课程设计说明书
课程名称：液压与气压传动
题目名称：钻镗组合机床动力滑台液压系统
2011 年 5 月 28 日
目录
液压传动任务书 (1)
1 序言·········································································································- 1 -
2 设计的技术要求和设计参数·································································- 2 -
3 工况分析·································································································- 2 -
3.1 确定执行元件························································································- 2 -
3.2 分析系统工况························································································- 3 -
3.3 负载循环图和速度循环图的绘制························································- 4 -
3.4 确定系统主要参数················································································- 6 -
3.4.1 初选液压缸工作压力................................................................. - 6 -
3.4.2 确定液压缸主要尺寸................................................................. - 6 -
3.4.3 计算最大流量需求..................................................................... - 7 -3.5 拟定液压系统原理图············································································- 9 -
3.5.1 速度控制回路的选择................................................................. - 9 -
3.5.2 换向和速度换接回路的选择 ................................................... - 10 -
3.5.3 油源的选择和能耗控制........................................................... - 11 -
3.5.4 压力控制回路的选择............................................................... - 12 -3.6 液压元件的选择··················································································- 13 -
3.6.1 确定液压泵和电机规格........................................................... - 14 -
3.6.2 阀类元件和辅助元件的选择 ................................................... - 15 -
3.6.3 油管的选择............................................................................... - 17 -
3.6.4 油箱的设计............................................................................... - 18 -3.7 液压系统性能的验算··········································································- 20 -
3.7.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 ............................ - 20 -
3.7.2油液温升验算............................................................................ - 22 -
4 参考文献................................................................................................. - 23 -
液压传动任务书
设计一台钻镗两用组合机床动力滑台的液压系统。要求其完成的工作循环是：快进——一工进——二工进——死挡块停留——快退——原位停止。快进快退速度为7.3m/min,工进速度应能在 6.6~660mm/min范围内无级调速，最大行程为400mm(其中一工进为100mm，二工进为80mm），最大切削力为18KN，运动部件的总重量为25KN，采用平面导轨，往复运动加、减速时间为0.05S。
任务：设计说明书一套（液压系统设计、控制线路设计、直流电机调速实验报告）；进给液压缸装配图一张；油箱装配图一张（含电动机与液压泵的联结）
1 序言
作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以钻镗两用组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。
组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。
液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动和回转运动，如图1所示，如果动力滑台要实现二次进给，则动力滑台要完成的动作循环通常包括：原位停止→快进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止。
图1 组合机床动力滑台工作循环
2 设计的技术要求和设计参数
工作循环：快进→两个工进→快退→停止；
系统设计参数如表1所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为f s = 0.18、f d = 0.11。
表1 设计参数
参数数值
切削阻力（N）18000
滑台自重(N) 25000
快进、快退速度(m/min) 7.3
工进速度(mm/min) 6.6~660
最大行程(mm) 400
工进行程(mm) 180
启动换向时间（s）0.05
η）0.9
液压缸机械效率（
m
3工况分析
3.1 确定执行元件
金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。
3.2 分析系统工况
在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。
（1）工作负载FW
工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即
F W =18000N
（2）惯性负载
最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为0.05s ，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为7.3m/min ，因此惯性负载
250007.3
62079.8600.05
v m N N t F ?=
=?=??
(3) 阻力负载
阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦
阻力两部分。
静摩擦阻力 F fj = f j ×N =fs F =0.18×25000=4500N
动摩擦阻力 F fd = f d ×N =fs F =0.11×25000=2750N
根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表2所示。
表2 液压缸在各工作阶段的负载（单位：N ）
工况 负载组成 负载值F
液压缸推力'F =F /m η
注：此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。
3.3 负载循环图和速度循环图的绘制
根据表2中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2所示。
起动 F =fs F 4500 5000 加速 F =fd F +m F 8957 9952 快进 F =fd F 2750 3056 一工进 F =fd F +t F 20750 23056 二工进 F =fd F +t F 20750 23560 反向起动 F =fs F 4500 5000 反向加速 F =fd F +m F 8957 9952 快退
F =fd F
2750
3056
图2 组合机床动力滑台液压系统负载循环图
图2表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为23056N，其他工况下负载力相对较小。
所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度V1=V3=7.3m/min、快进行程L1=400-180=220mm、一工进行程L2=100mm、二工进行程L3=80、快退行程L4=400mm，工进速度V2=6.6~660mm/min。根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图3所示。
图3 组合机床液压系统速度循环图
3.4 确定系统主要参数
3.4.1 初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为23056N，其它工况时的负载都相对较低，参考表11-2按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3.5MPa。
3.4.2 确定液压缸主要尺寸
由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用
A是有典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积
1
A两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 杆腔工作面积
2
0.707D的关系。
工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p 2=0.8MPa.
快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降p ?，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取p ?≈0.5MPa 。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值2p =0.5MPa 。
工进时液压缸的推力计算公式为
11221112/(/2)m F A p A p A p A p η=-=-，
式中：F ——负载力
ηm ——液压缸机械效率
A 1——液压缸无杆腔的有效作用面积 A 2——液压缸有杆腔的有效作用面积 p 1——液压缸无杆腔压力
p 2——液压有无杆腔压力
因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为
62
10.8
23056/(3.5)100.00742A m =-?=
液压缸缸筒直径为
61(4)/(40.007410)/0.097D A m
ππ==??=
由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D ，因此活塞杆直径为d=0.707×97=68.8mm ，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D =100mm ，活塞杆直径为d =70mm 。
此时液压缸两腔的实际有效面积分别为
232
1/47.8510A D m π-==?
22322()/4410A D d m π-=-=? 32
3
12 3.8510A A A m -=-=? 3.4.3 计算最大流量需求
工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流
量为
q快进=（A1-A2）×v1=27.72L/min
工作台在快退过程中所需要的流量为
q快退=A2×v2=28.8L/min
工作台在工进过程中所需要的流量为
q工进=A1×v1=0.0259~2.59L/min
其中最大流量为快退流量为28.8L/min。
根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表3所示。
表3 各工况下的主要参数值
工况
推力
F’/N 回油腔压
力P2/MPa
进油腔压
力P1/MPa
输入流量
q/L.min-1
输入功率
P/Kw
计算公式
快进
启动5000 0 1.8 ————
'
2
1
12
F A P
p
A A
+?
=
-
q=(A1-A2)v1
P=p1q
p2=p1+Δp 加速9952 2.7 3.1 ————
恒速3056 2.7 1.3 27.72 0.6
工进23056 0.8 3.5
0.0259~2.
59
0.0015~0.
15
P1=(F‘+p2A2)/A1
q=A1v2
P=p1q
快退起动5000 0 1.25 ————P
1
=(F‘+p2A1)/A2
q=A2v3
P=p1q
加速9952 0.5 3.49 ————
恒速3056 0.5 1.75 28.8 0.84
把表3中计算结果绘制成工况图，如图4所示。
图4 液压系统工况图
3.5 拟定液压系统原理图
根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。
3.5.1 速度控制回路的选择
工况图4表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用容积节流加背压的调速回路即可。它能保证液压缸稳定的低速运动（0.006m/min)、较好的速度刚性和较大的调速范围（100左右）。回油路上加背压阀可防止空气渗入系统，并能使滑台承受负向的负载。该机床
的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。由于选定了限压式变量泵加调速阀的容积节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。
3.5.2 换向和速度换接回路的选择
所设计的组合机床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用的电液换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位五通电液换向阀。滑台停止运动时，选用单向阀和M型中位机能的换向阀串联的回路来使液压泵在低压下卸荷，既减少能量损耗，又使油路控制油路保持一定的压力，以保证下一个循环的顺利起动。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由27.72 L/min降为0.0259~2.59 L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图5所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。系统采用了换向时间可调的电液换向阀来切换主油路，使滑台的换向更加平稳，冲击和噪声小。同时，电液换向阀的五通结构使滑台进和退时分别从两条油路回油，这样滑台快退时系统没有背压，液减少了压力损失。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。总之，该设计使用元件不多，却能完成较为复杂的半自动工作循环，且性能良好。
a.换向回路
b.速度换接回路
图5 换向和速度切换回路的选择
3.5.3 油源的选择和能耗控制
表3表明，本设计钻镗两用组合机床液压系统的供油工况主要为快进、快退时的低压大流量供油和工进时的高压小流量供油两种工况。在液压系统的流量、方向和压力等关键参数确定后，还要考虑能耗控制，用尽量少的能量来完成系统的动作要求，以达到节能和降低生产成本的目的。
在图4工况图的一个工作循环内，液压缸在快进和快退行程中要求油源以低压大流量供油，工进行程中油源以高压小流量供油。其中最大流量与最小流量之比max min /28.8/0.0259~2.5911~1112q q ==，而快进和快退所需的时间1t 与工进所需的时间2t 分别为：
[]11133(/)(/)(60220)/(7.31000)(60400)/(7.31000) 5.1t l v l v s
=+=??+??=
222(/)(60180)/(0.00661000)~(60180)/(0.661000)16.4~1636.4t l v s ==????=
上述数据表明，在一个工作循环中，液压油源在大部分时间都处于高压小流量供油状态，只有小部分时间工作在低压大流量供油状态。
如果采用一个限压式变量泵的供油方式，油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估算为
快进时 P =1.3?27.72=0.6Kw
工进时P =p ?q max =3.5?0.0259~2.77×2.59=0.0015~0.15Kw 快退时 P =1.75?28.8=0.84Kw
选用限压式变量泵作油源。如图6所示。
图6 限压式变量泵供油油源
3.5.4 压力控制回路的选择
为了便于观察和调整压力，在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。
将上述所选定的液压回路进行整理归并，并根据需要作必要的修改和调整，最后画出液压系统原理图如图7所示。
为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀2，以阻止油液在快进阶段返回油箱。同时阀1起背压阀的作用。
为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀3。
考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器5。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，压力继电器发出快退信号，操纵电液换向阀换向。
在进油路上设有压力表开关和压力表，钻孔行程终点定位精度不高，采用行程开关控制即可。
图7 液压系统原理图
3.6 液压元件的选择
本设计所使用液压元件均为标准液压元件，因此只需确定各液压元件的主要参
数和规格，然后根据现有的液压元件产品进行选择即可。
3.6.1 确定液压泵和电机规格
（1）计算液压泵的最大工作压力
由于本设计采用限压式变量泵供油方式，根据图4液压系统的工况图，液压缸在工进时工作压力最大。
根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。
对于调速阀进口节流调速回路，选取进油路上的总压力损失
p 0.8MPa ∑?=，
同时考虑到压力继电器的可靠动作要求压力继电器动作压力与最大工作压力的压差为0.5MPa ，工进时泵的最高工作压力可估
算为：
()1max ++=3.5+0.8+0.5=4.8a
p P P P P MP =损继电器
图4表明，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa ，则快进、快退时泵的最高工作压力为：
()21+=1.75+0.5=2.25a
p P P P MP =损
因为有压力损失，则泵的最高工作压力为：
1 1.25 4.8 1.256P P MPa ?=?=
（2）计算总流量
表3表明，在整个工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快退工作阶段，为28.8L/min ，若整个回路中总的泄漏量按
液压缸输入流量的20%计算，则液压油源所需提供的总流量为：
1.228.8=34.56L/min
p q =?
工作进给时，液压缸所需流量约为0.0259~2.59L/min ，但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量 3 L/min ，故小流量泵的供油量最少应为3.0259~5.59L/min 。
据据以上液压油源最大工作压力和总流量的计算数值，上网或查阅有关样本，确定YBP-40限压式变量叶片泵能够满足上述设计要求，因此选取YBP-40限压式变量叶片泵，若取液压泵的容积效率v
η=0.9，则
当泵的转速n p
=1000r/min 时，泵的输出流量为40L/min 。该流量能够满
足液压缸快速动作的需要。
表4 液压泵参数
元件名称
规格
额定流量
1/min L -
额定压力MPa 型号
转速r/min
限压式变量叶片泵
40
最高工作压力为
6.3 MPa
YBP-40 1000
（3）．电机的选择
由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为1.75MPa ，流量为28.8L/min 。取泵的总效率0.7，则液压泵驱动电动机所需的功率为：
2.2540 2.14600.7
p p p p q P KW KW
η?===?
根据上述功率计算数据，此系统选取Y100L1-4型电动机，其额定功率为2.2KW ，满载时转速1430r/min 。
3.6.2 阀类元件和辅助元件的选择
图7液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。
1．阀类元件的选择
根据上述流量及压力计算结果，对图7初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。通过图7中5个单向阀的额定流量是各不相同的，因此最好选用不同规格的单向阀。
图7中背压阀1和顺序阀2的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，背压阀1的作用是实现液压缸快进和工进的切换，同时在工进过程中做背压阀，因此采用内控式顺序阀。最后本设计所选择方案如表5所示，表中给出了各种液压阀的型号及技术参数。
表5 阀类元件的选择
序元件名称
规格
号
型号额定流
量
q n/L/mi
n
额定压力
P n/MPa
额定压降
?P n/MPa
1 背压阀YF3-E10B 63 16 0.5
2 液控顺序阀SV-G03-1-ET 35 16 0.3
3 单向阀AF3-Ea10B 63 16 0.2
4 一工进调速阀AXQF-E10B 0.07~5
16 0.5
5 压力继电器HED1KA/10 —1
6 —
6 单向阀AF3-Ea20B 63 16 0.2
7 滤油器YYL-105-10 40 21 0.02
8 行程阀AXQF-E10B 63 16 <0.3
9 电磁阀VF3130-3DZB-0263 16 —
10 二工进调速阀AXQF-E10B 0.07~5
16 0.5
11 先导阀35DY3Y—E10B 75 16 —
12 三位五通电液
换向阀
35DY3Y—E10B 75 16 <0.5
13 单向阀AF3-Ea10B 63 16 0.2
14 限压式变量
泵
YBP-40 —16 —
15 压力表开关KF3-E3B —16 —
2．过滤器的选择
按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。由于所设计组合机床液压系统为普通的液压传动系统，对油液的过滤精度要求不高，故有
()
=q 2.5=34.56 2.5/min86.4/min
q L L
??=
泵入
过滤器
因此系统选取通用型WU系列网式吸油过滤器，参数如表6所示。
表6 通用型WU系列网式吸油中过滤器参数
型号通径公称流量过滤精度尺寸
mm
/min L
m μ
M （d ） H D
1
d WU —100?100-J 32 100
100
422M ?
153
82φ
—
3．空气滤清器的选择
按照空气滤清器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即有
>q 2=402/min 80/min
p q L L ??=过滤器
选用EF 系列液压空气滤清器，其主要参数如表7所示。
表7 液压空气滤清器
参数 型号 过滤注油口径 mm
注油流量 L/min
空气流量 L/min
油过滤面积 L/min
A mm
B mm
a mm
b mm
c mm
四只螺钉均布 mm 空气过滤精度
mm 油过滤精度
μm
E 2
F -32
32
14
105
120
100
50
φ47 φ59 φ64
M5
?8
0.279
125
注：液压油过滤精度可以根据用户的要求进行调节。
3.6.3 油管的选择
图7中各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算，如表8所示。
表8 液压缸的进、出油流量和运动速度
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量
1/min L -
()()()()1112/407.85/7.85-4=81.56
p q A q A A =-=?
1 2.59q =
1q 40
p q ==
排出流量
1/min L -
()()2211/481.56/7.85=41.56
q A q A ==?
()()2211/2.594/7.85=1.32
q A q A ==?
()()2112/7.8540/4=78.5
q A q A ==?
运动速度
1/min m -
()112/40/3.85=10.39
p V q A A =-=
211/2.59/7.85=0.33
V q A ==
312/40/4=10
V q A ==
根据表8中数值，当油液在压力管中流速取3m/s 时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：
()()6
3
2/()281.5610/310
6024.03d q v mm mm
ππ=?=?
????=，
取标准值28mm ；
()()6
3
2/()24010/310
6016.83d q v mm mm
ππ=?=?
????=，取标
准值20mm 。
因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用公称通径为28和20的无缝钢
管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上。
3.6.4 油箱的设计
1．油箱长宽高的确定
油箱的主要用途是贮存油液，同时也起到散热的作用，参考相关文献及设计资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算方法计算油箱的体积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。
机电一体化系统课程设计 设计说明书 设计题目：X－Y数控工作台机电系统设计 院校： 班级： 姓名： 学号： 2011年 12 月 24 日
目录 机电一体化系统设计课程设计任务书1．总体方案 1.1导轨副的选用 1.2 丝杆螺母副的选用 1.3 减速装置的选用 1.4 伺服电动机的选用 1.5 检测装置的选用 2.控制系统的设计 3.机械传动部件的计算与选型 3.1导轨上移动部件的重量估算 3.2铣削力的计算 3.3直线滚动导轨副的计算与选型 3.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型 3.5步进电动机减速箱的选用 3.6步进电动机的计算与选型 3.7增量式旋转编码器的选用 4．工作台机械装配图的绘制 5.工作台控制系统的设计 6.步进电动机驱动电源的选用 7.设计总结 参考文献 [1]张建民.《机电一体化系统设计》第三版.高等教育出版社 [2]尹志强.《系统设计课程设计指导书》.机械工业出版社
设 计 计 算 与 说 明 主要结果 设计任务： 题目：X-Y 数控工作台机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，主要参数如下： 1）立铣刀最大直径d=15mm ； 2）立铣刀齿数Z=3； 3）最大铣削宽度mm a e 15=； 4）最大背吃刀量mm a p 8=； 5）加工材料为碳钢； 6）X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲； 7）X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±； 8）工作台导轨长度为1260mm ； 9）工作台空载最快移动速度min /3000mm v v y x ==； 10）工作台进给最快移动速度min /400max max mm v v f y f x ==； 11）移动部件总重量为800N ； 12）丝杆有效行程为920mm 。 一、总体方案的确定 1 机械传动部件的选择 1.1导轨副的选用 要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.2丝杆螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm 的脉冲当量mm 01.0±和的定位精度，滑动滑动丝杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到。滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。 1.3减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消
实验（一）双作用气压回路 一、试验目的： 1．基本要认识每个元器件，并知道它们的结构和用途。 2．通过基础实验训练，培养学校气动课程的兴趣。 3．提高实际动手能力。 4．通过连接双作用回路，了解该回路的特点、原理和连接方法。 5．认识基本回路，学会连接该回路。 6．扎实地掌握双作用气压回路的内容。 二、试验仪器： 1、FESTO气压传动综合实验台 2、FESTO品牌的启动原件包括：气源装置、软管、两位五通换向阀、手动两位三通阀以及双作用气缸。 三、工作原理： 首先气从起源装置中流出，经过两位五通换向阀流入气缸，再从气源装置中输送两道空气流向两个手动两位三通换向阀再连向两位五通换向阀，接着两个手动两位三通换向阀来控制两位五通换向阀，再由其控制气缸左右运动。 四、回路工作过程 按照原理图连接各元件，打开气源，按下换向阀的按钮，得到信号后阀门左位接入并控制与气缸连接的二位五通阀左位接入，气缸活塞杆伸出；反之右边得到信号，气缸右位接入，气缸活塞杆退回。 五、原理图：
实验（二）双作用单向调速回路 一、试验目的： 1．基本要认识每个元器件，并知道它们的结构和用途。 2．通过基础实验训练，培养学校气动课程的兴趣。 3．提高实际动手能力。 4．通过连接双作用回路，了解该回路的特点、原理和连接方法。 5．认识基本回路，学会连接该回路。 6．扎实地掌握双作用单向调速回路的内容。 二、试验仪器： 1、FESTO气压传动综合实验台 2、FESTO品牌的启动原件包括：气源装置、软管、节流阀、单作用两位五通换向阀、手动两位三通阀以及双作用气缸。 三、工作原理： 首先气体从气源装置中流出，经过单作用两位五通换向阀流入节流阀进行节流调速，经过调速的气体再流入气缸，同时又从气源装置中输送气体流向手动两位三通换向阀再连向单作用两位五通换向阀，由手动两位三通换向阀来控制单作用两位五通换向阀，再由其控制气缸左右运动。 四、回路工作过程： 按原理图连接各元件，打开气源，按下换向阀的按钮，得到信号后阀门左位接入并控制与气缸连接的二位五通阀左位接入，气缸活塞杆伸出；由于单作用二位五通阀，所以气缸到底时会自动收回，旋转节流阀的流量旋钮，可以改变其速度。
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
目录 1.机械手与PLC介绍 (1) 1.1机械手的介绍 (1) 1.2 PLC的介绍 (2) 1.3 机械手设计任务书 (2) 2.电器控制部分设计 (4) 2.1系统的整体设计分析 (4) 2.2主电路设计 (4) 2.3操作面板设计 (5) 2.4 PLC选型 (6) 2.5 I/O地址分配 (8) 2.6 电器原件 (9) 3.机械手程序设计 (11) 3.1机械手电气控制系统流程图 (11) 3.2 梯形图程序设计 (11) 4.设计小结 (20) 【参考文献】 (21)
机械手电气控制系统设计 班级：20121057班学号：2012129232 姓名：周毅指导老师：钟先友 【摘要】机械手是工业控制和加工中经常用到的执行部件，具有能适应恶劣工作环境、效率高、安全稳定和可进行高强度工作的优点，在自动化生产线上有广泛的应用。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。 PLC 设计的机械手采用电气可编程控制技术与液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；电气方面有交流电机、热继电器、变压器、熔断器等器件组成。机械手的程序设计分为用户程序、调试程序、自动运行程序。用户程序主要实现对电机的启动以及调用子程序，调试程序可以实现单步执行动作，通过按钮可以调节机械手的每一个动作，自动运行程序，可以实现机械手的自动运行。 【关键词】：机械手 PLC 电气控制 1.机械手与PLC介绍 1.1机械手的介绍 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。按用途分：机械手可分为专用机械手和通用机械手两种: 专用机械手，它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大附属，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心批量的自动化生产的自动换刀机械手。通用机械手，它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。通过调整可在不同场合使用，驱动系统和性能范围内，其动作程序是可变的，控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。按控制方式分点位控制，它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能
本科课程设计（论文） 题目 机电液综合设计与实验 学 院 机械工程学院 年 级 07 专 业 机械工程及自动化 班 级 0704072 学 号 070407233 学生姓名 张明磊 指导教师 张敬妹、管建峰、孟涛 论文提交日期 2011年1月6日
目录 一．设计目的、要求及任务 (2) 1.1设计的目的 (2) 1.2设计的要求 (2) 1.3设计任务 (3) 二．液压系统设计计算及元件选型 (4) 2.1.确定执行元件主要参数 (4) 2.2．选择液压基本回路 (6) 2.3．确定液压泵的规格及电动机功率 (8) 2.4．控制阀的选择 (9) 2.5．确定油管直径 (9) 2.6．确定油箱容积 (10) 三．液压缸的设计计算 (11) 四．实验安装及调试 (14) 五．心得体会 (15) 参考文献 (16)
机电液综合设计与实验 机电液综合设计与实验是一项设计型、综合型、实践型的教学环节。它将课程设计与实验相结合，用于培养学生的综合动手能力，进一步加深对金属切削加工、液压传动、机械加工设备的继电器控制。 一．设计目的、要求及任务 1.1设计的目的 液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： 1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 1.2设计的要求 1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 机电工程学院机械设计制造及自动化专业 班：学号：姓名： 一、课程设计课题某型号卧式镗床的电气控制系统设计 二、课程设计工作自至 三、课程设计技术说明和控制要求 1、设备机械部分运动说明 某型号卧式镗床主要有床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。其运动形式有三种：镗轴与花盘的旋转运动为主运动；进给运动包括镗轴的轴向进给、花盘上刀具的径向进给、镗头的垂直进给、工作台的纵向与横向进给；辅助运动为工作台的旋转、后立柱的水平移动、尾架的垂直移动及各部分的快速移动。 2、设备电气控制要求及技术参数 1）主运动与进给运动由同一台双速电动机M1拖动，各方向的快速运动由另一台电动机M2拖动 2）主轴旋转和进给都有较大的调速范围 3）要求M1能正反转，能正反向点动，并带有制动，各方向的进给都能快速移动，正反向都能短时点动 4）必要的保护环节、连锁环节、照明和信号电路 5）电动机的功率 M1：5.2KW M2：3KW
四、课程设计的主要内容 1、分析设备的电气控制要求，制定设计方案、绘制草图； 2、进行电路计算，选择元器件，并列出元器件目录表，绘制电气原理图（包 括主电路和控制电路）； 3、通电调试、故障排除、任务验收，编写设计说明书 五、课程设计时间安排 六、主要参考资料 1、齐占庆. 机床控制技术. 北京: 机械工业出版社，1999 2、邓星中主编. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社，2001 3、齐占庆. 王振臣主编. 电器控制技术. 北京：机械工业出版社, 2002 4、陈远龄. 机床电气自动控制. 重庆：重庆大学出版社，1997 5、方承远.工厂电气控制技术. 北京: 机械工业出版社，2000 6、张万奎主编.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社，北京大学出版社， 2006
机电一体化系统课程设计 X-Y数控工作台设计说明书 学校名称：湖北文理学院 班级学号：2013279129 学生姓名：张亮 班级：机电1321 2015年11月
一、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm ×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 1.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式及伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。 （2）计算机系统 本设计采用了及MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。
（3）X-Y工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 图1-1 系统总体框图
铣削机床机电液控制课程设计 一、设计说明 1、设计目的 铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、齿轮、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应运。本次设计要完成双面铣削机床的机电液控制系统设计，系统要求能够实现“定位—夹紧—快进—工进—快退—原位停止—松开卸荷”的工作循环。设计参数针对切削工况，夹紧缸及工作台输出力、速度可不考虑。 2、设计参数 设计参数表 滑块运动的综合摩擦力（包括液压缸摩擦、导向摩擦等）为公称力的10%。最大工作行程450mm，工进行程150mm，夹具行程自定。 ·3、设计内容 1.机械方面 根据负载计算设计参数主缸压力。主缸直径。 2.液压方面 1）设计液压原理图、编制电机电磁铁动作表。 2）选择液压泵、电机、液压阀。 3．电气方面 1）PLC选型，设计PLC输入等控制回路。 2）编制PLC程序、包括手动、自动循环。 3）设计硬件电路。 4）编写设计说明书。 ·4、设计任务书 1．绘制液压泵原理图1张。 2．绘制PLC端子等控制回路图1张。 3．绘制PLC梯形图1张。 4．绘制硬件电路图1张。 5．编制5000字设计说明书1份。
·5、时间分配 1．机械方面一天。 2．绘制液压原理图、电机电磁铁动作表2天 3．选择液压缸、液压阀、电机2天。 4．选择PLC、绘制端子图1天。 5．编制PLC梯形图2天。 6．绘制硬件电路图1天。 7．答辩1天。 二、液压系统的设计与计算 1、电磁铁动作顺序图 2、拟定液压系统原理图 （一）设计液压系统方案 由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功的情况，并由图知，这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小。根据表，该液压系统以采用节流调速和闭环循环为宜。现采用进油路节流调速回路。 （二）选择基本回路 由于不存在负载对系统作功的工况，也不存在负载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须有快进、工进运动、换向、调压以及卸荷等回路。
机电传动控制课程设计报 告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
引言 作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
1 PLC控制系统设计 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.最大限度地满足被控对象的控制要求 2.C控制系统安全可靠 3. 力求简单、经济、使用及维修方便 4. 适应发展的需要 PLC机型选择 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和型号越来越多，功能日趋完善。从美国，日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂商组装或自行开发的PLC 产品已有几十个系列。上百种型号。其结构形式、性能、容量、指令系统，编程方法、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选择PLC产品，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。一般来说，各个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。 1、可编程控制器控制系统I/O点数估算 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O 裕量。估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。 2、内存估计 用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数。 （1）内存利用率用户编的程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中，同样的程序，不同厂家的产品，在把程序变成机器语言存放时所需要的内存数不同，我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用
机电液课程设计 题目:设计一台加工气缸底面钻床的机电液控制系统 班级学号:机械133班 所在学院:机械工程学院 姓名:毛俊豪李佳翱黄益聪陈仲恒文银寇广鹏 指导教师:董华军 结束日期: 2016年7月19日 目录 前言....................................................................... 1.设计内容与设计要求： ................................................ 2.设计方法与步骤 ...................................................... 第一章钻床机械系统的设计与计算........................................... 1.钻床整体分布图 ...................................................... 2.机械部分相关参数 .................................................... 3.同工况下液压缸载荷和速度的分布 ...................................... 第二章钻床液压系统的设计与计算...........................................
1.工作液压缸的计算和选择 .............................................. 2.夹紧缸的计算和选择 .................................................. 3.工况分析 ............................................................ 4.拟定液压原理图 ...................................................... 第三章钻床液压元件及液压装置的机构设计................................... 1.液压泵和电动机的选择 ................................................ 2.阀类元件的选择 ...................................................... 3.油管 ................................................................ 4.油箱的选择 .......................................................... 第四章钻床控制系统的设计与计算........................................... 1. 电磁阀磁铁动作表 ................................................... 2. 电磁阀磁铁运动过程 ................................................. 3. 控制系统 ........................................................... 总结....................................................................... 参考文献...................................................................
《机电传动控制》课程设计任务书2016
课题1：专用镗孔机床的电气控制系统设计 (分别使用继电器接触器电路和PLC 实现控制) 1．机床概况 该设备用于大批量生产某零件的镗孔与铰孔加工工序。机床主运动采用动力头，由Y100L —6型(1.5kW-4A)三相异步电动机拖动，单向运转。该设备能进行镗孔加工，当更换刀具和改变进给速度时，又能进行铰孔加工(有镗孔与铰孔加工选择)，加工动作流程如图2-1所示。 a 镗孔） b 铰孔） 图2-1 加工动作流程图 进给系统采用液压控制，为提高工效，进给速度分快进与工进两种且自动变换。液压系统中的液压泵拖动电机为Y801-2型(750W 、1.9A)，由电磁阀(YVl ～YV4)控制进给速度，为作要求如表2-1所示。 表2-1 液压控制动作要求 为提高加工精度，主轴采用静压轴承，由Y801-2型电动机拖动高压液压泵产生静压油膜。 2．设计要求 1)主轴为单向运转，停车要求制动(采用能耗制 原位起动SQ3 原位起动SQ4
动)。 2)主轴电动机与静压电动机的联锁要求是：先开静压电动机，静压建立后(由油压继电器控制)才能起动主轴电动机，而停机时，要求先停主轴电动机，后停静压电动机。 3)主轴加工操作，采用两地控制。加工结束自动停止，手动快退至原位。 4)根据加工动作流程要求，设置镗孔加工及铰孔加工选择。 5)应有照明及工作状态显示。 6)有必要的电气保护和联锁。 7)PLC采用三菱FX2n。
课题2：千斤顶液压缸加工专用机床电气控制系统设计 (分别使用继电器接触器电路和PLC实现控制) 1．专用机床概况介绍本机为专用千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压油缸驱动。液压系统已用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁方法实现位置控制，油泵电动机型号为Y80—4（0.55kW、1.6A）。 机床的工作程序是： 1)零件定位。人工将零件装入夹具后，定位油缸动作工件定位。 2)零件夹紧。零件定位后，延时15s，夹紧油缸动作使零件固定在夹具内。同时定位油缸退出以保证滑台入位。 3)滑台入位。滑台带动动力头一起快速进入加工位置。 4)加工零件。左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点，即停止工进，延时30s后动力头停转，快速退回原位。 5)滑台复位，左右动力头退回原位后，滑台复位。 6)夹具松压。当滑台复位后夹具松开，取出零件。 以上液压缸各动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求如表2-2所示。 2．设计要求 1)专用机床能半自动循环工作，又能对各个动作
机电一体化系统综合课程设计 课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计说明书 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 设计成员： 指导老师：季国顺金成柱聂欣 日期： 2013年1月7日 设计组号： 7 课题号： 14
目录 1、总体方案设计 (3) 1.1 设计任务 (4) 1.2 总体方案确定 (4) 2、机械系统设计 (5) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (6) 2.2 导轨参数确定 (7) 2.3 滚珠丝杆的设计计算 (8) 2.4 步进电机的选型与计算 (10) 2.5 机械系统结构设计 (12) 3、控制系统硬件设计 (13) 3.1 控制系统硬件组成 (13) 3.2 控制系统硬件选型 (15) 3.3 控制系统硬件接口电路设计 (17) 3.4 驱动系统设计 (18) 4、控制系统软件设计 (19) 4.1 控制系统软件总体方案设计 (21) 4.2 主流程设计 (22) 4.3 中断服务流程设计 (23) 4.4 软件调试 (25) 5、总结 (26) 参考文献 (27)
1、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：两坐标X-Y 数控工作台设计 任务：设计两轴联动的数控X-Y 运动平台，完成机械系统设计、控制系统设 计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；每组一题，分别由3～4位同学合作完成。其主要技术指标如下： 1）工作台型号为HXY-4030； 2）行程要求X=400mm ，Y=300mm ； 3）工作台面尺寸为C 3B 3H ＝240mm 3254mm 315mm ； 4）底座外形尺寸为C13B13H1＝650mm 3550mm 3184mm ； 5）工作台最大长度L=778mm ； 6）工作台负载重量N=500N ； 7）工作台最快移动速度v xmax =v ymax =1m/min 8）X,Y 方向的重复定位精度为±0.02mm ； 9）X,Y 方向的定位精度为0.04mm ； 10）工作台切削负载小、运动灵敏度高、低速无爬行； 11）定位精度高； 12）结构轻便，建议机座和滑台采用铝合金； 13）标准组件，独立产品； 14）可直接应用于小型钻、铣床。 1.2 总体方案确定 1.2.1 方案确定思想 该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主 要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。 因X 向和Y 向机械结构基本相同，故只绘制X 向机械系统部分的结构简图，
江苏省农村试验区自学考试毕业论文 机电综合课程设计 机电综合课程设计 摘要：本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计； 完成交流电机启停的电气控制系统设计。其硬件部分共包括键盘操作、单片 机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。设计的总体 思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。 位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序， 向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。 关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。 一．前言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的
产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。 本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。 本设计完成了如下要求： （1）单片机控制系统电路原理图的设计 （2）控制系统电路印制版的绘制 （3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动 （4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警 （5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图 （6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等） （7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机） 此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。设计两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括：单片机控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，PC接口电路等。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。
成绩：课程设计报告书 所属课程名称机电传动控制（含PLC） 题目霓虹灯饰的控制系统（十组）分院机电学院 专业、班级 学号 学生姓名 指导教师 2012年07月25日
目录 一、课程设计任务书 (1) 二、总体设计 (2) （一）设计方案的比较和论证 (2) （二）总体设计方案 (4) 三、硬件系统设计 (5) （一）PLC的介绍 (5) （二）S7-200可编程控制器部分指令 (6) （三）可编程控制器I/O端口分配 (7) （四）外部接线图 (8) 四、程序设计 (9) （一）程序设计框图 (9) （二）梯形图 (10) （三）语句表 (13) 五、程序调试及问题处理 (17) （一）程序调试 (17) （二）设计实物图 (17) （三）问题处理 (19) 六、总结 (20) 七、参考文献 (21)
一、课程设计任务书课程设计题目：霓虹灯饰的控制系统（十组） 课程设计时间： 自 2012 年 7 月 16日起至 2012 年 7 月 27日 课程设计要求： 合上启动按钮，按以下规律显示：1→2、8→3、7→4、6→5→4、6→3、7→2、8→1→1、2→1、2、3、4→1、2、3、4、5、6→1、2、3、4、5、6、7、8→3、4、5、6、7、8→5、6、7、8→7、8→1、5→4、8→3、7→2、6→1、3、5、7→2、4、6、8→1、3、5、7→2、4、6、8→全部闪烁3次→9→10→1…… 学生签名： 年月日 课程设计评阅意见 项目课程设 计态度 评价 10% 出勤 情况 评价 10% 任务难 度 、量评价 10% 创新性评价 10% 综合设计 能力评价 20% 报告书写 规范评价 20% 口试 20% 成 绩 综合评定等级 评阅教师： 2012年月日
学号：0121018700306 课程设计 题目组合机床加工过程PLC自动控制设计 学院物流学院 专业物流工程 班级行政1001班 姓名徐宏华 指导教师徐沪萍 2013 年 6 月29 日
课程设计任务书 学生姓名：徐宏华专业班级：物流行政1001班 指导教师：徐泸萍工作单位：物流学院 题目: 组合机床加工过程PLC自动控制设计 初始条件： 1.编程环境：Step7v5.5软件 2.PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300 3.机电传动的相关资料指导书 4.仿真环境：S7-PLCSIM 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 液压滑台式组合机床在原位启动后，快速向前到设定的位置时转为慢速前进，到达攻丝进给位置时停止前进，转为攻螺纹主轴转动，丝锥能向前攻入，打到规定深度时，主轴快速制动。接着攻螺纹反转退出，回到原位时快速制动，同时滑台能快速退回原位，并在原位停止。 时间安排：十八周 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
本科生课程设计成绩评定表姓名徐宏华性别男专业、班级物流行政1001班 课程设计题目：组合机床加工过程PLC自动控制设计 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年月日
目录 摘要------------------------------------------------------------------------------------------------- 0第一章基本知识介绍 ------------------------------------------------------------------------ 1 1.1 设计的任务要求--------------------------------------------------------------------- 1 1.2 组合机床概述------------------------------------------------------------------------ 2 1.2.1 组合机床部件分类 --------------------------------------------------------- 2 1.2.2 组合机床的特点 ------------------------------------------------------------ 2 1.3 PLC控制系统 ----------------------------------------------------------------------- 3 1.3.1 PLC简介 --------------------------------------------------------------------- 3 1.3.2 PLC控制系统设计的基本原则 ------------------------------------------ 4 1.3.3 PLC控制系统的一般步骤 ------------------------------------------------ 4第二章总体方案选择和控制方式选择----------------------------------------------------- 6 2.1 总体方案选择------------------------------------------------------------------------ 6 2.2 控制方式的选择--------------------------------------------------------------------- 6第三章电路图的设计 -------------------------------------------------------------------------- 6 3.1 主电路的设计------------------------------------------------------------------------ 6 3.2 PLC的I/O地址分配--------------------------------------------------------------- 8第四章控制程序的设计 --------------------------------------------------------------------- 10 4.1 顺序功能图的设计---------------------------------------------------------------- 10 4.2 梯形图的设计---------------------------------------------------------------------- 11 4.3 语句表的设计---------------------------------------------------------------------- 15 第五章调试及结果分析 ------------------------------------------------------------------- 21 5.1 硬件组态---------------------------------------------------------------------------- 21 5.2 仿真结果分析---------------------------------------------------------------------- 21 感想----------------------------------------------------------------------------------------------- 25 参考资料书-------------------------------------------------------------------------------------- 26
目录 一、零件的分析 (3) 二、工艺规程设计 (4) 三、铣床夹具设计 (9) 四、设计小结 (12) 五、参考文献 (13) 一、零件的分析 1、零件的生产类型 根据所给要求，以确定，本两件加工属大批量生产。 2、零件的工艺分析 此零件为连杆合件之一——连杆盖，连杆盖的视图完整，尺寸、公差及技术要求齐全。此零件形状结构较为简单，零件各表面的加工并不困难，但是基准孔?81+0.021 0mm以及小头孔要求表面粗糙度Ra1.6μｍ偏高。基本思路为先加
工大头孔再以其为基准来加工小头孔。在小头孔中间的大的沟槽需要用R67mm 刀具去加工，同样在加工大头孔内表面的沟槽时也要用特殊的R25mm的刀具去加工。此外还应该注意： 1.该连杆盖为整体铸造成型，其外形可不再加工，根据GB/T 6414-1999的规定，铸件尺寸公差代号为CT公差等级分为16级，由于零件的轮廓尺寸不大，形状不是很复杂，为大批量生产，从减少加工难度来说，经查机制工艺手册，毛坯采用铸造成型。 2.连杆小头孔对A基准的平行度公差为0.01mm。 3.大头孔两端的台阶面对B基准的对称度公差为0.3mm。 4.小头孔中间的沟槽，对基准B的对称度为0.2mm。 5.铸件毛坯需要经过人工时效处理。 6.材料QT450-10 。 7.连杆大小头孔平行度的检验，可采用穿入专用心轴，在平台上用等高的V型块支撑连杆大头孔心轴，测量大头孔心轴在最高位置时两端的差值，其差值一半即为平行度误差。 二、工艺规程设计 1、毛坯的选择及毛坯余量确定 在各类机械中，连杆盖为为传动件,由于其在工作时处于运动中，经常受冲击和高压载荷，要求具有一定的强度和韧性。该零件的材料选择QT450-10，零件的轮廓尺寸不大，形状不是很复杂，为成批量生产模型，从减少加工难度来说，经查机制工艺手册，毛坯采用铸造成型。 因为零件形状并不复杂，但为减小加工时的切削用量和提高生产效率，节约毛坯材料，毛坯形状可以与零件形状接近。即外形做成台阶形，内部孔铸造出。 确定机械加工余量，及毛坯尺寸： 1）确定机械加工余量 （1）铸件质量：零件表面无明显的裂纹等缺陷。