湖南工程学院
湖南工程学院 课程设计
X-Y工作台伺服控制系统设计
年 级: 机械电子0901 学 号: 38 姓 名: 蒋 博 专 业: 机械电子 指导老师:谭季秋 吴晨曦
二零一二年六月
湖南工程学院
课程设计任务书
设计题目： 姓名 蒋博 指导老师
一、基本任务及要求 1．设计任务
设计一个步进开环伺服系统，其控制对象为机床的X—Y工作台。 设计参数：1）脉冲当量为0.01mm/step；
2)键控命令输入；
3）运动范围：X: 0~100mm Y:0~100mm ；V:0~1m/min ；a:0~0.1m/s F=1000N： 4）显示当前运动位置、越界报警、并停止运动。
（1）X—Y工作台机械结构设计（A2图纸）。 （2）步进电机的计算与选择。 （3）驱动电路的设计。
（4）系统控制软件设计。如启停、调速、报警等。 2．要求
（1）设计总体方案，画出系统结构框图；
（2）设计伺服驱动（电路）系统，编写系统控制软件，并进行部分调试； （3）撰写设计说明书（5～6千字），并附程序清单及其功能注释。 二、进度安排及完成时间
1．设计时间 二周（从2012年6月 10日至2012年6月 23 日） 2．进度安排：
第1周 布置设计任务；查阅资料； 设计机械结构图。
第2周 设计硬件电路；编写各功能子程序并调试。整理资料；按格式撰写设计说明
书；上交设计作业（打印稿及电子文档）；并参加答辩。
注：机械结构设计2～3人；硬件电路设计2～3人。软件设计
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X—Y 工作台伺服控制系统设计
系别
机械学院
专业
机械电子
班级
0901
学号 38
谭季秋、吴晨曦 教研室主任 陈小异
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目 录
第1章 绪论???????????????????????????????1.
1.1 引言??????????????????????????????1
1.4 课题研究目的??????????????????????????1 1.3 课题展望????????????????????????????.. 1.2 研发背景及意义????????????????????????? 第2章 确定课题设计方案?????????????????????????.
2.4 X—Y工作台的传动方式??????????????????????? 2.2伺服系统的选择??????????????????????????. 2.3算机系统的选择?????????????????????????? 2.1系统运动方式的确定???????????????????????? 第3章 机械结构设计???????????????????????????.
3.1 工作台外形尺寸及重量初步估算??????????????????? 3.2 滚动导轨副的计算、选择?????????????????????? 3.3 滚珠丝杠计算、选择????????????????????????
3.3.1 传动效率计算??????????????????????? 3.3.2稳定性验算???????????????????????? 3.3.3 刚度验算????????????????????????? 3.4 齿轮计算、设计?????????????????????????? 3.5 步进电机惯性负载的计算??????????????????????
3.5.1等效转动惯量的计算????????????????????? 3.6 步进电机的选用??????????????????????????
3.6.1步进电机启动力矩的计算??????????????????? 3.6.2步进电机的最高工作频率???????????????????
第4章 控制硬件系统设计?????????????????????????.
4.1 plc的选择????????????????????????????
4.1.2 估计需要的plc规模????????????????????? 4.1.3 输入，输出估算??????????????????????? 4.1.4 存储容量的估算?????????????????????? 4.1.５ plc选型的注意事项???????????????????? 4.2 Plc接口设计及连线图???????????????????????
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第5章 软件系统设计????????????????????????????
5.1系统控制软件方案的确定??????????????????????
5.1.1根据本课题的软件控制方面的功能要求????????????? 5.1.2方案的确定..???????????????????????. 5.2元器件选型????????????????????????????.
5.2.1限位开关选择???????????????????????? 5.2.2 开关按键的选择?????????????????????? 5.2.3 PLC型号选择??????????????????????? 5.3 PLC输入输出分配表???????????????????????? 5.4元器件清单???????????????????????????? 5.5 PLC电气接线图：?????????????????????????? 5.6系统控制流程图设计???????????????????????? 结 论?????????????????????????????????? 参考文献?????????????????????????????????
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第1章 绪 论
1.1 引言
X-Y工作台伺服系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能够保证一定的精度，降低成本，是可编程控制器（PLC)技术的最简单的应用，它充分的利用了微机的软件和硬件功能，以实现对机床、立体车库等的控制，使机床的加工范围扩大。精度和可靠性进一步得到提高，X-Y工作台伺服系统设计是利三菱FX2N的PLC及其一系列继电器、接触器等组成，在控制系统的硬件基础上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其驱动电机为反应式步进电机。它是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本设计的基本思想是根据工作要求，通过控制输入脉冲的频率和旋向来实现工作台实际移动速度和运动方向与要求相一致从而实现正常工作的目的。
1.2 研发背景及意义
本设计结合机电一体化课程教学环节需要，设计用单片机作为控制系统的X-Y工作台。通过论述X-Y工作台机械结构设计。设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中的共性和关键技术。微型计算机控制机械传动毕业设计是机电一体化专业的学生必须要经历的一个重要的实践环节。通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的，提高解决实际工程课题的能力。根据教学要求，结合自己的资料掌握状况，选择基于PLC控制X-Y工作台机械部分的设计作为课程设计课题。PLC控制X-Y工作台是众多控制机械传动方法的一种，它利用单片机发出指令控制步进电机的转角和转速，进而控制X-Y工作台两方向的移动，实现画线，移动物体等功能。PLC控制X-Y工作台主要由三部分组成：工作台及传动支撑部分，减速装置，控制部分及电机组成。加工工件固定在X-Y工作台上。X、Y两方向的运动各由一台步进电机控制。控制系统每发出一个信号，步进电机就走一步，并通过中间传动机构带动两方向的丝杠旋转，分别使得X、Y工作台进给。
1.3 课题展望
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X-Y工作台伺服控制系统设计
