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1、鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育《機(jī)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WORD 2003版本格式的文檔，登陸學(xué)習(xí)平臺提交，并檢查和確認(rèn)提交成功（能夠下載，并且內(nèi)容無誤即為提交成功）。 一． 作業(yè)要求 請任選一題，認(rèn)真、獨立完成。 二． 作業(yè)內(nèi)容 三． 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：下圖為送料小車運行過程圖。當(dāng)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，翻斗門打開；7s

2、后小車向后運行，到后端，即壓下后限位開關(guān)后，打開小車底門，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(yuǎn)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 2）相關(guān)程序 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，若按下開始按鈕SB，則小車前行

3、，電機(jī)正轉(zhuǎn)， 2）小車到達(dá)當(dāng)運行至料斗下方時，Y410為ON，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止，打開料斗門，延時7S； 3）7S時間到，裝料完成，翻斗門關(guān)閉，小車后退，電機(jī)反轉(zhuǎn)； 4）返回至Y420處，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止，打開小車底門卸料, 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，如圖： 1、確定I/O設(shè)備 1）小車前行和后退需要一交流電機(jī)（電機(jī)的選擇要根據(jù)小車的最大載荷確定），電機(jī)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(dá)原位和料斗下方，需要兩個限位開關(guān)：Y

4、420原位，Y410料斗處； 3）為打開和關(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(jī)，繼電器通電則電機(jī)得電，門打開，繼電器斷電，則電機(jī)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接圖 1）I/O地址分配 2

5、） 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(kuò)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）件連線圖，如圖： 3） 繪制順序功能圖并編學(xué)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作方式，程序結(jié)構(gòu)如圖所示。選擇手動模式時，10.3為1，,10.4、10.5為0。10.3常閉點斷開，10.4、10.5常閉觸點均為閉合狀態(tài)，執(zhí)行手動程序，跳

6、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，10.3觸點閉合，10.4、10.5觸點斷開，使程序跳過手動程序而選擇執(zhí)行自動程序。 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 10.0啟動 10.1停止 LD 10.0 OM0.0AN 10.1=M0.0 Network2 //Y430送料小車前進(jìn) LDN T38A M0.0LD T41O Y430O 10.0ALDTON T38，100=Y430 Network3 //Y432送料小車卸料 LDNT38O Y432ALD=Y432

7、TONT39,10 Network4//Y420送料小車后退 LDN T40 A M0.0 LD T39 O Y420 ALD= Y420 TON T40，100 Network5// Y410送料小車裝料 LDN T41 A M0.0 LD T40 O Y410 ALD= Y410 TON T41，20 題目二 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計 1. 設(shè)計目的：通過對機(jī)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； 2. 設(shè)計內(nèi)容及要求： 要求根據(jù)機(jī)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

8、 2）相關(guān)程序 設(shè)計思路： 1、下圖是可編程控制器控制盤面板布置圖，其中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(jìn)、單周期、連續(xù)操作方式。 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(dāng)加載選擇開關(guān)打到左/右置時，按下啟動按鈕，機(jī)械手右行；若按下停止按鈕，機(jī)械手左行。用上述操作可使機(jī)械手停在原點。 接通I1.0是步進(jìn)方式。機(jī)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(jī)械

9、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(jī)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(dāng)按下停止按鈕，機(jī)械手完成此周期動作后自動回到原點并不再動作。 2、機(jī)械手的整體設(shè)計 機(jī)械手的整體設(shè)計包括單操作程序、步進(jìn)操作程序、自動操作的設(shè)計。 1）單操作程序 如下圖所示，此操作為單操作方式，即用按鈕操作對機(jī)械手的每一步運動單獨進(jìn)行控制。指令如下： 若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。 2）步進(jìn)操作程序 如下圖所示，此操作位步進(jìn)操作圖，即每按一次啟動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。

10、指令如下： 在連續(xù)操作方式下，可執(zhí)行自動操作程序。在步進(jìn)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(jìn)行。 3）自動操作 如下圖所示，此操作位自動操作，即按啟動按鈕，機(jī)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(jìn)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 機(jī)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(jī)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(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)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；

11、同時接通右移電磁閥，機(jī)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。若此時右工作臺上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)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；同時夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)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(jī)械手左移。左移到位時，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過八部動作完成了一個周期的動作 3、機(jī)械手的手動單步操作程序 1）機(jī)械手左行/右行 如下圖所示，I1.3為常開觸點，即左/右檔，I0.2為上線位置，它主要起上限安全連

12、鎖保護(hù)的作用，而機(jī)械手左行/右行兩個動作只能當(dāng)機(jī)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(jī)械手向右行；按下停止按鈕，通過控制左行電磁閥Q0.4，機(jī)械手向左行。程序指令如下： 2）機(jī)械手夾緊/松開 如下圖所示，I1.5為常開觸點，即夾/松加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“夾/送”檔，按啟動按鈕I0.0，過控制夾緊電磁閥，機(jī)械手執(zhí)行夾緊動作；按停止按鈕I0.6，機(jī)械手執(zhí)行松開工作。程序指令如下： 3）機(jī)械手上升/下降 如下圖所示，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，

13、按啟動按鈕I0.0，通過控制下降電磁閥，機(jī)械手執(zhí)行下降動作；當(dāng)按下停止按鈕I0.6，通過控制上升電磁閥，機(jī)械手執(zhí)行上升動作。程序指令如下 4、自動控制程序 1）機(jī)械手下降/夾緊 如下圖所示，PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位，并執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)EN有效時，把0輸出到SW0中。當(dāng)機(jī)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(jī)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(jī)械手執(zhí)行下降動作。當(dāng)機(jī)械手下降到底碰到下限位

14、開關(guān)時，I0.1接通，置位狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.2，同事將狀態(tài)S0.1清0，輸出繼電器Q0.0復(fù)位置1，于是機(jī)械手停止下降，而此時輸出繼電器夾緊電磁閥Q0.2得電，機(jī)械手執(zhí)行夾緊動作。程序指令如下 2）機(jī)械手上升和右行 如下圖所示，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(dāng)前值從0開始遞增，當(dāng)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(dāng)前值最大值3276.7S。使能端無效（斷開）時，定時器復(fù)位。當(dāng)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

15、器上升電磁閥Q0.1得電，機(jī)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(dāng)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(jī)械手執(zhí)行右行動作。程序指令如下： 3）機(jī)械手的下降和松開 如下圖所示，當(dāng)機(jī)械手右行至右限限位開關(guān)時，I0.3接通，Q0.3失電，機(jī)械手停止右行，如此時接通無工件檢測開關(guān)I0.5，則轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)移到S0.5，同時將狀態(tài)S0.4清0，而Q0.0再次得電，機(jī)械手執(zhí)行下降動作，當(dāng)機(jī)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S0.6，同時將狀態(tài)S0.5清0，

16、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(jī)械手停止下降，執(zhí)行松開動作。程序指令如下： 4）機(jī)械手上升和左行 如下圖所示，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(dāng)前值從0開始遞增，當(dāng)大于或等于預(yù)置值（PT）15時，定時器輸出狀態(tài)位1（輸出觸頭有效時），當(dāng)前值最大值為3276.7S。使能端無效（斷開）時，定時器復(fù)位。當(dāng)定時器T38開始時，延時1.5S后，接通T38常開觸點將狀態(tài)S0.7置1，同時將工作狀態(tài)S0.6清0，而輸出繼電器上升電磁Q0.1得電，機(jī)械手執(zhí)行上升動作。行至限位開關(guān)位置，上限限位開光I0.2接通，狀

17、態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.1，同時將狀S0.7清0，上升電磁閥Q0.1失電，機(jī)械手停止上升，而左行電磁閥Q0.4得電，機(jī)械手執(zhí)行左行動作。程序令如下 5）機(jī)械手回零 如下圖所示，當(dāng)機(jī)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S0.1，同時將狀態(tài)S0.7清0，上升電磁閥Q0.1失電，機(jī)械手停止上升，而左行電磁閥Q0.4得電，機(jī)械手執(zhí)行左行動作。當(dāng)機(jī)械手到達(dá)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)，M0.1置1，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移回到S0.1，重復(fù)執(zhí)行自動程序。若為單周期操作方式，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.0，則機(jī)械手停在原點。程序指令如下 題目三 數(shù)控加工中心刀具庫的

18、自動控制系統(tǒng)設(shè)計 1. 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； 2. 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。針對原有功能的的不足提出自己的改進(jìn)方法。對位成功的進(jìn)行指示燈閃爍提示，調(diào)取不是當(dāng)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佳刀盤轉(zhuǎn)動方向，以提高取刀效率。 改進(jìn)后的基本特征： 1）當(dāng)機(jī)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(dāng)機(jī)械手位置>程序調(diào)取刀號位，刀具盤

19、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(dāng)機(jī)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(jī)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、寄存器D0；機(jī)械手當(dāng)前位置寄存器。 2、寄存器D1；程序刀號寄存器。 3、寄存器D3；偏差寄存器。 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 刀盤取刀示意圖： 如下圖所示，以1號刀位在機(jī)械手位置處為例。 1）調(diào)取當(dāng)前刀號。機(jī)械

20、手在1號刀位D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)前刀號，D0=K1，兩值比較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。 2）調(diào)取2（或3、4）號刀。機(jī)械手在1號位D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取2號刀，D1=K2，兩值比較D0K3，M10動作， 刀盤逆轉(zhuǎn)。如下圖所示： 4） 如下圖所示，調(diào)取5（或6）號刀，機(jī)械手在1號位置D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取5號刀，D1=K5，兩值比較D0

21、 指令表： 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(jī)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(jìn)行數(shù)控改造。利用微型計算機(jī)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制．縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm／脈沖．橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm／脈沖，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，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(jī)的選取 2）相關(guān)硬件電路圖 一、伺服控制系統(tǒng)的選擇（半

22、閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖所示） 半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖 二、機(jī)械部分改造 1.床頭箱部分 保留主軸箱內(nèi)的滑移齒輪，取消操作手柄。將原床身的掛輪、進(jìn)給箱及內(nèi)部傳動齒輪系統(tǒng)去除，其余部分保持不變。在該處安裝縱向伺服電動機(jī)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部分。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(jī)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(jī)床主動掛輪處。這種安裝方式較簡單，易安裝。 2.進(jìn)給系統(tǒng)（橫向）的改造 將車床溜板箱拆除，在原處安裝

23、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、螺母拆除，在該處安裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副，伺服電機(jī)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(jī)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(bǔ)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，其工程直徑0d=25mm，基本導(dǎo)程0L=5mm。滾珠絲杠的支承方式選用兩端固定式，其傳動精度高，并有較好的剛度。

24、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，可去Z1=24，則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(jī)床進(jìn)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隙，就會使進(jìn)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(jī)床進(jìn)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)如下圖所示： 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

25、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(jī)時應(yīng)考慮以下幾點：a、慣量匹配，即0.25≤Jd/Jm≥1，其中Jd為折算到電動機(jī)的負(fù)載慣量，Jm為電動機(jī)轉(zhuǎn)到慣量。b、轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)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(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)加減速轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)以上原則，取電動機(jī)型號為1FT5066-OA01△ 3.導(dǎo)軌及刀架改造 因原機(jī)床的導(dǎo)軌精度不能滿足數(shù)控機(jī)床的要求。但改造的原則是盡量保持原機(jī)床的部件。故只能將導(dǎo)軌加以利用

26、。導(dǎo)軌表面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?；剞D(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。 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)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(jìn)行

27、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機(jī)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)為之后具有高的重復(fù)定位精度（一般位0.001～0.005mm）。 考慮經(jīng)濟(jì)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)計成螺旋升降式四房回轉(zhuǎn)刀架。 三、數(shù)控系統(tǒng)的選擇 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)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?，F(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)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(jì)型數(shù)控車床，只要滿足設(shè)計要求功能及精度即可。通過比較，

28、國內(nèi)的華中數(shù)控系統(tǒng)步進(jìn)能達(dá)到要求，并且價格便宜，是數(shù)控機(jī)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)。 四、結(jié)論 經(jīng)過改造后的機(jī)床如下圖所示： 題目五 雙坐標(biāo)十字滑臺設(shè)計及控制 1.設(shè)計目的：加深理解和掌握機(jī)電一體化、計算機(jī)接口技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等課程的基本知識，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(dāng)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動

29、的開環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其單向驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示： 計算動載荷Cj 表3 1. 計算載荷 根據(jù)Ca選擇滾珠絲杠副 根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》，滾珠絲杠副額定動載荷Ca等于或者大于Ca的原則，選用得絲杠副數(shù)據(jù)： 電機(jī)的初選 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核 題目六 四工位組合機(jī)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(jī)床課程設(shè)計,對所學(xué)課程理論知識進(jìn)行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習(xí)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)

30、計內(nèi)容及要求： 四工位組合機(jī)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(jī)械手和進(jìn)料器四個輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)共四部分。工藝要求為由上料機(jī)械手自動上料，機(jī)床的四個加工動力頭同時對一個零件進(jìn)行加工，一次加工完成一個零件，通過下料機(jī)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(jī)械系統(tǒng)元件選擇 2）相關(guān)硬件電路圖 控制流程 當(dāng)按下啟動按鈕后，上料機(jī)械手向前，將零件送到夾具上，夾具夾緊零件，進(jìn)料裝置進(jìn)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

31、下來下料機(jī)械手向前抓住零件，夾具松開，下料機(jī)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(jī)床能以手動、半自動、全自動三種工作方式工作。全自動工作方式為一個工作循環(huán)結(jié)束后，自動進(jìn)入下一個工作循環(huán)；半自動工作方式為一個工作循環(huán)結(jié)束后，機(jī)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 1.設(shè)計要求 （1）主軸電動機(jī)單方向起動，要求有過載及短路保護(hù)。 （2）液壓泵電動機(jī)單方向起動，過載及短路保護(hù)。 （3）冷卻泵電動機(jī)單向工作，過載及短路保護(hù)。 2.元件選用 根據(jù)上面要求，要選用三臺電動機(jī)： 3、作出草圖如下 二、控制電路設(shè)計 1.設(shè)計要求： 主軸電動機(jī)M1

32、和液壓泵電動機(jī)M2可以同時起停，也可以單獨起停。要求在動力頭工作進(jìn)給時，冷卻泵電動機(jī)M3才接通，但也可以隨時調(diào)整。 2.元件選用： 3、工作原理 3. 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。 （2）輸出信號（共27個）。其中：YV為電磁閥；KM為接觸器；HL為指示燈 3）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 （4）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(jī)型，將輸入輸出元件分配到PLC的輸入輸出接口。根據(jù)

33、本文所給的輸入輸出元件可列下表 輸入輸出信號地址表 4. 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的輸入點大部分是共點式，即所有輸入點具有一個公共端COM。 I/O電氣接口圖如下圖所示： 5. 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、檢查元件YJ5個、行程開關(guān)SQ12個，選擇開關(guān)1個，基于對機(jī)床工作方式的控制要求，面板上應(yīng)設(shè)有選擇開關(guān)ISA、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

34、機(jī)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(jī)床的啟動，停止及潤滑故障的處理控制，應(yīng)在操作面板上設(shè)有按鈕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)操作面板如下圖所示： 控制系統(tǒng)操作面板圖 6. 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(jī)床的動作順序及每步所完成的任務(wù)，可得工作循環(huán)流程圖圖下圖所示： PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖 7. 設(shè)計PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序 初始化程序見下圖： 設(shè)計PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序 顯示

35、程序：根據(jù)機(jī)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如下圖： PLC控制系統(tǒng)手動及顯示梯形圖程序 梯形圖程序請見下圖： PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序 題目七 X-Y工作臺機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)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(jī)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150100mm2的印刷電路板上許多孔，最大孔徑可達(dá)6mm。 3、

36、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： 總體框圖如下圖所示： X-Y工作臺系統(tǒng)總體框圖 一、系統(tǒng)軟件設(shè)計 1.主流程圖 在等待終端的過程中，如果有中斷到來，先檢查中斷0的狀態(tài)，是中斷0則進(jìn)中斷0的中斷服務(wù)INTOIS，是中斷1則進(jìn)入中斷1的中斷服務(wù)INTIIS。 中斷服務(wù)0是由4個行程開關(guān)觸發(fā)的，它觸發(fā)后通過單片機(jī)讀取PA口內(nèi)容，然后將結(jié)果反饋到PB口的LED上。 中斷服務(wù)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(fù)方向運行，手動Y正方向運行，手動Y負(fù)方向運行，復(fù)位和繪制圓弧。 2. INT0中斷服務(wù)流程圖 RETI 3. INT1中斷服務(wù)流程圖 中斷服務(wù)流程圖如下 4. 復(fù)位程序流程圖 5. X軸電機(jī)點動正轉(zhuǎn)程序流程圖 這是X軸電機(jī)點動正轉(zhuǎn)的程序，其他的X軸電機(jī)點動反轉(zhuǎn)、Y軸電機(jī)點動正轉(zhuǎn)、Y軸電機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)依此類推。 6. 繪制圓弧程序流程圖