机电专业课程设计 基于PLC的单轴控制系统

基于PLC的单轴控制系统

摘要

以步进电机为动力装置，使用PLC对其进行控制，滚珠丝杆作为传动装置，作为一单轴数控系统控制装置，对普通铣床进行简单的数控改造。

关键词单轴数控可程控制器滚珠丝杆步进电机导轨

行程开关

目录

一、课程设计目的 (3)

二、单轴数控控制系统的应用领域及特点 (4)

2.1单轴数控运动系统的基本概念 (4)

2.2单轴数控系统的应用领域 (4)

2.3单轴数控运动系统的特点 (6)

三、总体设计方案 (9)

3.1设计任务 (9)

3.2总体方案确定 (9)

四、机械部分选型及计算 (11)

4.1工作台外形尺寸及重量估算 (11)

4.2滚动导轨的参数确定 (11)

4.3滚珠丝杆的设计计算 (13)

4.4步进电机的选型 (18)

4.5步进驱动器的选型 (22)

4.6行程开关的选型 (23)

五、控制系统硬件设计 (24)

5.1PLC的选型 (24)

5.2PLC的接口设计及连线图 (26)

六、心得体会 (31)

七、参考文献 (33)

附录

一、课程设计目的

通过专业课学习后进行综合性实践性教学环节，总的目的是在老师的指导下使学生通过课程设计，对所学课程的理论知识进行一次系统的回顾、检查、复习和提高，并运用所学理论通过调研，设计一个机电控制方面的课题，受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力，具体有以下几点：

1.通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料的方法和能力。

2.通过回顾查阅课程理论知识、运用所学的基础课、专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案、分析具体问题、进行工程设计的能力。

课程设计将机电课程的相关内容有机结合起来，学生受到完整的设计训练过程，使学生掌握机电工程设计的基本方法，提高其分析和解决实际工程问题的能力，培养学生的整体观念，并将整个课程内容有机而系统的结合起来，通过拟定的设计方案、结构方案到结合生产和使用条件，独立完成精密机构部件的设计，全面考虑设计内容及过程，熟悉和运用设计资料，如国家级行业标准、设计规范等，加深对机电一体化系统设计的认识。

二、单轴数控控制系统的应用领域及特点

1.1 单轴数控运动系统的基本概念

单轴数控运动系统就是在一个时段内只能控制一个轴运动的运动系统，如点位数控运动系统和直线数控运动系统。在点位数控系统中，数控系统仅控制机床运动部件从一点尊却得移动到另一点，在移动过程中不进行加工。在直线数控系统中，除了控制运动部件从一个点到另一点的准确定位外，还要控制两点之间的运动速度和运动轨迹。在移动过程中，刀具只能以制定的进给速度切屑，且运动轨迹平行于机床坐标。

1.2 单轴数控系统的运用领域

单轴数控的应用范围很广，如钻床、拉床等，其特点是:机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的精确移动,即准确控制移动部件的终点位置, 在移动过程中刀具不切削工件。实现数控系统点位控制的方法。最常见的例如钻床类的摇臂钻床，它操作方便灵活、适用范围广、具有典型性，适用于单件中或批量生产中带有许多孔的大型零件的孔加工，我国摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器—接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如;时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC电

气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。

可编程逻辑控制器简称PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统，PLC之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。可靠性高，抗干扰能力强，编程方便，价格低，寿命长。与单片机相比，可靠性高、功能比较丰富、能在各种不同的控制场合使用，它的输入/输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本。现在应用于各种工业控制领域的PLC种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但她们具有以下一些共同的特点.

可靠性高。可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时，例如：西门子、ABB、松下三菱等微小型PLC，而且都有完善的自诊断功能，判断故障的迅速。

灵活组态。PLC是系列化产品。通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。

功能强大。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PTO运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此PLC几乎是全能的工业控制计算机。编程方便、易于使用。PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控制

流程图语言，使编程更加简单方便。

运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC的控制速度则由PLC与PC机之间的差别越来越小。

同时，PLC还具备了网络功能。能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络、可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证。

正是由于PLC电气控制系统的种种优点，可以大大提高单轴数控设备的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机，同时，提高了PLC编程水平和时间能力，为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。

1.3 单轴数控运动系统的特点

1.3.1 高速、高精密化

高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造