plc直線插補(bǔ)課程設(shè)計(jì)---進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　綜合訓(xùn)練：數(shù)控第三象限直線插補(bǔ)PLC程序 設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工</p><p><b>　　學(xué)院名稱： </b></p><p>　　專 業(yè)：

2、 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2011年12月</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練任務(wù)書(shū)<

3、/p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　綜合訓(xùn)練題目：數(shù)控第三象限直線插補(bǔ)PLC程序設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工 </p><p>　　摘 要：機(jī)械電子工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)，是對(duì)前階段機(jī)電課程教學(xué)的一次設(shè)計(jì)性的訓(xùn)練過(guò)程，其后二周的綜合訓(xùn)練則是將課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行物化

4、的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)用目的。所以，本設(shè)計(jì)書(shū)涉及了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制與PLC、數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)等多門(mén)機(jī)電課程知識(shí)。首先根據(jù)指導(dǎo)老師給定的參數(shù)，使用 visio畫(huà)出基于三菱PLC的步進(jìn)控制系統(tǒng)接線圖和流程圖，選擇系統(tǒng)所用步進(jìn)電機(jī)、計(jì)算系統(tǒng)減速器傳動(dòng)比；選擇方案是微控制器中的PLC控制方式，步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力元件，減速器、聯(lián)軸器與絲杠為傳動(dòng)裝置；最后在GX-Developer中編制和調(diào)

5、試第三相限插補(bǔ)程序，使程序按照流程圖方案模擬達(dá)到第三相限直線插補(bǔ)加工軌跡要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞： plc程序,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，第三象限直線插補(bǔ)。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ………………………………………… 5</p><p>　　1.1 系統(tǒng)方案設(shè)

6、計(jì) ………………………………………………………… 6</p><p>　　1.2傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇 ………………………………………… 7</p><p>　　1.3齒輪的設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 11</p><p>　　1.4絲杠的選擇 …………………………………………………………… 20</p>

7、<p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限直線PLC插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加 </p><p>　　工 ………………………………………………………… 24</p><p>　　2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì)……………………………………… 26</p><p>　　2.2 數(shù)控插補(bǔ)PLC程序設(shè)計(jì) …………………………………………………

8、 27</p><p>　　2.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)實(shí)例 …………………………………………… 27</p><p>　　2.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計(jì)及程序調(diào)試………………………………… 30</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 38</p><p>　　第一章進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

9、設(shè)計(jì)與數(shù)控直線插補(bǔ)PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　1步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算</p><p>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)非常重要，是對(duì)一部機(jī)器的總體布局和全局的安排。總體設(shè)計(jì)是否合理將對(duì)后面幾步的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響，也將影響機(jī)器的尺寸大小、性能、功能和設(shè)計(jì)質(zhì)量。所以，在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多花時(shí)間、考慮清楚，以減少返工現(xiàn)象。</p><p>　　當(dāng)伺服系統(tǒng)的負(fù)載不大、精度要

10、求不高時(shí)，可采用開(kāi)環(huán)控制。一般來(lái)講，開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性不成問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮精度方面的要求，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。</p><p>　　1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，典型的開(kāi)環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床（本實(shí)驗(yàn)室自制數(shù)控平臺(tái)）及X-Y數(shù)控工作臺(tái)等，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示。各種開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)原理上大同小異，其方案設(shè)

11、計(jì)實(shí)質(zhì)上就是在圖1-1的基礎(chǔ)上選擇和確定各構(gòu)成環(huán)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)方案。</p><p>　　圖1-1 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖</p><p><b>　　執(zhí)行元件的選擇</b></p><p>　　選擇執(zhí)行元件時(shí)應(yīng)綜合考慮負(fù)載能力、調(diào)速范圍、運(yùn)行精度、可控性、可靠性及體積、成本等多方面要求。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中可采用步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等作為執(zhí)行元件，其

12、中步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最為廣泛，一般情況下優(yōu)先選用步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)其負(fù)載能力不夠時(shí)，再考慮選用電液脈沖馬達(dá)等。</p><p>　　2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇</p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)以輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則多為直線運(yùn)動(dòng)。用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有齒輪齒條和絲杠螺母等。前者可獲得較大的傳動(dòng)比和較高的傳動(dòng)效率，所能傳遞的力也較大，但高精度的齒輪齒

13、條制造困難，且為消除傳動(dòng)間隙而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后者因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易而廣泛使用。在步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間運(yùn)動(dòng)的傳遞有多種方式，可將步進(jìn)電機(jī)與絲杠通過(guò)聯(lián)軸器直接連接，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得較高的速度，但對(duì)步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力要求較高；還可以通過(guò)減速器連接絲杠，通過(guò)減速比的選擇配湊脈沖當(dāng)量、扭矩和慣量；當(dāng)電動(dòng)機(jī)與絲杠中心距較大時(shí)，可采用同步齒形帶傳動(dòng)。</p><p>　　3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇</p><

14、;p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)具體操作對(duì)象及其特點(diǎn)來(lái)選擇和設(shè)計(jì)。一般來(lái)講，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中都包含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)方案的選擇</b></p><p>　　控制系統(tǒng)方案的選擇包括微控制器、步進(jìn)電機(jī)控制方式、驅(qū)動(dòng)電路等的選擇。常用的微控制器有單片機(jī)、PLC、微機(jī)插卡

15、、微機(jī)并行口、串行口和下位機(jī)等，其中單片機(jī)由于在體積、成本、可靠性和控制指令功能等許多方面的優(yōu)越性，在伺服系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)控制方式有硬件環(huán)行分配器控制和軟件環(huán)行分配器控制之分，對(duì)多相電機(jī)還有X相單X拍、X相2*X拍、X相雙X拍和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等控制方式，如三相步進(jìn)電機(jī)有3相單3拍、3相6拍、3相雙3拍和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等控制方式，對(duì)于控制電路有單一電壓控制、高低壓控制、恒流斬波控制、細(xì)分控制等電路。</p><p&g

16、t;　　5、本次課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練方案的選擇</p><p>　　執(zhí)行元件選用功率步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)方案選擇帶有降速齒輪箱的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和聯(lián)軸器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用拖板導(dǎo)軌；控制系統(tǒng)中微控制器采用ＰＬＣ控制器，步進(jìn)電機(jī)控制方式采用帶有硬件環(huán)行分配器的現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在共地的情況下，給該驅(qū)動(dòng)器提供一路進(jìn)給脈沖、另一路高（低）電平方向控制電位以及使能信號(hào)。</p><p>　　1.2 傳動(dòng)比計(jì)算

17、和步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p><b>　　一、X軸（縱向）：</b></p><p><b>　　減速器傳動(dòng)比計(jì)算</b></p><p>　　其中：表示步進(jìn)電機(jī)步距角 p：表示絲杠導(dǎo)程 ：表示脈沖當(dāng)量</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)所需力矩計(jì)算</p><p>　　

18、選擇步進(jìn)電機(jī)應(yīng)按照電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩T電機(jī)所需的最大轉(zhuǎn)矩的原則，首先計(jì)算電機(jī)所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　作用在步進(jìn)電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可按下面簡(jiǎn)化公式計(jì)算：</p><p>　　式中：為啟動(dòng)加速引起的慣性力矩，為拖板重力和拖板上其它折算到電機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦力矩，為加工負(fù)載折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩，為因絲杠預(yù)緊引起的力折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩；為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; 為折算到電機(jī)軸上

19、的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為啟動(dòng)時(shí)的角加速度; 有參數(shù)知；由空載啟動(dòng)時(shí)間和最大進(jìn)給速度計(jì)算得到；p：為絲杠導(dǎo)程。</p><p>　?。簽橥习逯亓椭髑邢髁σ鸾z杠上的摩擦力，，拖板重量由參數(shù)給定，在計(jì)算縱向力時(shí)（選擇縱向電機(jī)），拖板重量為兩個(gè)拖板的重量之和，在計(jì)算橫向力（選擇橫向電機(jī)）時(shí)，為小拖板重量，剛與剛的摩擦系數(shù)可查資料，一般為0.05~0.2；</p><p>　　：在選擇橫向電機(jī)時(shí)，為工

20、作臺(tái)上的最大橫向載荷，通過(guò)給定吃刀抗力得到；在選擇縱向電機(jī)時(shí)，為工作臺(tái)上的最大縱向載荷，通過(guò)給定吃刀抗力得到；</p><p>　?。簽榻z杠螺母副的預(yù)緊力，設(shè)取的1/3~1/5；</p><p>　?。簽樗欧M(jìn)給系統(tǒng)的總效率，取為0.8； ：為減速器傳動(dòng)比。</p><p>　　取0.8 取0.05 </p><p>　　一般啟動(dòng)是為

21、空載，于是空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　在最大外載荷下工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　計(jì)算出的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，選擇電機(jī)時(shí)還需除以一系數(shù)，設(shè)為X相2*X拍驅(qū)動(dòng)方式，則總負(fù)載轉(zhuǎn)矩取為：</p><p><b>　　總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T取</b></p><p>　　根據(jù)求出的

22、負(fù)載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，查詢步進(jìn)電機(jī)型號(hào)。</p><p>　　表1-1所選步進(jìn)電機(jī)特性參數(shù)</p><p>　　二、同理Z軸（橫向）：</p><p><b>　　1.傳動(dòng)比i：</b></p><p><b>　　2.總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T：</b></p><p>　　取0.8

23、 取0.05 </p><p>　　一般啟動(dòng)是為空載，于是空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　在最大外載荷下工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:</p><p><b>　　總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T取</b></p><p>　　根據(jù)求出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，查詢步進(jìn)電機(jī)型號(hào);</p>&

24、lt;p>　　表1-2所選步進(jìn)電機(jī)特性參數(shù)</p><p>　　圖1-2進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　1．3齒輪的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　一．X方向的齒輪傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算：</p><p>　　1.選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)</p><p><b>　　材料及熱處理

25、；</b></p><p>　　選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　　精度等級(jí)選用7級(jí)精度；</p><p>　　試選小齒輪齒數(shù)z1＝20，大齒輪齒數(shù)z2＝54的；傳動(dòng)比為2.7.</p><p>　　2.按齒面接觸強(qiáng)

26、度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　按公式計(jì)算，即 </b></p><p>　　a）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值</p><p><b>　　試選＝1.3</b></p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10－6查得材料的

27、彈性影響系數(shù)＝189.8Mpa</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa；</p><p>　　由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　?。?）由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)＝0.90；＝0.95</p><p

28、>　?。?）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由式（10－12）得</p><p>　　[σH]1＝＝0.90×600MPa＝540MPa</p><p>　　[σH]2＝＝0.95×550MPa＝522.5MPa</p><p><b>　?、?計(jì)算圓周速度<

29、;/b></p><p>　?、?計(jì)算齒寬b及模數(shù)</p><p><b>　　Ⅲ.計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；</p><p>　　根據(jù)v=0.51m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)=0.9；</p><p>　　直齒輪由機(jī)械

30、設(shè)計(jì)書(shū)表10—3查得= =1.2；</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10—4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，=1.310</p><p>　　由，=1.310查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得。</p><p><b>　　故載荷系數(shù)</b></p><p>　　按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（

31、10—10a）得</p><p><b>　?、?計(jì)算模數(shù)</b></p><p><b>　　按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　由式</b></p><p><b>　　確定計(jì)算參數(shù)</b></p><p>

32、<b>　?。?）計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，</p><p>　　(4)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力；</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，有</

33、p><p><b>　　(5)查取齒型系數(shù)</b></p><p>　　由表10－5查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.30</p><p>　　（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由表10－5查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.71</p><p>　　(7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較&

34、lt;/p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　(8)設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　對(duì)比計(jì)算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲

35、強(qiáng)度算得模數(shù)0.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=0.8mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=15.19mm，算出小齒輪齒數(shù):</p><p><b>　　大齒輪齒數(shù) </b></p><p><b>　　4.幾何尺寸計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）計(jì)算中心距</b></p>

36、<p>　　2）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　　（3）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p>　　Z方向的齒輪傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算：</p><p>　　1.選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)</p><p><b>　　材料及熱處理；</b></p><p>

37、;　　選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　　精度等級(jí)選用7級(jí)精度；</p><p><b>　　傳動(dòng)比為3.3.</b></p><p>　　試選一級(jí)小齒輪齒數(shù)z1＝20，一級(jí)大齒輪齒數(shù)z2＝30的；一級(jí)傳動(dòng)比。二級(jí)小齒輪齒數(shù)z3=

38、20，二級(jí)大齒輪齒數(shù)Z4=44；二級(jí)傳動(dòng)比為。</p><p>　　2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　按公式計(jì)算，即 </p><p><b>　　dt≥2.32</b></p><p>　　a）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值</p><p><b>　　試選＝1.3</

39、b></p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)＝189.8Mpa</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa；</p><p>　

40、　由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p><b>　　一級(jí)</b></p><p><b>　　二級(jí)</b></p><p>　?。?）由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)＝0.90；＝0.95</p><p>　　（7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失

41、效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由式（10－12）得</p><p>　　[σH]1＝＝0.90×600MPa＝540MPa</p><p>　　[σH]2＝＝0.95×550MPa＝522.5MPa</p><p><b>　　b）計(jì)算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑d1t與d3t。

42、</p><p><b>　　計(jì)算圓周速度</b></p><p><b>　　計(jì)算齒寬b及模數(shù)，</b></p><p><b>　　計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；</p><p>　　根據(jù)`,7級(jí)精度，由機(jī)

43、械設(shè)計(jì)書(shū)圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)`；</p><p>　　直齒輪由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10—3查得= =1.2；</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)表10—4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，=1.310。</p><p>　　由b/h=8.89，=1.310由書(shū)表10—13查得=1.27</p><p><b>　　故載荷系數(shù)

44、：</b></p><p>　　按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10—10a）得</p><p>　　d1==mm=24.13mm</p><p><b>　　計(jì)算模數(shù)m</b></p><p>　　3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由式 mn≥

45、 確定計(jì)算參數(shù)</p><p><b>　?。?）計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　?。?）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σF1=500Mpa，查得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σF2=380MPa。</p><p>　?。?）由圖10-18取彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=0.87，=0.9</p><p><

46、;b>　　（4）查取齒型系數(shù)</b></p><p>　　由表10－5查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.52；Yfa3=2.80；Yfa4=2.345</p><p>　?。?）查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由表10－5查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.625;Ysa3=1.55；Ysa4=1.679</p><

47、p>　?。?）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　(7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較</p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　(8)設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　mn≥</b></p><p

48、>　　對(duì)比計(jì)算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)0.66并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m1=m2=0.8mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=21.33mm，d2=18.75mm算出小齒輪齒數(shù)</p><p>　　大齒輪齒數(shù) <

49、;/p><p><b>　　4.幾何尺寸計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）計(jì)算中心距</b></p><p>　　（2）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　?。?）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p>　　=21mm;=25m

50、m</p><p>　　=20mm;=24mm</p><p><b>　　1．4絲杠的選擇</b></p><p>　　一．設(shè)計(jì)X方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：</p><p>　　1、X方向絲杠受力分析：</p><p>　　X、Z方向的工作臺(tái)滑板及其組件重量（W1、W2）以及Z方向的軸向工作載荷主

51、要由導(dǎo)軌承擔(dān)，而X方向絲杠主要承受X方向的軸向力F 。X方向絲杠所受的總軸向力F由兩部分組成：一是刀具所受的X方向軸向工作載荷；二是工作臺(tái)滑板及其組件重量（W1、W2）和Z方向的軸向載荷在導(dǎo)軌上產(chǎn)生的合成摩擦力兩部分組成：</p><p><b>　　F＝＋</b></p><p>　　式中 F――絲杠所受的總軸向力 N ；</p><p>　

52、　――導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦力 N ；</p><p>　　――X方向的軸向工作載荷 N ；</p><p>　　――Y方向軸向工作載荷 N ；</p><p>　　μ――導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)（脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑），可取μ＝0.05～0.2 ；</p><p>　　W1――X方向工作臺(tái)滑板及其組

53、件重量 N；</p><p>　　W2――y方向工作臺(tái)滑板及組件重量 N ；</p><p>　　將有關(guān)參數(shù)代入上述公式可得X方向絲杠所受的總軸向力F為：</p><p>　　2、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇</p><p>　　當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時(shí)，滾珠和滾道型面間便會(huì)產(chǎn)生接觸應(yīng)力。對(duì)滾道型面上某一點(diǎn)而言，其應(yīng)力狀態(tài)是交變應(yīng)力。這種交變接觸應(yīng)力

54、作用下，經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠和滾道型面產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕現(xiàn)象，隨著麻點(diǎn)的擴(kuò)大滾珠絲杠副就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪音，而使它失效，這是滾珠絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向工作載荷下，在回轉(zhuǎn)一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)，在它的滾道上由于受滾道的壓力而不至于出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，此時(shí)所能承受的軸向載荷，稱為這種滾珠絲杠副的最大（基本）額定動(dòng)載荷Ca。</p><p>　　設(shè)計(jì)在較高速度下長(zhǎng)時(shí)間工作的滾珠絲杠副時(shí)，因

55、疲勞點(diǎn)蝕是其主要的破壞形式， 故應(yīng)按疲勞壽命選用，并采用與滾動(dòng)軸承同樣的計(jì)算方法，首先從工作載荷F推算最大</p><p>　　動(dòng)載荷Ca，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知</p><p><b>　　或 </b></p><p>　　式中 Ca—最大（

56、基本）額定動(dòng)載荷（N），其值查附表5</p><p><b>　　――計(jì)算額定動(dòng)載荷</b></p><p>　　F—絲杠所受總的軸向工作載荷（N）</p><p>　　L10—基本額定壽命（以一百萬(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　　L’――預(yù)期使用壽命（以一百萬(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>

57、　　（1）、按額定靜載荷選擇：按≧F 的原則選擇絲杠：d0＝16mm</p><p>　　（2）、按疲勞壽命選擇</p><p>　　=60×n×T/1000000＝60×888.9×15000/1000000=800（百萬(wàn)轉(zhuǎn)）</p><p><b>　　(3) </b></p><

58、p>　?。ㄓ捕认禂?shù)）由2表取1.0，（運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)）由表3取1.2，</p><p>　　T 使用壽命由表4取為15000h</p><p>　　由已知條件（1）、(2)、(3)，查滾珠絲杠副的表5，根據(jù)導(dǎo)程L0＝4mm 和＞的原則，并參考同類型設(shè)備的實(shí)際情況，得出設(shè)計(jì)選用：外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d0＝16，2.5圈×1列，Ca=6300N，鋼球直徑Dw（d b）=2.381

59、mm,ψ=4°33′，精度等級(jí)為E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6μm，絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8 。</p><p>　　由上述計(jì)算可知，應(yīng)選d0＝16、基本導(dǎo)程L0＝4mm、基本長(zhǎng)度為40cm的滾珠絲杠。</p><p>　　二．設(shè)計(jì)Z方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：</p><p>　　1、Z方向絲杠受力分析：</p><p>

60、　　X、Z方向的工作臺(tái)滑板及其組件重量（W1、W2）以及X方向的軸向工作載荷主要由導(dǎo)軌承擔(dān)，而Z方向絲杠主要承受Z方向的軸向力F 。Z方向絲杠所受的總軸向力F由兩部分組成：一是刀具所受的Z方向軸向工作載荷；二是工作臺(tái)滑板及其組件重量（W1、W2）和X方向的軸向載荷在導(dǎo)軌上產(chǎn)生的合成摩擦力兩部分組成：</p><p><b>　　F＝＋</b></p><p>　　式中

61、 F――絲杠所受的總軸向力 N ；</p><p>　　――導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦力 N ；</p><p>　　――X方向的軸向工作載荷 N ；</p><p>　　――Y方向軸向工作載荷 N ；</p><p>　　μ――導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)（脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑），可取μ＝0.05～0.2

62、；</p><p>　　W1――X方向工作臺(tái)滑板及其組件重量 N；</p><p>　　W2――y方向工作臺(tái)滑板及組件重量 N ；</p><p>　　將有關(guān)參數(shù)代入上述公式可得X方向絲杠所受的總軸向力F為：</p><p>　　2、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇</p><p>　　當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時(shí)，滾珠和滾道型面間便

63、會(huì)產(chǎn)生接觸應(yīng)力。對(duì)滾道型面上某一點(diǎn)而言，其應(yīng)力狀態(tài)是交變應(yīng)力。這種交變接觸應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠和滾道型面產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕現(xiàn)象，隨著麻點(diǎn)的擴(kuò)大滾珠絲杠副就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪音，而使它失效，這是滾珠絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向工作載荷下，在回轉(zhuǎn)一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)，在它的滾道上由于受滾道的壓力而不至于出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，此時(shí)所能承受的軸向載荷，稱為這種滾珠絲杠副的最大（基本）額定動(dòng)載荷Ca。</p

64、><p>　　設(shè)計(jì)在較高速度下長(zhǎng)時(shí)間工作的滾珠絲杠副時(shí)，因疲勞點(diǎn)蝕是其主要的破壞形式， 故應(yīng)按疲勞壽命選用，并采用與滾動(dòng)軸承同樣的計(jì)算方法，首先從工作載荷F推算最大</p><p>　　動(dòng)載荷Ca，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知</p><p><b>　　或 <

65、/b></p><p>　　式中 Ca—最大（基本）額定動(dòng)載荷（N），其值查附表5</p><p><b>　　――計(jì)算額定動(dòng)載荷</b></p><p>　　F—絲杠所受總的軸向工作載荷（N）</p><p>　　L10—基本額定壽命（以一百萬(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　　L’――

66、預(yù)期使用壽命（以一百萬(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　?。?）、按額定靜載荷選擇：按≧F 的原則選擇絲杠：d0＝16mm</p><p>　?。?）、按疲勞壽命選擇</p><p>　　=60×n×T/1000000＝60×600×15000/1000000=540（百萬(wàn)轉(zhuǎn)）</p><p><

67、b>　　(3) </b></p><p>　?。ㄓ捕认禂?shù)）由2表取1.0，（運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)）由表3取1.2，</p><p>　　T 使用壽命由表4取為15000h</p><p>　　由已知條件（1）、(2)、(3)，查滾珠絲杠副的表5，根據(jù)導(dǎo)程L0＝6mm 和＞的原則，并參考同類型設(shè)備的實(shí)際情況，得出設(shè)計(jì)選用：外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d0＝20，2.

68、5圈×1列，Ca=13100N，鋼球直徑Dw（d b）=3.969mm,ψ=5°24′，精度等級(jí)為E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6μm，絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8 。</p><p>　　由上述計(jì)算可知，應(yīng)選d0＝20、基本導(dǎo)程L0＝6mm、基本長(zhǎng)度為40cm的滾珠絲杠。</p><p>　　第二章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限直線PLC插補(bǔ)程序</p>

69、;<p><b>　　設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工</b></p><p>　　圖2-1為開(kāi)環(huán)機(jī)電伺服系統(tǒng)微控制器信號(hào)流動(dòng)原理框圖。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的進(jìn)給系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。這種系統(tǒng)不需要對(duì)實(shí)際位移和速度進(jìn)行測(cè)量，更無(wú)需將所測(cè)得的實(shí)際位置

70、和速度反饋到系統(tǒng)的輸入端，于輸入的指令位置和速度進(jìn)行比較，故稱之為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度、齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的導(dǎo)程或節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性。此類系統(tǒng)的位移精度較低，其定位精度一般可達(dá)±0.02 mm。如果采取螺距誤差補(bǔ)償和傳動(dòng)間隙補(bǔ)償?shù)却胧?，定位精度可提高?#177;0. 0l mm。此外，由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制，開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給速度也受到限制，在脈沖當(dāng)量為0.0lmm時(shí)，一般不超過(guò)

71、5m／min。開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)試、維修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。在一般要求精度不太高的機(jī)床上曾得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　圖2-1 一個(gè)進(jìn)給方向開(kāi)環(huán)控制示意圖</p><p>　　2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖形接線圖：</b></p><p>　

72、　圖2-2 PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)接線圖</p><p>　　2.2 三菱PLC控制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　2．2．1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) </p><p>　　根據(jù)已學(xué)的知識(shí)可知，偏差計(jì)算是逐點(diǎn)比較法關(guān)鍵的一步，下面以第一象限直線導(dǎo)出偏差的計(jì)算公式。</p><p>　　如圖所示，假定直線OA的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)A的坐標(biāo)為，P為

73、加工點(diǎn)，如P點(diǎn)正好處于OA的直線上那么下式 成立；即 。 </p><p>　　圖2-3第三相限直線插補(bǔ)示意圖</p><p>　　若任意點(diǎn)P在直線OA的上方（嚴(yán)格地說(shuō)在直線OA與y軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立： ；即</p><p>　　若任意點(diǎn)P在直線OA的下方（嚴(yán)格地說(shuō)在直線OA與x軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立；亦即</p>

74、;<p>　　由此可以得偏差判別函數(shù)為</p><p>　　當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線上</p><p>　　當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線上方； </p><p>　　當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線下方；</p><p>　　若時(shí)，則向+x軸發(fā)一個(gè)脈沖，刀具從點(diǎn)向x方向前進(jìn)一步，到達(dá)新加工點(diǎn)P，，因此新加工點(diǎn)P）的偏差值為：</p><p

75、><b>　?。?-1）</b></p><p>　　如果在某一時(shí)刻，加工點(diǎn)P（xi，yi）的，則向y軸發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖，刀具從這一點(diǎn)向y方向前進(jìn)一步，新加工點(diǎn)P（，）的偏差值為：</p><p>　　即 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　

76、根據(jù)5-1和5-2可以看出，新加工點(diǎn)的偏差完全可以用前一加工點(diǎn)的偏差遞推出來(lái)。</p><p>　　綜上所述，逐點(diǎn)比較的直線插補(bǔ)過(guò)程為每走一步要進(jìn)行以下四個(gè)步驟，即判別、進(jìn)給、運(yùn)算、比較。</p><p>　　判別。根據(jù)偏差值確定刀具的位置是在直線的上方（或線上），還是在直線的下方。</p><p>　　進(jìn)給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個(gè)坐標(biāo)（x或y）移動(dòng)一步。&l

77、t;/p><p>　　運(yùn)算。計(jì)算刀具移動(dòng)后的新偏差，提供給下一個(gè)判別依據(jù)。根據(jù)式（2-1）及式（2-2）來(lái)算新加工點(diǎn)的偏差，使運(yùn)算大大簡(jiǎn)化，但是每一新加工點(diǎn)的偏差是由前一點(diǎn)偏差推算出來(lái)的，并且一直推算下去，這樣就要知道開(kāi)始加工時(shí)的那一點(diǎn)的偏差是多少。當(dāng)開(kāi)始加工時(shí)，我們是以人工方式將刀具移到加工起點(diǎn)，既所謂的“對(duì)刀”，這一點(diǎn)當(dāng)然沒(méi)有偏差，所以開(kāi)始加工點(diǎn)的。</p><p>　　比較。在計(jì)算運(yùn)算偏

78、差的同時(shí)，還要進(jìn)行一次終點(diǎn)比較，以確定是否到達(dá)終點(diǎn)。若已經(jīng)到達(dá)，就不要再進(jìn)行計(jì)算，并發(fā)出停機(jī)或轉(zhuǎn)換新程序的信號(hào)。</p><p>　　根據(jù)式3-1 和3-2看出，新加工點(diǎn)的偏差完全可以用前一加工點(diǎn)的偏差遞推出來(lái)。</p><p>　　綜上所述，逐點(diǎn)比較的直線插補(bǔ)過(guò)程為每走一步要進(jìn)行以下四個(gè)步驟，即判別、進(jìn)給、運(yùn)算、比較。</p><p>　?。?）判別。根據(jù)偏差值確

79、定刀具的位置是在直線的上方（或線上），還是在直線的下方。</p><p>　?。?）進(jìn)給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個(gè)坐標(biāo)（x或y）移動(dòng)一步。</p><p>　?。?）運(yùn)算。計(jì)算刀具移動(dòng)后的新偏差，提供給下一個(gè)判別依據(jù)。根據(jù)式 （3-1） 及式 （3-2）來(lái)算新加工點(diǎn)的偏差，使運(yùn)算大大簡(jiǎn)化，但是每一新加工點(diǎn)的偏差是由前一點(diǎn)偏差Fi,i推算出來(lái)的，并且一直推算下去，這樣就要知道開(kāi)始加工時(shí)的

80、那一點(diǎn)的偏差是多少。當(dāng)開(kāi)始加工時(shí)，我們是以人工方式將刀具移到加工起點(diǎn)，既所謂的“對(duì)刀”，這一點(diǎn)當(dāng)然沒(méi)有偏差，所以開(kāi)始加工點(diǎn)的Fi,i=0。</p><p>　　（4）比較。在計(jì)算運(yùn)算偏差的同時(shí)，還要進(jìn)行一次終點(diǎn)比較，以確定是否到達(dá)終點(diǎn)。若已經(jīng)到達(dá)，就不要再進(jìn)行計(jì)算，并發(fā)出停機(jī)或轉(zhuǎn)換新程序的信號(hào)。</p><p>　　逐點(diǎn)比較法第三象限插補(bǔ)程序流程圖如下：</p><p&

81、gt;　　圖2-4 第三象限插補(bǔ)程序流程圖</p><p>　　2.2.2 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　GX Developer簡(jiǎn)介</p><p>　　1.雙擊GX Developer圖標(biāo)，打開(kāi)MELSOFT系列編程軟件。</p><p><b>　　新建工程</b></p><p>

82、<b>　　3.編程頁(yè)面</b></p><p><b>　　輸入程序</b></p><p>　　5.檢查傳輸設(shè)置情況</p><p><b>　　6.PLC寫(xiě)入</b></p><p><b>　　7.梯形圖邏輯測(cè)試</b></p>&l

83、t;p>　　8.軟元件測(cè)試（①?gòu)?qiáng)制X000與X011閉合，②強(qiáng)制X000打開(kāi)。）</p><p><b>　　測(cè)試完畢</b></p><p>　　程序調(diào)試結(jié)果：①?gòu)?qiáng)制X000與X011閉合，附初值②強(qiáng)制X000打開(kāi)，使程序開(kāi)始運(yùn)行，按照流程圖開(kāi)始進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。</p><p><b>　　二．插補(bǔ)元件說(shuō)明</b>&

84、lt;/p><p>　　第三象限直線插補(bǔ)的PLC程序</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 趙松年，張奇鵬. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[2] 汪木蘭. 數(shù)控原理與系統(tǒng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004</p>&l

85、t;p>　　[3] 楊龍興. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[Z].2009</p><p>　　[4] 楊龍興. 機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練指導(dǎo)書(shū)[Z].2007</p><p>　　[5] 濮良貴,紀(jì)明剛等. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006</p><p>　　[6] 陸玉,何在州等. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京: