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1、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、，電機正轉(zhuǎn)， 2）小車到達當(dāng)運行至料斗下方時，Y410為ON，電機停轉(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，電機反轉(zhuǎn)； 4）返回至Y420處，電機停轉(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（電機的選擇要根據(jù)小車的最大載荷確定），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)：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，繼電器通電則電機得電，門打開，繼電器斷電，則電機失電，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 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 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 1. 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； 2. 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

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、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，機械手右行；若按下停止按鈕，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

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，機械手完成此周期動作后自動回到原點并不再動作。 2、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。 1）單操作程序 如下圖所示，此操作為單操作方式，即用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制。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）步進操作程序 如下圖所示，此操作位步進操作圖，即每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。

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。 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 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；

11、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。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。左移到位時，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、機械手的手動單步操作程序 1）機械手左行/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、鎖保護的作用，而機械手左行/右行兩個動作只能當(dāng)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： 2）機械手夾緊/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，機械手執(zhí)行夾緊動作；按停止按鈕I0.6，機械手執(zhí)行松開工作。程序指令如下： 3）機械手上升/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，機械手執(zhí)行上升動作。程序指令如下 4、自動控制程序 1）機械手下降/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(dāng)機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 2）機械手上升和右行 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，機械手執(zhí)行右行動作。程序指令如下： 3）機械手的下降和松開 如下圖所示，當(dāng)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，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，機械手執(zhí)行下降動作，當(dāng)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，于是機械手停止下降，執(zhí)行松開動作。程序指令如下： 4）機械手上升和左行 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。程序令如下 5）機械手回零 如下圖所示，當(dāng)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S0.1，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(dāng)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)，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方法。對位成功的進行指示燈閃爍提示，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。 改進后的基本特征： 1）當(dāng)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(dāng)機械手位置>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、寄存器D0；機械手當(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號刀位在機械手位置處為例。 1）調(diào)取當(dāng)前刀號。機械

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(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 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，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隙，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為折算到電動機的負載慣量，Jm為電動機轉(zhuǎn)到慣量。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)以上原則，取電動機型號為1FT5066-OA01△ 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。但改造的原則是盡量保持原機床的部件。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。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。 回轉(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

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)的不斷發(fā)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?，F(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)步進能達到要求，并且價格便宜，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)。 四、結(jié)論 經(jīng)過改造后的機床如下圖所示： 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電機驅(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)： 電機的初選 步進電機轉(zhuǎn)矩校核 步進電機轉(zhuǎn)矩校核 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)共四部分。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(dāng)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

31、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。全自動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)；半自動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 1.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。 2.元件選用 根據(jù)上面要求，要選用三臺電動機： 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M1

32、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。 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150100mm2的印刷電路板上許多孔，最大孔徑可達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則進中斷0的中斷服務(wù)INTOIS，是中斷1則進入中斷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. 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軸電機點動正轉(zhuǎn)程序流程圖 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軸電機電機反轉(zhuǎn)依此類推。 6. 繪制圓弧程序流程圖