X-Y工作台伺服控制系统设计 - 图文(2)

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随着现代工业设备的自动化，越来越多的工厂设备采用PLC。因为此自动化程度越来越高。电路控制技术随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中。为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担。要求整个生产工艺全程自动化，这就离不开控制系统。

未来展望，21世纪。PLC会有更大的发展，从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、储存容量更大、智能更强的品种出现：从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

1.4 课题研究目的

1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握X-Y工作台伺服系统的基本及其相关知识，学习总体方案德尔拟定。分析与比较的方法。

2、通过对机械系统的设计，掌握常用电机的工作原理、计算方法与控制驱动方式。 3．掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制方式。

4、培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想。 5、锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力。

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第2章 确定课题设计方案

总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。

2.1系统运动方式的确定

该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。

2.2伺服系统的选择

开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于

没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。

.考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。

2.3算机系统的选择

采用三菱FX2N系列PLC。其主要特点是，实时性好.可靠性好，功能强，速度快，性价比高,模块化.安装简单.维修方便。

2.4 X—Y工作台的传动方式

为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。

由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。

考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图如下:

图2.1 总体构思图

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X向工作台 光电隔功率放步进 电机 P 离 大 L C 光电功隔率步进 电机 Y向工作台 离放 大 图２.2 系统总体框图

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第3章 机械结构设计

机械部分设计内容包括：运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。

3.1 工作台外形尺寸及重量初步估算

根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。 取X向导轨支撑钢球的中心距为110mm,Y向导轨支撑钢球的中心距为100mm,设计工作台简图如下:

图3.1工作台简图

X向拖板(上拖板)尺寸为:

长*宽*高=120*110*30

重量:按重量=体积*材料比重估算为:

Wx= 120×110×30×10-3×7.8×10-2=31mm3 Y向拖板(下拖板)尺寸为: 120×100×30=36000

WY=120×100×30×10-3×7.8×10-2=28mm3 上导轨(含电机)重量为

(250×140×8+2×200×35×30)×7.8×10-2×10-3=55N

夹具及工件重量:约150N

X-Y工作台运动部分总重量为:W=31+28+55+150=264N

3.2 滚动导轨副的计算、选择

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根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般运行状况)，3.0~5.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受中等冲击,因此取fsL?4.0

CXY=Fslpxy Pxy=0.5×(FZ+WXY) Px=0.5×(1000+31)=515.5N PY=0.5×(1000+28)=514N Cox=Fslpx=4×515.5=2062N CoY=FslpY=4×514=2056N

根据计算额定静载荷初选导轨:

选择GGA系列滚动直线导轨,其型号为: GGA16AA2P2×480×E×J 基本参数如下:

额定载荷/N 动载荷 静载荷 静态力矩/N*M 滑座重量 导轨重量 导轨长度 L (mm) TA 198 TB TC Kg Kg/m Ca 3800 Co 5000 滑座个数 M 4 198 288 0.60 单向行程长度 3.1 480 每分钟往复次数 lS 0.6 表3.1 滚动导轨参数图

n 4 导轨的额定动载荷Ca=3800N …… 此处隐藏：489字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……