基于机械设备装调与控制系统应用大学论文.docx

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基于机械设备装调与控制系统应用大学论文

河南职业技术学院

毕业设计（论文）

题目基于机械设备装调与控制系统应用

系（分院）机电工程系

学生姓名

学号

专业名称机电一体化技术

指导教师

2017年02月20日

河南职业技术学院机电工程系（分院）

毕业设计（论文）任务书

姓名

专业

机电一体化技术

班级

机电142班

毕业设计（论文）

题目

基于机械设备装调与控制系统应用

毕业设计（论文）选题的目的与意义

目前随着计算机技术、电子技术的飞速发展，对机械设备的控制要求也越来越高，高精度、高效率、高质量是机械行业发展的方向，因此，控制系统在机械设备中起到至关重要的作用。

本文主要进行西门子的可编程序控制器的十字滑台控制系统，转塔控制系统，冲孔控制系统的设计。

通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程序控制器来控制步进电机,伺服电机，以达到机械设备协调的工作效果。

毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）

1.彭文生等主编.机械设计.第1版.北京：

高等教育出版社，2002  

2.唐增宝等主编.机械设计课程设计.第1版.武汉：

华中科技大学出版社，2006

3.吴宗泽主编.机械零件设计设计受册[M].第1版.北京：

机械工业出版社，2004

4.廖常初《FX系统PLC编程及应用》高等教育出版社2005

5.陈宇：

《可编程序控制器基础及编程技巧》，华南理工大学出版社，1999

毕业设计（论文）工作进度计划

2016年11月20日接受《毕业论文任务书》，根据要求在图书馆查阅相关书籍并通过互联网收集相关资料

2016年12月1日~2017年1月20日整理收集到的资料

接受任务日期年月日

要求完成日期年月日

学生签名：

年月日

指导教师签名：

年月日

系（分院）

主任（院长）签名：

年月日

毕业设计（论文）指导教师评阅意见表

姓名

学号

1410101133

性别

男

专业

机电一体化技术

班级

机电142班

毕业设计（论文）

题目

基于机械设备装调与控制系统应用

评

阅

意

见

成绩

指导教师签字

年月日

毕业设计（论文）答辩意见表

姓名

学号

1410101133

性别

男

专业

机电一体化技术

班级

机电142班

毕业设计（论文）

题目

基于机械设备装调与控制系统应用

答辩时间

地点

答辩

小组

成员

姓名

职称

学历

从事专业

组长

成员

秘书

答

辩

小

组

意

见

答辩成绩：

答辩小组组长签名：

年月日

基于机械设备装调与控制系统应用

摘要:

目前机械设备的组成基本上由动力源、执行机构、传动装置、检测及传感器部分、控制系统等五部分组成，随着计算机技术、电子技术的飞速发展，对机械设备的控制要求也越来越高，高精度、高效率、高质量是机械行业发展的方向，因此，控制系统在机械设备中起到至关重要的作用本文主要进行西门子的可编程序控制器的十字滑台控制系统，转塔控制系统，冲孔控制系统的设计。

通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程序控制器来控制步进电机,伺服电机，以达到机械设备协调的工作效果。

关键字：

PLC；控制技术；十字滑台 

十字滑台是许多数控加工设备和电子加工设备的重要组成部分，如数控机床的纵横进刀装置，现在我国的工业朝着智能化的方向，而利用PLC控制具有可靠性高抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，系统的设计,工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低的优点。

1、机械设备系统介绍

（1）系统的介绍

机械设备主要是由送料部件（十字滑台），转塔部件，机械式冲料部件，冲压模具组成，通过链传动，齿轮传动等传动。

十字滑台主要由滚珠丝杠螺母副、直线导轨副、导轨定位块、导轨压紧块、底板、中滑板、中立板、上滑板、轴承座、螺母固定座、角接触轴承7202AC、深沟球轴承6202-2RZ、电机支架、伺服电机、等高块、端盖、夹手、垫片等组成。

转塔部件主要由上模盘、下模盘、上模盘轴、下模盘轴、下模盘底板、上模盘固定轴、下模盘固定轴、圆锥滚子轴承（30213、32011）、上、下模盘气缸支架、链轮轴轴承座、轴承座垫块、步进电机底座、分度盘原点检测块、08B49大链轮、08B19小链轮等组成。

机械式冲料部件主要由冲床床身板、冲床底板、大齿轮、小齿轮、大带轮、大带轮锁紧螺母、小带轮、轴承座套、角接触轴承（7205AC）、深沟球轴承（6203-2RZ、6305-2RZ、6303-2RZ、61906-2RZ）、轴承预紧力隔环、端盖、曲轴、轴瓦、轴瓦套、支架、电机座、卸荷式带轮装置、电磁离合器、电磁制动器等组成。

（2）机械设备工作原理及方法

十字滑台是由两组直选滑台的按照X轴方向和Y轴方向组合，通常也称为直角机器人、坐标轴滑台、XY轴滑台。

工业上常常以横向表示X轴，另一个轴向就是Y轴。

X轴的中点与Y轴重合时，外观上看起来是中文中的“十”字，十字滑台的名称也由此而来。

十字滑台的工作原理是通过一组直线滑台固定在另一组滑台的滑块上。

十字滑台的结构主要取决于其组成元素——直线滑台的结构。

即十字滑台的结构主要分为两种：

同步带结构和丝杆结构。

转塔，即转塔头，直接安装在机床主轴前，由机床驱动，也可以安装在机床的多个侧面，执行多轴运动，输出端可以安装二至六个具有中心内冷功能的更换式主轴，能够执行钻孔，攻螺纹，镗削，铣削。

　机械式冲料部件由PLC控制的交流电机控制。

（3）送料机构（十字滑台）的机械装配

1、装配前，安装面应清理

2、测第一根导轨与基准面的平行度

1）用深度游标卡尺测量导轨与基准面距离，使导轨各点到基准面A的距离基本一致。

2）将杠杆式百分表吸在直线导轨的滑块上，百分表的测量头接触在基准面上，沿直线导轨滑动滑块，使得导轨与基准面之间的平行度符合要求，将螺丝打紧固定导轨。

3）导轨定位块的安装：

打紧导轨固定装置使导轨贴紧导轨基准块。

如果导轨与基准块不能贴牢，则在导轨与基准块之间加入铜垫片。

3、测第二根导轨与第一根导轨的平行度

1）用游标卡尺测量两导轨之间的距离，将两导轨各点的距离调整到基本一致。

2）以已安装好的导轨为基准，将杠杆式百分表吸在基准导轨的滑块上，百分表的测量头接触在另一根导轨的侧面，沿基准导轨滑动滑块，使得两导轨之间的平行度符合要求，将导轨固定装置打紧固定导轨。

4、滚珠丝杠的安装

1）用M6×20不锈钢内六角螺钉将丝杆螺母支座

（一）固定在丝杆的螺母上。

2）将两个角接触轴承和深沟球轴承安装在丝杆的相应位置上。

安装两角接触轴承之前，应先把轴承座透盖装在丝杆上。

3）将丝杆安装在轴承座上。

用塞尺检测端盖与轴承座的间隙（选用深度尺测量轴承座端面与轴承间距离，在测量法兰盘凸台高度也正确），选择一种厚度最接近间隙大小的青稞纸垫片（选择青稞纸垫厚度，不应超过塞尺厚度），安装在端盖与轴承座之间。

4）测量滚珠丝杠与导轨的平行度，用百分表加百分表转接头测量丝杆的侧母线，使丝杠与导轨平行，并打紧轴承座螺丝，将轴承座固定。

5、中立板导轨、丝杠的装配完成中滑板上丝杆与导轨的装配。

6、底板和中滑板的装配

1）将四个等高块放在导轨滑块上，调节导轨滑块的位置

2）将中滑板放在等高块上调整滑块的位置，用M4×70螺丝将等高块和中滑板固定在导轨滑块上。

用杠杆百分表测量中滑板各处是否等高。

如果存在差值，则修整等高块使中滑板各处等高。

3）用塞尺测量丝杠螺母支座与中滑板之间的间隙大小。

4）将M4×70螺丝旋松，在丝杆螺母支座与中滑板之间加入与测量间隙厚度相等的调整垫片（调整垫片有3种厚度供挑选），将螺丝重新打到预紧状态。

7.将上滑板安装在工作台上，完成整个工作台的安装。

（4）转塔部件的装配与调整

1.上模盘的装配与调整

轴承30213和轴承32011两轴承的内圈装配在上模盘轴的相应位置，把轴承30213轴承的外圈装配到上模盘固定轴的相应位置，把轴承32011轴承的外圈装配到上、下模盘轴承外圈固定端盖内。

上模盘固定在上模盘固定轴上，6颗螺钉预紧，把上模盘放到300×300的划线平板上，上模盘在上，把大磁性表座吸在划线平板上，百分表测量头接触在上模盘的外圆上，转动上模盘，调整上模盘的径向跳动为0.08mm以内，边调整上模盘的径向跳动边打紧螺钉。

2.下模盘的装配与调整

下模盘轴和下模盘固定轴固定在一起，6颗螺钉预紧，08B49大链轮和上模盘固定轴固定在一起。

下模盘轴和下模盘底板装配在一起。

把分度盘原点检测装配在129下模盘上。

下模盘固定下模盘轴上，6颗螺钉预紧，下模盘底板放到300×300的划线平板上，下模盘在上，把大磁性表座吸在划线平板上，百分表测量头接触在下模盘的外圆上，调整下模盘的径向跳动为0.05mm以内，边调整边打紧螺钉。

3.上、下模盘轴同轴的装配与调整

把模盘装配在冲床下拉板上，下模盘装配在铸件底板上，4颗螺钉预紧，用三把规格为200×130×12.5mm的直角尺调整上模盘和下模盘的中心同轴，下模盘底板上的腰形孔和冲床底板的腰形孔的轴线垂直，前后方向通过下模盘底板的腰形孔调整，左右方向如果下模盘底板调整不到要求可通过调整冲床底板的腰形孔进行调整，边调整上、下模盘中心同轴，边打紧螺钉。

4.链轮轴、步进电机的装配与调整

把08B19小链轮2装配链轮轴的相应位置，并用两个圆螺母打紧。

装上链轮轴轴承座和轴承32004的内圈，注意轴承的方向和下边轴承内圈装有链轮轴轴承内圈调整套管，然后两边各用两个圆螺母调整轴承的预紧力，装上08B19小链轮1。

把装有步进电机的步进电机底座固定在床身板上，把弹性联轴器装配在步进电机和链轮轴之间。

在装配链条之前先用手推动两个上下模盘定位用电磁铁，使上下模盘定位销导向轴插入上下模盘定位孔内，把两根链条装配在08B49大链轮和08B19小链轮1、08B19小链轮2之间。

调整两链条的松紧，通过轴承座垫块上的腰型孔调整链条的张紧度，并调整步进电机与链轮轴之间的同轴度。

5.模具的装配与调整

此设备共有6个工位和配套的三套模具（圆孔模、方孔模、腰孔模），现以方孔模具为例，进行模具的调整，把方孔模具装配在1号工位上。

把下模固定块2（注意：

键槽从下模固定块2的中间分，一边大一边小，小的一边在下）固定在下模盘上，螺钉预紧。

把外导套固定在上模盘的孔内（注意：

外导套上键槽应在里面），螺钉预紧。

腰孔模和方孔模的调整方法一样，圆孔模不用调整在毛坯上冲出的孔的边与毛坯边的平行度，注意：

每次调整模具都要把对应工位旋转到冲头下方，手动推动两个上下模盘定位用电磁铁，使上下模盘定位销导向轴插入上下模盘定位孔内，直到模具调整完成后松开。

2、控制系统

（一）PLC的定义

美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：

可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。

（二）PLC的特点

1.抗干扰能力强，可靠性好 

2.控制系统结构简单，通用性强

3.编程方便，易于使用

4.设计、施工、调试、的周期短

（三）PLC的基本结构及原理

1、PLC结构

目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。

主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。

其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。

如图1所示，PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。

由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。

图1PLC硬件结构图

2、PLC工作原理

PLC采用的是循环扫描工作方式。

对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。

PLC的扫描全过程如图2所示。

（1）输入刷新阶段 

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。

（2）程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

（3）输出刷新阶段 

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

（四）PLC程序编写

1.主程序

2.X轴脉冲程序

3.Y轴脉冲程序

4.转塔脉冲程序

5.I/O分配如下表

结束语

转眼间我三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。

通过本次课程设计，我学到很多东西，不只是PLC这门课程的知识，还体会到了很多道理。

从刚拿到题目时的无从下手到盲目翻阅资料的同时居然忘记看老师给的重要设计指导，从完成设计大体框架的兴奋到被小问题阻碍的不知所措，直到最后多方请教、多方咨询终于完成设计，收获了满满的成就感。

最重要的是让我明白：

坚持就是胜利。

最简单却最有效的成功方法。

希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。

最后，我要特别感谢李老师。

是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导，在此表示衷心的感激。

参考文献

1　彭文生等主编.机械设计.第1版.北京：

高等教育出版社，2002  

2　唐增宝等主编.机械设计课程设计.第1版.武汉：

华中科技大学出版社，2006

3　吴宗泽主编.机械零件设计设计受册[M].第1版.北京：

机械工业出版社，2004

4　廖常初《FX系统PLC编程及应用》高等教育出版社2005

5　陈宇：

《可编程序控制器基础及编程技巧》，华南理工大学出版社，1999版