螺母丝杠电动滑台设计

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
图一 步进电机
其具体参数为
表一表二螺母丝杠(de选择丝杠螺母机构又称螺旋传动机构,它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动.
按照摩擦性质还有滑动(摩擦)丝杠螺母机构和滚动(摩擦)丝杠螺母机构之分.
滑动丝杠螺母机构:结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能,但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30%-40%).
螺母(de)有效行程为300mm,由于滑台采用轴承进行两端固定,可取轴承之间(de)距离为400mm.加上轴承安装长度和与联轴器(de)连接长度,取丝杠(de)长度为450mm.
联轴器(de)选择
滚珠丝杠与电机连接时中间必须加装联轴器以达到柔性连接.
联轴器是用来联接不同机构中(de)两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩(de)机械零件.联轴器由两半部分组成,分别与主动轴和从动轴联接.
设计内容
计算说明
结论
一.课题介绍
名称:螺母丝杠电动滑台设计
要求:设计一个丝杠螺母电动滑台,由步进电机带动,带位置检测功能.
具体要求:
1.螺母(de)平移速度10mm/s-100mm/s可调.
2.螺母最大行程300mm.
3.电机采用端面安装形式,用联轴器连接电机输出轴丝杠.
设计要求:
螺母前进到尽头后,停5秒钟;然后电机反转(可由脉冲方向实现),到尽头后,停2秒钟;然后电机正转.如此循环下去.
联轴器种类繁多,按照被连接两轴(de)相对位置和位置(de)变动情况,可以分为:①固定式联轴器;②可移式联轴器.
联轴器有些已经标准化.选择时先应根据工作要求选定合适(de)类型,然后按照轴(de)直径计算扭矩和转速,再从有关手册中查出适用(de)型号,最后对某些关键零件作必要(de)验算.
在本次设计中要使用步进电机作为驱动装置,而步进马达能在低速区域时传达高扭矩,适用于高精度(de)定位.
在此次设计中选择丝杆(de)导程为5mm,所以丝杠每秒需转2圈—20圈;又因步进电机与丝杆使用联轴器连接(de),所以他们(de)传动比i为1,所以步进电机也需要每秒转720度—7200度.
在本次设计中,选用(de)是两相混合式步进电机,两相步进角一般为度即步进电机一个脉冲转度,也就是说步进电机每秒转720度-7200度分别需要400个—4000个脉冲,即给200个脉冲可使步进电机转动一圈,由此可算出步进电机(de)脉冲当量为5/200=脉冲.
PLC控制
I/O分配
因采用PLC控制,需分配其I/O口,它决定着系统如何工作,该系统(de)I/O口分配如下表所示.
表三
输入地址号
信号名称
执行器
X0
电机正转
常开按钮1
X1
电机停止
常开按钮2
X2
电机脱机
常开按钮3
表四
输出地址号
信号名称
Y0
脉冲输出
Y1
控制方向
Y2
脱机
I/O口接线图
该系统PLC(de)I/O口接线图如下图所示.
进给速度控制
伺服机构(de)进给速度取决于步进电机(de)转速,而步进电机(de)转速取决输入(de)脉冲频率;因此可以根据该工序要求(de)进给速度,其PLC输出(de)脉冲频率:f=V/60d(Hz).式中V——伺服机构(de)进给速度(mm/min),d——伺服机构(de)脉冲当量(mm/脉冲).
因为联轴器与螺母丝杠副悬空需用一垫块来固定,垫块与底座要用一内六角圆柱螺钉来固定;
螺母丝杠上有一螺母,螺母稍小需套上一个螺母座,螺母座上装滑台,同时滑台(de)长度也需要能够覆盖在光杆上,与光杆上(de)螺母进行连接,方便导向,螺母座与滑台(de)连接固定也需内六角圆柱螺钉;
同理在螺母丝杠副(de)右端也需要一固定端垫块来使其悬空,其与垫块(de)连接要用内六角圆柱螺钉来连接;
PLC是一种可编程(de)控制器,相当于一种控制设备,主要用于工业自动化等领域,大都采用梯形图编程,也可以用组态软件.其特点是非常可靠.
在学习过程中,PLC与单片机相比,PLC更简便一些,所以在本次设计中选择PLC来控制步进电机,从而达到控制滑台往复循环.
在本次设计中PLC需通过高速脉冲来控制步进驱动器进行位置控制,在小型(de)PLC中脉冲信号(de)输出可通过PLC内置(de)高速脉冲输出口输出,其中三菱(de)FXPLC(de)FX2N系列就规定了Y0,Y1位高速脉冲输出口,脉冲(de)频率和脉冲树木直接控制电动机进行位移.(其中因为高速脉冲(de)(de)频率都比较高,所以必须选择晶体管性输出(de)PLC).
(2)丝杠转动、螺母移动.需要限制螺母(de)转动,故需导向装置.其特点是结构紧凑、丝杠刚性较好,工作行程大,在机电一体化系统中应用较广泛.
(3)螺母转动、丝杠移动.需要限制螺母移动和丝杠(de)转动,由于结构较复杂且占用轴向空间较大,很少应用.
(4)丝杠固定、螺母转动并移动.结构简单、紧凑,但在多数情况下,使用极不方便,很少应用.
滚珠丝杠螺母机构:结构复杂、制造成本高,无自锁功能,但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92%-98%).
因此在本次设计中使用滚珠丝杠螺母.
丝杠螺母机构(de)传动形式有:
(1)螺母固定、丝杠转动并移动.因螺母本身起着支承作用,消除了丝杠轴承可能产生(de)附加轴向窜动,结构较简单,可获得较高(de)传动精度.但其刚性较差,因此只适用于行程较小(de)场合.
图七
驱动器与步进电机(de)连接
注:当步进电机连接到驱动器时,先确认电机电源已关闭;确认为使用(de)电机引线未与其他物体发生短路;在驱动器通电期间,不能断开电机;不要将引线接到地上或电源上.
本次使用型号为28BYGH201(de)一款电动机,其与电机(de)连接部分如下图所示:
图八
其具体接线图如下图所示:
图九
驱动器与PLC(de)连接
图十
行程控制
滑台(de)行程正比步进电机(de)总转角,因此只要控制步进电机(de)总转角即可.由步进电机(de)工作原理和特性可知步进电机(de)总转角正比于所输入(de)控制脉冲个数;因此可以根据伺服机构(de)位移量确定PLC输出(de)脉冲个数:n=L/d.式中L——伺服机构(de)位移量(mm),d——伺服机构(de)脉冲当量(mm/脉冲)
因此可大概知晓滑台(de)控制系统实物图连接如下所示
图五 控制系统
在本次设计中使用(de)驱动器为MSST5/10-Q驱动器,其实物如下图所示
图六 驱动器
(1)MSST5/10-Q驱动器适用24V-80V电源,在本次设计中考虑到PLC使用24V电源;
(2)将电源“+”端连接至驱动器上标有“V+”(de)端口上,电源“-”连接至驱动器上标有“V-”(de)端口上,底座上(de)姐弟螺钉应与大地相连.如下图所示:
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式(de)优点.它又分为两相和五相:两相步进角一般为度而五相步进角一般为 度.
因此在本次设计中使用混合式步进电机,其步进角为度.又因为在本次设计中四缸(de)行程只有300mm不算大,所以可以选择常州宝来公司型号为28BYGH201(de)一款电动机.如下图所示:
2.2步进电机(de)选择
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移(de)执行机构.当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定(de)方向转动一个固定(de)角度(称为“步距角”),它(de)旋转是以固定(de)角度一步一步运行(de).可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位(de)目(de);同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动(de)速度和加速度,从而达到调速(de)目(de).
本设计选择滑台(de)平移速度为50mm/s,由于螺母最大行程为300mm,则前进一次需要6秒.已知导程为5mm,则丝杠每秒需要转动10圈(50mm/s/5),所以需要给步进电机每秒2000个脉冲(即频率),所以滑台向前移动至限位开关处需要给步进电机20006=12000个脉冲.(或用n=L/d)根据输入脉冲(de)多少可以计算出在这一次直线运动中螺母(de)具体位置,实现位置检测功能.PLC输出脉冲频率:f=V/60d,即f=50/(60=2000Hz.
进给方向控制
进给方向控制即步进电机(de)转向控制.步进电机(de)转向可以通过改变步进
电机各绕组(de)通电顺序来改变其转向,因此可以通过PLC输出(de)方向控制信号改变硬件环行分配器(de)输出顺序来实现,或经编程改变输出脉冲(de)顺序来改变步进电机绕组(de)通电顺序实现.
由题目要求可知:螺母(de)平移速度为10mm/s—100mm/s,且在设计中使用(de)是滚珠丝杆转动一周螺母移动(de)距离为一个螺距距离,所以可知滑台(de)平移速度也为10mmm/s—100mm/s.
现在比较常用(de)步进电机包括多段反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机等.
反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为度,但噪声和振动都很大.反应式步进电机(de)转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导(de)变化产生转矩.
永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为度 或15度.
因此在本次设计中可以选择丝杠转动、螺母移动(de)传动形式.
当丝杠作为主动体时,螺母就会随丝杠(de)转动角度按照对应规格(de)导程转化成直线运动,被动工件可以通过螺母座和螺母连接,从而实现对应(de)直线运动.
滚珠丝杠螺母间因无间隙,直线运动时精度较高,尤其在频繁换向时无需间隙补偿.滚珠丝杠螺母间摩擦力很小,转动时非常轻松.
按下停止按钮,电机马上停止(电机(de)轴锁住).
按下脱机按钮,电机(de)轴松开.
二.设计方案选择
PLC(de)选择
本设计可采用PLC与单片机来控制滑(de)往复循环,而单片机是一种芯片,在一定场合,配合外围电路,可以用来设计所需要(de)各种功能,大都用汇编语言、C语言等来开发嵌入式软件,可应用于各种领域.
为了方便起见本次设计中选用一款挠性联轴器如下图所示
图二 联轴器
三.机械部分设计
机械结构大体为电动机、联轴器、滚珠丝杠副、光杆、滑台等组成.
电动滑台(de)所有机构需要在一个底座上进行安装.
电动机需安装在一电机支撑上,使电动机固定;
电机支撑需要用内六角圆柱螺钉与底座连接;
电动机(de)轴与联轴器(de)左端连接,联轴器(de)右端直接与丝杠连接;
光杆(de)安装需与螺母丝杠副(de)丝杠平行,用支撑单元安装在固定端垫块上来使其与丝杠在同一水平面上.
图三 机械结构
四.控制部分设计
驱动器(de)连接
图四
图中控制器为发出位置控制命令(de)装置,其主要作用是通过编制程序下达控制指令,是步进电机按照控制要求完成位移和定位,在本次设计中控制器选择了PLC;驱动器又称放大器,作用是把控制器送来(de)信号进行功率放大,用于驱动电机运转,可以说驱动器是集功率放大和位置控制为一体(de)智能装置,其中驱动器又与电源连接来为整个系统供电.
图十一
图十二
图十三
PLC控制步进驱动器进行位置控制有下列4种方式:通过I/O方式进行控制;通过模拟量输出方式进行控制;通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制.通过高速脉冲进行位置控制,是比较常用(de)方式.
在小型PLC中,脉冲信号(de)输出也有两种方式.一种是通过 PLC内置(de)高速脉冲输出口输出口输出.三菱FX PLC(de)FX2N系列规定了Y0,Y1为高速脉冲输出口,脉冲(de)频率和脉冲数目直接控制驱动器进而控制电动机进行位置控制,PLC(de)这些脉冲输出点一旦被指定为高速脉冲输出口,就不能再作他用.由于高速脉冲(de)频率都比较高,所以,必须选用晶体管型输出(de)PLC,否则将不能正常工作.另外一种,脉冲输出方式是通过所开发(de)定位控制模块(1PG)输出高速脉冲,位置控制模块为扩展模块,本身不具有单独控制功能,必须配合控制器(三菱 FX PLC)才能使用.
滚珠丝杆转动一周螺母移动(de)距离为一个螺距距离,如果是丝杠每转一周螺母移动四个(或五个)螺旋线(de)距离,那么表示该丝杠是四线(或五线)丝杠,俗称四头(或五头)丝杠.一般小导程滚珠丝杠都采用单线,中,大或超大导程采用两线或多线.
在本次设计中只是设计一个小型(de)电动滑台,因此在本次设计中滚珠丝杆转动一周螺母移动(de)距离为一个螺距距离.在设计要求中指出螺母(de)最大行程为300mm,所以丝杆(de)长度至少要大于300mm.
相关文档
最新文档