Z3040钻床工作台Y向进给系统毕业设计（PLC控制）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计  院  本科课程设计  题  目： 床工作台 Y 向进给系统设计（ 制）  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二   十二  月   目    录  1设计任务书 3 2 总方案确定 3 3 机械部分设计与计算 4 4 向（ 计计算   4 5 5 珠丝杠设计计算 6 10         13 4、工作台机械装配图的绘制 25 5、电器部分设计   26   26 3040 摇臂钻床的工作原理 26 计  29 6、 设计小 结 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7、 参考文献 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 任务书 (机电方向 ) 题目： 床工作台 Y 向进给系统设计（ 制）  要求：  1、  在该钻床的结构上，设计数控工作台，尺寸 400*360 2、  保留主传动系统；  3、  脉冲当量为 定位精度为 空载移动速度为3100mm/间：    20年   11 月  19 日  至    20年   12  月   29 日  具体任务：  1、  总体方案确定 ；  2、  机械部风设计及计算，要求数据具有科学性；  3、  绘制装配图及其零件图若干张；  4、  控制部分包括硬件和软件的设计（流程）；  5、  编写设计说明书（不少于一万字）。  机电工程系  20 11 月  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 1）导轨副的选择：要设计的工作台与 此，选用直线滚动导轨副，它具有麽擦系数小，不宜爬行，传动效率高，结构紧凑，安 装预紧方便等优点。  （ 2）丝杠螺母副的选用：伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足 脉冲当量和 定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高，动态响应块，运转平稳，寿命长，效率高，预紧后可消除反向间隙。  （ 3）减速装置的选用： 选择了步进电机和滚珠丝杠副以后，为了脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机上的转动惯量，可能需要减速装置且应有消息机构。因此，决定采用无间隙齿轮传动减速箱。  （ 4）伺服电动机的选用：任务书的 脉冲当量尚未到达 位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有 3000mm/此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机以降低成本，提高性价比。  (5)步进电机的控制方式：由于任务书所给精度对于步进电机来说还可应付，因此工作台仅要求单坐标定位，选用开环控制。  （ 1）对于步进电机的开环控制，选用 8031 作为控制系统的 满足任务书给定的相关指标。  （ 2）要设计一台完整的控制系统， 在选择 需进行存储器的选择和扩展，输入 输出 接楼电路的设计，隔离电路，报警电路，运行指示电路等。  (3)选择适合的驱动电源，与步进电机配套使用。  计与计算  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985  定尺寸及估计重量  根据钻床工作台的尺寸初步确定  Y 轴方向移动的工作台尺寸重量约为 200N。  X 轴方向移动的工作台尺寸重量约为 150N。  作台总重量（包括夹具及工件）不超过 450N。  向 （ Y 向） 设计计算  削力的计算  工件为 (45# F =    f =18m/d=6mm f=r F= V d Fd f =80129 6 0905 =) 对于麻花钻钻削加工  ) 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 =) ) 滚动导 直 轨副的计算与选型  （ 1）滑块承受工作载荷 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。工作台为水平放置，采用双导轨，四滑块的支撑形式，考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为：  +F 其中，移动部件重量 G=800N,外加载荷 F=56N，代入式 ，的最大工作载荷56N= 查表，根据工作载荷 F=选定直线滚动导轨副的型号为 列的可定动载荷 定静载荷  任务书规定工作台尺寸为 40060虑工作行程应留有一定余量，查表 3标准系列，选取导轨的长度为 700 （ 2）距离额定寿命 上述选取的 0作温度不超过 100 摄氏度，每根导轨 上配有两只滑块，精度为四级，工作速度较低，载荷不大，查表分别取硬度系数 度系数 触系数 度系数荷系数 入式，得距离寿命：  L=6649大于期望值 50距离额定寿命满足要去。  珠丝杠设计计算  1)强度计算      对于导轨的牵引力计算  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 f(2G) 取  K=f=虑工作台在移动过程中只受 故                            50 =90(N) 考虑工作台在加工时静止只受 故                            =) 取 算最大动载荷  C 初选螺母副导程  杠的 转速  n=100r/= 61060查 2表 6  T=15000 h L=61060=6101500010060   =90 考虑滚珠丝杠在运转过程中有冲击振动和考虑滚珠丝杠的硬度对寿命的影响。  查  2表 6  查  2表 6=3L  =390 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 查 3表 2取 滚珠丝杠 (N > Q),所以刚度足够  3)效率计算  根据 7的公式，丝杠螺母副的传动效率为  = )v =10 由 2可知  螺旋角 =422由 3可知  =)v v=)0122424  =珠丝杠的传动效率高，这可使丝杠副的温度变化较小，对减小热变形，提高刚度、强度都起了很大作用。  4)刚度验算：  滚珠丝杠受工作载荷 起的导程变化量    .6     E=21106 N/F= 22）（   =00 6 =0 6  滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 小，可忽略，既 L= 以导程变形总误买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 差 为   =0100L  =  =m/m) 查  2表 6   1m 长） 为 15 m/m， 故刚度足够。  5)稳定验算  机床的进给丝杠通常是轴向力的压杆，若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生弯曲，依据 8中的欧拉公式计算  2)(   式中截面惯性矩，对实心圆柱   J=6441d  =64 =N2)(   =262)101(  =N) =4     所以滚珠丝杠安全不至失稳  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6)滚珠丝杠基本尺寸  表 珠丝杠副主要尺寸列表  进 电机的计算选用  （ 1） 转动惯 量计算 选型  工作台质量 折算到电机轴上的转动 惯量：  (180)2G  =(80 )2450 =丝杠的转动惯量  10 4  =0 448 =齿轮的转动惯量  J 1Z =10 4  =0主要尺寸  计算公式  计算结果  公称直径    25 基本导程    6 滚珠直径    珠圆弧半径  R  旋升角      4 22  滚道圆弧偏心距  e  杠大径  d    丝杠小径  d1 2杠长度  S S 700 500 螺母大径  D  53 螺母小径      螺母长度       60 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 J 2Z =10 4  =02  =10 4  =04(NJ 4Z =10 4  =0总传动惯量  J=2221 4S +21 23Z +J 1Z +=222 +（ 2）计算家在步进电机转轴上的等效负载转矩 快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。  1）所需转动力矩快速空载时所需的力矩  M=f+n=a  =6 25100 =r/买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 =Mf=2 0  = =当 =  预加载荷    M0=61 200 ）（  = ）（=Mt=2 0=00 =以 快速启动时所需力矩  M=f+切削时所需力矩  M=f+0+由上分析计算可知  所需最大力矩 M=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5=N为满足最小步进距要求，电动机选用三相三拍工作方式  查表 766.0 =N步进电动机的最高频率 0Z)  选用 110直流步进电机，能满足使用要求  进电机减速箱的 计算  齿轮的相关计算  1)传动比的计算  L3600= =)初步分配传动比  由  2按获得最小转动惯量的原则分配传动比  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 it=i1 21i  得                              )初步估计齿轮模数 m=齿轮 27   大齿轮    1 =27 =41 17 20mm =27 = =41 =2 21 =2 =42.5(小齿轮 0  大齿轮   3=30 =49 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6   28mm 30 =37.5( =49 = 2 43 =2 =齿轮的验算  1)材料的选择  由 5 机械设计表 10择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240)第一对齿轮 按齿面接触强度设计  由 5设计计算公式 （ 10 1211)()(1(i  (1)确定公式内的各计算值   试选择载荷系数   小齿轮传递的转矩 T=8000(Nm) 由 5表  10出齿宽系数d= 由 5表  10得材料的弹性影响系数 189由 5图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度）  1=600齿轮的接触疲劳强度极限  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2=550齿轮的接触疲劳强度极限  由 510算应力循环次数  60n1 j h =60 833 1 （ 2 8 300 15）  =109  11 =109   由 5图 101计算接触疲劳许用应力  取失效概率为 1%安全系数 S=1 由式（ 10得   H 1 = =1 =552( H 2 = =1 =528( (2)计算  试算小齿轮分度园直径  H 中较小的值  1211)()(1(i  =2)528(  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 = 计算圆周速度 v v=100060 11 nd t=100060 =m/s) 计算齿宽   b=计算齿宽与齿高之比  b/h 模数   1齿高  h=6 计算载荷系数  根据 v=s 7 级精度  由 5图 10  动载系数 齿轮  假设   100 N/ 由表 10H= KF=表 10，使用系数 1 由表 107 级精度小齿轮相对支承悬臂布置时  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 KH=（ 1+d） 2d+10 3 b = KH=图 10KF=  载荷系数  K=K=1 按实际的载荷系数校正所算得的分度园直径，由式（ 10得  = 计算模数 m m=113)第一对齿轮 按齿根弯曲强度设计  由式（ 10弯曲强度的设计公式  m 311 2  (1)确定公式内的各计算值  由图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500齿轮的弯曲疲劳强度极限  2380由图 10  计算弯曲疲劳许用应力  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取弯曲疲劳完全系数 1F=1  =2F=2  =计算载荷系数  K=1 查取齿形系数  由表 10查取应力校正系数  由表 10 计算大，小齿轮的 加以比较  111=    =22Y=齿轮数值大  (2)设计计算  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m 311 2  = 32)27(  =比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度多决定的承载能力，而齿面接触强度多决定的承载能力，仅与只论直径归类，可取由弯曲强度 算得的模数 m m=  齿轮强度适合。  4）第二对齿轮 按齿面接触强度设计  由 5设计计算公式（ 10 1211)()(1(i  (1)确定公式内的各计算值  试选择载荷系数  小齿轮传递的转矩 T =13120(Nm) 由 5表  10出齿宽系数d=由 5表  10E =189由 5图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度）  1=600齿轮的接触疲劳强度极限  2=550由 5100n1 60 1 （ 2 8 300 15）  =109  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 =109  由 5图 103计算接触疲劳许用应力  取失效概率为 1%安全系数 S=1 由式（ 10得   H 3=1 =570( H 4 =1 =(2)计算  试算小齿轮分度园直径  H 中较小的值  3231)()(1(i  =2) 3 1 2  =计算圆周速度 v v=100060 21 nd t=100060  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 =m/s) 计算齿宽   b=计算齿宽与齿高之比  b/h 模数   3.3(齿高   h= 计算载荷系数  根据 v=s 7 级精度  由 5图 10动载系数 齿轮  假设   100 N/ 由表 10H= KF=表 10用系数 1 由表 107级精度小齿轮相对支承悬臂布置时  KH=（ 1+d） 2d+10 3 b =（ 1+ 10 3 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由 KH=图 10F=载荷系数  K=KH=1 按实际的载荷系数校正所算得的分度园直径，由式（ 10得  d3= 计算模数 m m=335)按齿根弯曲强度设计  由式（ 10弯曲强度的设计公式  m 332 2  (1)确定公式内的各计算值  由图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限3500齿轮的弯曲疲劳强度极限  4380由图 10  计算弯曲疲劳许用应力  取弯曲疲劳完全系数 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F 3=3  =300( F 4 =4  =计算载荷系数  K=KF=1 查取齿形系数  由表 10查取应力校正系数  由表 10 计算大，小齿轮的 加以比较  333= 300 625.  =44Y=齿轮数值大  (2)设计计算  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m 311 2  = 32)30(6 4 5 1 2 02  =比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度多决定的承载能力，而齿面接触强度多决定的承载能力，仅与只论直径归类，可取由弯曲强度算得的模 数 m ， m=齿轮强度适合  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985  5、 1 可编程控制器（ 称 一种数字运算操作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 的电子系统，专为在工业环境下应用设计  2，它采用了可 以编制程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。与传统的继电器 接触器控制方式相比， 制具有以下特点：  (1)可靠性高，抗干扰能力强。 波、隔离、电源调整与保护、元件筛选、模块化结构、自诊断功能、信息保护和恢复、双  远超过  (2)丰富的 I/相应 的 I/O 模块与工业现场的器件或设备直接相连。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。  (3)编程方便，易于使用。 观易懂，深受现场电气人员的欢迎。  (4)功能强大。除基本的逻辑控制、定时、计数、算数运算外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此， 3。  (5)进行多台  以 很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的 使工厂的各种资源共享，就更适合工厂自动化的需要，为自动化提供了技术保证。  日本三菱电机公司的 作为新一代的小型 留了原小型 ，结构紧凑，整个硬件融为一体的特点，且 用了功能更强的 16位微处理器和专用逻辑处理芯片，功能大大增强。除了开关量 I/可以连接模拟量 I/行逻辑运算、计数、定时、算数运算、数据处理和传送、高速处理、中 断、通信联网各种功能指令。扫描速度很快，存储器容量大 4。  正是由于 用 3040 摇臂钻床电气控制系统的改造，可以大大提高 工业生产的现代化带来生机。  5、 2 臂钻床的工作原理  5、 3040 摇臂钻床的主要结构  合用于加工中小零件，可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及改螺纹等多种形式的加工。主要有底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等部分组 成 5。它的结构示意图如图 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图  5、 2 2 主电路   我国原来生产的  臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的 ,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的 臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图如下所示：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2电路  它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采 用自动开关引入，交流接触器 主电动机 通或断开的接触器， 主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以  动机分别有两个接触器，它们为  臂升降电动机 压泵电动机 为短时工作，不设过载保护。  5、 制电路、信号及照明电路  控制电路的电源由控制变压器 次侧输出 220V 供电，中间抽头对地为信号灯电源 明变压器 次侧输出 36V。  图 2床控制电路  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5、 3040 摇臂钻床的主要运动形式 6 （ 1）主轴带刀具的旋转与进给运动  主轴的转动与进给运动有一台三相交流异步电动机驱动，主轴的转动方向由机械及液压装置控制。  （ 2）各运动部分的移位运动  主轴在三维空间的移位运动有主轴箱沿摇臂方向的水平移动；摇臂沿外立柱的升降运动；外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动。  （ 3）移位运动部件的夹紧与放松  摇臂钻床的三种对刀移位装置对应三套夹紧与放松装置。对刀移动时需要将装置放松，加工过程中需要将装置夹紧。三套夹紧装置分别为摇臂 夹紧，主轴箱夹紧，立柱夹紧。  5、 3040 摇臂钻床的主要控制要求  摇臂钻床有以下控制要求： 1)对主轴电动机 要求：单方向旋转，有过载保护。2） 对摇臂升降电动机 要求是：全压正反转控制，电动控制；启动时，先启动液压泵电动机 启动摇臂升降电动机 机时，摇臂升降电动机 停止，然后液压泵电动机 能停止；电动机  有必要的联锁保护。 3）对液压泵电动机 压正反转控制，设长期过载保护。 4）冷却泵电动机 量小，由开关 方向运转。 5）主运动与进给运动由 一台电动机拖动，经主轴与进给传动机构实现主轴旋转和进给 。 6）对立柱、主轴箱及摇臂的夹紧放松采用液压技术； 6）具有必要的联锁与保护 7。  5、 3  臂钻床电气控制系统的设计  部分为电气控制系统的硬件设计，也就是 一部分是电气控制系统的软件设计，也就是 了使改造后的摇臂钻床仍能保持原有功能不变，改造的重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只将原继电器控制中的硬件接线改为软件编程来替 代 8。  5、 气控制系统的硬件部分  选择基于 型，应从如下几个方面考虑： 1） 2） 3)共 13个输入信号 9个输出信号） ； 4） 5）输入、输出模块的类型 9。 考虑留有一定余量，选用 、  I/O 端口分配表  根据所选 ，如表 2 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 2输入端口分配表  地址号  符号名称  用途  1 3 5 7 11 13 臂下降限位行程开关  电动机 电动机 钮  摇臂 上升 起动按钮       摇臂 下降 起动按钮  主轴箱、立柱、摇臂松开按钮  主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮  摇臂上升限位 行程开关  摇臂放松用行程开关  摇臂自动夹紧行程开关  主轴箱与立柱箱加紧松开行程开关  电动机 电动机 表 2输出 端口分配表  地址号  符号名称  用途  1 3 5 11 A 磁阀  主轴旋转接触器  摇臂上升接触器  摇臂下降接触器  摇臂松开、立柱箱立柱松开接触器  摇臂夹紧、 立柱 箱立柱 夹紧接触器  立柱松开指示信号灯  立柱夹紧指示信号灯  主电动机旋转指示信号灯  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5、  I/O 电气接线图  3040摇臂钻床的 I/中 6、 ，输入开关的其中一端应并接在直流24一端应分别接入相应的 线时应注意 入输出 触器的线圈工作电压若为交流 110V，则接触器线圈连接的 4、 别 共用一个 号灯电源电压为 此 10。本电路的输出端全为交流回路，可以在电源电压相同的接口共用一个  图   ， Q 号交流 401339828 或 11970985 5、 计 制的梯形图  对 根据 I/实际接线图，参照原有的电器控制原理图，用习惯常用的翻译法进行 先，将整个控制电路分解成若干个控制环节，分别设计出个控制环节的梯形图；然后，根据再控制要求把它们综合在一起；最后经整理、修改和完善，设计出符合 臂钻床控制要求的完整的梯形图。  气控制 梯形图  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6、设计总结  一个多月的机电一体化课程设计已经完成，由于我的知识有限，使得这次的课程 设计在很多地方有欠缺，不过在这个过程中我依然是获益匪浅的。课程设计作为大学期间的一个很有必要的环节，使我加深了对于理论知识的理解，并且对前几次的实习有了更深刻的理解。  本课题所研究的基于 摇臂钻床电气控制系