單獨停止按鈕；

SA1——控制M1與M2的同時與單獨起停開關(guān)；

SA2—實現(xiàn)動力頭工進時自動起動與手動調(diào)整的開關(guān)；

FR1～FR3——M1～M3過載保護熱繼電器；

SA3——照明開關(guān)；

HL1——電源指示燈；

EL——照明燈。控制電路草圖

根據(jù)所選元件與工作要求畫出控制電路圖，

如下列圖：圖1.3控制電路圖

工作原理

(1)主軸起動

首先合QF→HL1燈亮，表示電源供電正常

按下SB2→KM1〔+〕→KM1主閉→M1起動運轉(zhuǎn)，拖動主軸旋轉(zhuǎn)，KM1輔閉自鎖。

(2)主軸停止

按SB4〔或SB1〕→KM1〔–〕→KM1主復(fù)位→M1停止。

(3)液壓泵起動

按SB3→KM2〔+〕KM2主閉→M2起動，提供高壓油，為液壓系統(tǒng)工作準備，KM2輔閉自鎖。

(4)液壓泵停止

按SB5→KM2〔–〕→RM2主復(fù)位→M2停止。

(5)主軸與液壓泵同時工作

首先將SA1翻開向左位置

按SB2→KM1〔+〕→KM1主閉→M1起開工作，同時KM2〔+〕→KM2主閉→M2同時起開工作。

(6)冷卻泵手動控制

首先將SA2打在M位置，然后按SB6→KM3〔+〕→M3起動，提供冷卻液，KM3輔閉自鎖。停止冷卻泵按SB7即可。

(7)冷卻泵自動控制

首先將SA2打在A位置，當動力頭工作進給時KA2〔+〕→KA2常開閉合→KM3〔+〕→KM3主閉→M3自行起開工作，提供冷卻液。電控系統(tǒng)輸入輸出信號1、輸入信號〔共42個〕。其中：SQ、YJ為位置檢測傳感器開關(guān)；SA為選擇開關(guān)；SB為按鈕。功能器件功能器件功能器件功能器件滑臺1原位1SQ下料器終點12SQ滑臺1進5SB主軸4點動16SB滑臺1終點2SQ夾緊1YJ滑臺1退6SB夾緊17SB滑臺2原位3SQ進料2YJ主軸1點動7SB松開18SB滑臺2終點4SQ放料3YJ滑臺2進8SB上料器進19SB滑臺3原位5SQ潤滑壓力4YJ滑臺2退9SB上料器退20SB滑臺3終點6SQ潤滑液面開關(guān)5YJ主軸2點動10SB進料21SB滑臺4原位7SQ總停1SB滑臺3進11SB放料22SB滑臺4終點8SQ啟動2SB滑臺3退12SB冷卻開23SB上料器原位9SQ預(yù)停3SB主軸3點動13SB冷卻停24SB上料器終點10SQ潤滑故障撤除4SB滑能4進14SB下料器原位11SQ選擇開關(guān)1SA滑臺4退15SB2輸出信號〔共27個〕。其中：YV為電磁閥；KM為接觸器；HL為指示燈功能器件功能器件功能器件功能器件夾緊1YV上料退8YV放料15YV潤滑電動機6KM松開2YV下料進9YV進料16YV潤滑顯示燈1HL滑臺1進3YV下料退10YV1主軸1KM1、3工位原位指示2HL滑臺1退4YV滑臺2進11YV2主軸2KM2、4工位原位指示3HL滑臺3進5YV滑臺2退12YV3主軸3KM上料原位指示4HL滑臺3退6YV滑臺4進13YV4主軸4KM下料原料指示5HL上料進7YV滑臺4退14YV冷卻電動機5KM1輸入元件數(shù)量行程開關(guān)12個按鈕24個選擇開關(guān)1個檢測元件5個2輸出元件數(shù)量電磁閥16個接觸器6個指示燈5個根據(jù)本設(shè)計選用的PLC機型，將輸入輸出元件分配到PLC的輸入輸出接口。根據(jù)本文所給的輸入輸出元件可列下表2-1表2-1輸入輸出信號地址表輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號1SQ滑臺Ⅰ原位X01YV夾緊Y02SQ滑臺Ⅰ終點X12YV松開Y13SQ滑臺Ⅱ原位X23YV滑臺Ⅰ進Y24SQ滑臺Ⅱ終點X34YV滑臺Ⅰ退Y35SQ滑臺Ⅲ原位X45YV滑臺Ⅲ進Y46SQ滑臺Ⅲ終點X56YV滑臺Ⅲ退Y57SQ滑臺Ⅳ原位X67YV上料進Y68SQ滑臺Ⅳ終點X78YV上料退Y79SQ上料器原位X109YV下料進Y1010SQ上料器終點X1110YV下料退Y1211SQ下料器原位X1211YV滑臺Ⅱ進Y1312SQ下料器終點X1312YV滑臺Ⅱ退Y141YJ夾緊X1413YV滑臺Ⅳ進Y152YJ進料X1514YV滑臺Ⅳ退Y163YJ放料X1615YV放料Y174YJ潤滑壓力X1716YV進料Y205YJ潤滑液面開關(guān)X201KMⅠ主軸Y211SB總停X212KMⅡ主軸Y222SB啟動X223KMⅢ主軸Y233SB預(yù)停X234KMⅣ主軸Y244SB潤滑故障撤除X245KM冷卻電動機Y251SA選擇開關(guān)X256KM潤滑電動機Y265SB滑臺Ⅰ進X261HL潤滑顯示Y276SB滑臺Ⅰ退X272HLⅠ、Ⅲ工位滑臺原位Y307SB主軸Ⅰ點動X303HLⅡ、Ⅵ工位滑臺原位Y318SB滑臺Ⅱ進X314HL上料原位Y329SB滑臺Ⅱ退X325HL下料原料Y3310SB主軸Ⅱ點動X3311SB滑臺Ⅲ進X3412SB滑臺Ⅲ退X3513SB主軸Ⅲ點動X3614SB滑能Ⅳ進X3715SB滑臺Ⅳ退X4016SB主軸Ⅳ點動X4117SB夾緊X4218SB松開X4319SB上料器進X4420SB上料器退X4521SB進料X4622SB放料X4723SB冷卻開X5024SB冷卻停X51設(shè)計PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖I/O接口圖它反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接。PLC的輸入點大局部是共點式，即所有輸入點具有一個公共端COM。I/O電氣接口圖如下列圖2-1圖3.1I/O電氣接口圖設(shè)計PLC控制系統(tǒng)操作面板控制系統(tǒng)的操作面板是向PLC控制系統(tǒng)發(fā)布控制命令的主令元件組合而成的。本設(shè)計中，輸入元件共42個其中按鈕SB24個、檢測元件YJ5個、行程開關(guān)SQ12個，選擇開關(guān)1個，基于對機床工作方式的控制要求，面板上應(yīng)設(shè)有選擇開關(guān)1SA、預(yù)停按鈕；鑒于手動調(diào)整方式下，相應(yīng)按鈕發(fā)出控制命令，驅(qū)動組合機床相應(yīng)部件運動，因此面板上應(yīng)設(shè)相應(yīng)按鈕5SB-24SB，鑒于對組合機床的啟動，停止及潤滑故障的處理控制，應(yīng)在操作制面板上設(shè)有啟動按鈕2SB、總停按鈕1SB、潤滑故障切除按鈕4SB、其他輸入元件均為檢測元件，不在操作面板中設(shè)置，由上面綜述，可得控制系統(tǒng)操作面板如下列圖4.1所示圖2-2控制系統(tǒng)的操作面板圖4.1控制系統(tǒng)操作面板圖設(shè)計PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖根據(jù)本設(shè)計的控制與工藝要求，按機床的動作順序及每步所完成的任務(wù)，可得工作循環(huán)流程圖如圖5.1圖5.1PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖設(shè)計PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序初始化程序見下列圖5.2。顯示程序：根據(jù)機床的工作狀態(tài)，驅(qū)動相應(yīng)指示燈顯示。如手動及顯示梯形圖程序圖5.3。梯形圖程序請見圖5.4圖5.2設(shè)計PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序圖5.3PLC控制系統(tǒng)手動及顯示梯形圖程序圖5.4PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序題目七X-Y工作臺機電一體化系統(tǒng)設(shè)計1、設(shè)計目的：通過X-Y工作臺系統(tǒng)設(shè)計，使學(xué)生們掌握相關(guān)機電一體化系統(tǒng)機械系統(tǒng)設(shè)計、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，具有靈活運用相關(guān)知識的能力；2、設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計一套簡易的微機控制X-Y工作臺，固定在Z4012型12mm臺式鉆床的工作臺上。能批量加工最大面積為150×100mm2的印刷電路板上許多孔，最大孔徑可達6mm。3、設(shè)計成果：1〕相關(guān)設(shè)計計算2〕相關(guān)硬件電路圖系統(tǒng)總體設(shè)計總體框圖如圖2所示：控制器控制器接口電路驅(qū)動裝置傳動機構(gòu)X2Y工作臺圖2X-Y工作臺系統(tǒng)總體框圖2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計2.2.1主流程圖CTLEQU3FF8H上電復(fù)位P1.6=0，吸合電磁鐵，繪筆抬起上電復(fù)位P1.6=0，吸合電磁鐵，繪筆抬起外部中斷，8155初始化開外部中斷，開總中斷等待中斷圖4-1主程序流程圖PBEQU3FFAHPCEQU3FFBHCMDEQU02HORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINT0IS；外部中斷0入口ORG000BHAJMPTM0IS；定時器0中斷入口ORG0013HAJMPINT1IS；外部中斷1入口ORG001BHAJMPTM1IS；定時器1中斷入口ORG0100HMAIN：ANLP1，0EFHSETBIT0；外中斷負跳沿觸發(fā)SETBIT1MOVDPTR，CTLMOVX@DPTR，CMD；A口輸入，B口輸出，C口輸入SETBEX0；允許外中斷0SETBEX1；允許外中斷1SETBPX0SETBPX1；設(shè)置優(yōu)先級SETBEA；開總中斷LOOP：AJMPLOOP；等待中斷在等待中斷的過程中，如果有中斷到來，先檢查中斷0的狀態(tài)，是中斷0那么進入中斷0的中斷效勞INT0IS，是中斷1那么進入中斷1的中斷效勞INT1IS。中斷效勞0是由4個行程開關(guān)觸發(fā)的，它觸發(fā)后通過單片機讀取PA口內(nèi)容，然后將結(jié)果反響到PB口的LED上。中斷效勞1有6個中斷源，這六個中斷源分別是手動X正方向運行，手動X負方向運行，手動Y正方向運行，手動Y負方向運行，復(fù)位和繪制圓弧。2.2.2INT0中斷效勞流程圖圖4-2中斷效勞流程圖NT0IS：PUSHACC圖4-2中斷效勞流程圖PUSHDPTLPUSHDPTHPUSHPSWMOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，@DPTR；讀PA口內(nèi)容MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR,AMOV@DPTR,R2MOVA，R2CPLA；A取反ANLA，#03H；屏蔽高6位JZA，TM2CSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2TM2C：MOVA，R2CPLAANLA，#0CHJZA，RETINSETBP1.3SETBP1.4SETBP1.5RETIN：POPPSWPOPDPTHPOPDPTLPOPACCRETI2.2.3INT1中斷效勞流程圖中斷效勞流程圖如下圖4-3效勞中斷圖INT1IS：CLREX1JNBACC.1，X-ENPUSHACCJNBACC.2，Y+ENPUSHPSWJNBACC.3，Y-ENPUSHDPTLJNBACC.5，ARCPUSHDPTHLOOP1：POPDPTHCLRP1.6POPDPTLMOVA，PCPOPPSWMOVDPTR，APOPACCMOVXA，@DPTR；讀PC口內(nèi)容SETBEX1MOVR1，ARETIANLR1，#0FHMOVA，PBMOVDPTR，AMOVA，@DPTR；讀PB口內(nèi)容ANLA，#0FHSWAPAORLA，R1MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR，AMOVX@DPTR，R2；數(shù)據(jù)輸入PB口INCDPTLMOVA，@DPTRJNBACC.4，RSTJNBACC.0，X+E復(fù)位程序流程圖圖4-4復(fù)位程序流程圖DIRXEQU30HDIRYEQU31HRST：CLRP1.6RPA：MOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，@DPTR；讀PA口內(nèi)容JNBACC.0，ACC2MOVDIRX，#00H；表X電機反轉(zhuǎn)ACALLXMOTOR0；X電機反轉(zhuǎn)一步ACC2：JNBACC.2，LOOP0MOVDIRY，#00H；表Y電機反轉(zhuǎn)ACALLYMOTOR0；Y電機反轉(zhuǎn)一步AJMPRPALOOP0：AJMPLOOP1X軸電機點動正轉(zhuǎn)程序流程圖圖4-2正轉(zhuǎn)流程圖X+EN：CLRP1.6MOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，@DPTRJNBACC.0，LOOP2MOTOR0：MOVDIRX，#01HACALLXMOTOR0MOVA，PCMOVDPTR，AMOVA，@DPTRJNBACC.0，MOTOR0LOOP2：AJMPLOOP1這是X軸電機點動正轉(zhuǎn)的程序，其他的X軸電機點動反轉(zhuǎn)、Y軸電機點動正轉(zhuǎn)、Y軸電機點動反轉(zhuǎn)依次類推。繪制圖弧程序流程圖圖4-6逐點比擬法畫圓弧逐點比擬法原理：假設(shè)所畫圓弧在第一象限，圓心坐標為〔0，0〕，圓弧上點的坐標為〔X，Y〕，圓弧半徑為R，每一點的坐標偏差為F=X*X+Y*Y-R*R，假設(shè)F＞0，應(yīng)沿X軸負方向走一步，此時FX=〔X-1〕*〔X-1〕+Y*Y-R*R=F-2X+1，X=X-1；假設(shè)F＜0，應(yīng)沿Y軸正方向走一步，此時FY=X*X+〔Y-1〕*〔Y-1〕-R*R=F+2Y+1，Y=Y+1。插補程序。；/**圓弧插補程序**/XLEQU18HXHEQU19HYLEQU28HYHEQU29HYeLEQU2AHYeHEQU2BHFLEQU2CHFHEQU2DHARC：MOVXL#0E8HMOVXH#03HMOVYL#00HMOVYH#00HMOVYeL#0E8HMOVYeH#03HMOVFL#00HMOVFH#00HLP1：MOVA，F(xiàn)HJNBACC.7，X0；LCALLYMOTOR1；+Y一步MOVR2，YHMOVR3，YLMOVR4，YHMOVR5，YLACALLBADD；算Y+YMOVR2，F(xiàn)HMOVR3，F(xiàn)LMOVR4，R6MOVR5，R7ACALLBADD；算F+2YINCR7MOVFH，R6MOVFL，R7INCYLCMP1：CJNEYH，#03H，LP1CJNEYL，#0E8H，LP1LJMPLOOP1XO：ACALLXMOTOR0；-X一步MOVR2，XHMOVR3，XLMOVR4，XHMOVR5，XLACALLBADD；算X+XMOVR2，F(xiàn)HMOVR3，F(xiàn)LMOVR4，R6MOVR5，R7ACALLBSUB；算F-2XINCR7MOVFH，R6MOVFL，R7DECXLAJMPCMP1；/**帶符號加減法程序**/BSUB：MOVA，R4CPLACC.7MOVR4，ABADD：MOVA，R2MOVC，ACC.7MOVF0，CXRLA，R4MOVC，ACC.7MOVA，R2CLRACC.7MOVR2，AMOVA，R4CLRACC.7MOVR4，AJCJIANJIA：MOVA，R3ADDA，R5MOVR7，AMOVA，R2ADDCA，R4MOVR6，AQWE：MOVC，F(xiàn)0MOVACC.7，CMOVR4，ARETJIAN：MOVA，R3CLRCSUBBA，R5MOVR7，AMOVA，R2SUBBA，R4MOVR6，AJNBACC，7，QWEBMP：MOVA，R7CPLAADDA，#1MOVR7，AMOVA，R6CPLAADDCA，#0MOVR6，ACPLF0SJMPQWE/**模擬實驗程序**/ORG0000HAJMPSTARTORG0100HSTART:MOVR6,#10HLOOP1:MOVR5,#00HLOOP0:MOVA,R5MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRCPLAMOVP2,AACALLDELAYACALLDECLLOOP2:INCR5MOVA,R5CJNEA,#08H,LOOP0AJMPLOOP1DELAY:MOVA,R6MOVR4,ALP2:MOVR3,#080HLP1:MOVR2,#040HLP0:NOPDJNZR2,LP0DJNZR3,LP1DJNZR4,LP2RETDECL:DJNZR6,LOOP2MOVR6,#01HRETTAB:DB01HDB03HDB02HDB06HDB04HDB0CHDB08HDB09HEND步進電機步進一步程序流程圖圖2-7步進電機步進一步程序流程圖DEFEQU12HSJMPLP3MOVDEF，#00HTAB：DBFEHXMOTOR1：JNEDIRX，#01H，XMOTOR0DBFCHJNEDEF，#05H，LP2DBFDHCLRDEFDBF9HLP2：MOVA，DEFDBFBHINCDEFDBFAHLP3：MOVDPTR，#TABMOVCA，@A+DPTRANLP1，AACALLDELAYRETXMOTOR0：JNEDEF，#00H，LP4MOVA，#05HMOVDEF，ALP4：MOVA，DEFDECDEF電路圖如下圖3-1CPU外部接口示意圖圖3-2CPU外部接口示意圖圖3-3CPU外部接口示意圖在本系統(tǒng)中通過8255控制X-Y兩個方向步進電機的A、B、C線圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正轉(zhuǎn)模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反轉(zhuǎn)模式。P1.6口輸出控制電磁鐵的吸合。P3.2和P3.3兩個中斷源中INT0優(yōu)先級最高，它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點動、復(fù)位、圓弧插補開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。P0.0-P0.7外部I/O擴展的數(shù)據(jù)讀取。P2.7和P2.6決定8255的PA、PB、PC口的地址。4.2CPU接口設(shè)計CPU接口局部包括傳感器局部、傳動驅(qū)動局部、人機交互界面三局部。示意圖如下所示：〔行程開關(guān)〕〔行程開關(guān)〕前向通道傳動驅(qū)動〔電磁鐵〕〔步進電機〕人機界面器AT89S51〔鍵盤、LED〕后向通道圖4-1CPU外部接口示意圖AT89S51要完成的任務(wù)：〔1〕將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入CPU，通過中斷進行處理，它的優(yōu)先級別最高?！?〕通過程序?qū)崟r控制電機和電磁鐵的運行?！?〕接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反響到LED上，實現(xiàn)人機交互作用。AT89S51的I/O口線分配如下：〔1〕P1.0-P1.5控制X-Y兩個方向步進電機的A、B、C線圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正轉(zhuǎn)模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反轉(zhuǎn)模式。〔2〕P1.6口輸出控制電磁鐵的吸合。〔3〕P3.2和P3.3兩個中斷源中INT0優(yōu)先級最高，它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點動、復(fù)位、圓弧插補開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷?！?〕P0.0-P0.7外部I/O擴展的數(shù)據(jù)讀取。〔5〕P2.7和P2.6決定8155的PA、PB、PC口的地址。驅(qū)動1驅(qū)動1X步進電機驅(qū)動2Y步進電機P1.6驅(qū)動3P3.2外部中斷0P3.3外部中斷1AD0~AD7P2.7CEP2.6IO/MPB口PA口PC口AT89S51鍵盤電磁鐵8255圖4-2AT89S51控制系統(tǒng)圖PB口接LED反映當前運行的8個狀態(tài)：X+禁止、X-禁止、Y+禁止、Y-禁止、手動X+運行、手動X-運行、手動Y+運行、手動Y-運行。PA口低四位反映觸發(fā)中斷1的4個行程開關(guān)的狀態(tài)。PC口低6位反映了觸發(fā)中斷2的手動X+運行、手動X-運行、手動Y+運行、手動Y-運行、復(fù)位〔RST〕、圓弧插補6個開關(guān)的狀態(tài)。4.2驅(qū)動系統(tǒng)圖4-3步進電機驅(qū)動電路圖該其正轉(zhuǎn)的通電順序為：A-AB-B-BC-C-CA-A，其反轉(zhuǎn)的通電順序為：A-AC-C-CB-B-BA-A。步進時鐘步進時鐘A相波形B相波形C相波形圖4-4三相六拍工作方式時相電壓波形〔正轉(zhuǎn)〕2、電磁鐵驅(qū)動電路該驅(qū)動電路也采用了光電偶合器，但其功放電路相對簡單。其光電偶合局部采用的是達林頓管，因為驅(qū)動電磁鐵的電流比擬大。圖4-6電磁鐵驅(qū)動電路圖3、電源轉(zhuǎn)換兩電機同時工作再加上控制系統(tǒng)用電，所需電源容量比擬大，需要選擇大容量電源。此系統(tǒng)中用到的電源電壓為27V、12V、5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標準的27V電源作為基準，通過芯片進行電壓轉(zhuǎn)換得到所需的12V和5V電壓。圖3-7電源轉(zhuǎn)換電路圖電路中在轉(zhuǎn)換芯片的前后有兩個電容，前面電容起防止自激作用，后面電容起濾波作用。此外，在具體應(yīng)用的過程中，LM7805必須加上散熱片。4、傳感器和人機界面圖4-8人機界面圖五、機械傳動設(shè)計計算5.1工作臺外形尺寸及重量估算由于本設(shè)計要求是設(shè)計的X-Y工作臺，可以實現(xiàn)橫向和縱向移動和定位，固定在Z4012型12mm臺式鉆床的工作臺上。能批量加工量大面積為的印刷電路板上許多孔，最大孔徑可達。而Z4012的參數(shù)如下：型號最大鉆孔直徑主軸最大行程主軸中心線至立柱母線距離主軸端面至底座工作面最大距離Z401212mm100mm200mm355mm電動機功率機頭最大行程電動機轉(zhuǎn)速主軸端面至底座工作面最小距離機床最大外形尺寸〔長×寬×高〕0.37kw200mm1400r/min55mm680×350×860mm即在滿足能批量加工量大面積為的孔條件下X向拖板〔上拖板〕尺寸可為：長寬高重量：按重量=體積×材料比重估算