進(jìn)給運動驅(qū)動系統(tǒng)課程設(shè)計說明書.doc

課程設(shè)計與綜合訓(xùn)練 說明書 課程設(shè)計：進(jìn)給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 綜合訓(xùn)練：數(shù)控第三象限直線插補PLC 設(shè)計和插補加工學(xué)院名稱： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 2010 年 12 月課程設(shè)計與綜合訓(xùn)練任務(wù)書題目設(shè)計題目：進(jìn)給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計訓(xùn)練題目：連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動器實現(xiàn)數(shù)控PLC三菱插補程序設(shè)計與第三象限直線插補加工主要設(shè)計參數(shù)及要求主要設(shè)計參數(shù)： 走刀長度：50mm X絲杠導(dǎo)程：4mm Z絲杠導(dǎo)程：6mm 脈沖當(dāng)量：10 步距角：1.5 最大進(jìn)給速度：60r/min 等效慣量：700 空啟動時間：120ms X向拖板質(zhì)量：100NZ向拖板質(zhì)量：300N 主切削力Fz：1500N 吃刀抗力Fy：1200N 走刀抗力Fx：800N設(shè)計要求： 選擇電機(jī)型號、繪出接口電路、編制程序，使其能進(jìn)行兩方向伺服驅(qū)動加工出所需要的零件設(shè)計內(nèi)容及工作量課程設(shè)計內(nèi)容及工作量（兩周）：（1）根據(jù)給定任務(wù)參數(shù)選擇傳動比、步進(jìn)電機(jī)型號，設(shè)計并繪制伺服傳動系統(tǒng)；（2）使用繪圖工具繪制微控制器接線圖一張；（3）編制插補程序。綜合訓(xùn)練內(nèi)容及工作量（兩周）：（1）利用設(shè)備及元氣件制作微控制器及其接口控制電路；（2）調(diào)試所編制插補程序；（3）課程設(shè)計綜合訓(xùn)練說明書1份：60008000字。主要參考文獻(xiàn)1. PLC編程控制方面的參考書；2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方面的參考書；3繪圖方面的參考書。課程設(shè)計題目：進(jìn)給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計綜合訓(xùn)練題目：數(shù)控第三象限直線插補PLC 設(shè)計和插補加工摘 要：機(jī)械電子工程專業(yè)的課程設(shè)計，是對前階段機(jī)電課程教學(xué)的一次設(shè)計性的訓(xùn)練過程，其后二周的綜合訓(xùn)練則是將課程設(shè)計的設(shè)計成果進(jìn)行物化的過程。首先，根據(jù)指導(dǎo)老師給定的設(shè)計參數(shù),選擇系統(tǒng)所用步進(jìn)電機(jī)，計算傳動機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)；然后，畫出基于三菱PLC的步進(jìn)控制系統(tǒng)接線圖，設(shè)計第三象限直線插補PLC程序，其次，將三菱PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)按照接線圖要求完成接線；最后在GX-Developer中進(jìn)行程序調(diào)試，模擬達(dá)到第三象限直線插補加工軌跡要求。關(guān)鍵詞：第三象限插補,plc程序,步進(jìn)電機(jī)Xx學(xué)校目 錄第一章 進(jìn)給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計51.1 系統(tǒng)方案設(shè)計51.2傳動比計算和步進(jìn)電機(jī)的選擇71.3齒輪的設(shè)計131.4絲杠的選擇22第二章 連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動器實現(xiàn)第三象限直線PLC插補程序設(shè)計和插補加工282.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時電器接線圖設(shè)計292.2 數(shù)控插補PLC程序設(shè)計 302.2.1逐點比較法直線插補實例302.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計及調(diào)試31參考文獻(xiàn)40第一章 進(jìn)給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計非常重要，是對一部機(jī)器的總體布局和全局的安排?？傮w設(shè)計是否合理將對后面幾步的設(shè)計產(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)計質(zhì)量。所以，在總體設(shè)計時應(yīng)多花時間、考慮清楚，以減少返工現(xiàn)象。當(dāng)伺服系統(tǒng)的負(fù)載不大、精度要求不高時，可采用開環(huán)控制。一般來講，開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性不成問題，設(shè)計時主要考慮精度方面的要求，通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能。1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是簡易數(shù)控機(jī)床（本實驗室自制數(shù)控平臺）及X-Y數(shù)控工作臺等，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示。各種開環(huán)伺服系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)原理上大同小異，其方案設(shè)計實質(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)的具體實現(xiàn)方案。計算機(jī)或PLC機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件功放電路接口電路 圖1-1 開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖1、 執(zhí)行元件的選擇選擇執(zhí)行元件時應(yīng)綜合考慮負(fù)載能力、調(diào)速范圍、運行精度、可控性、可靠性及體積、成本等多方面要求。開環(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，再考慮選用電液脈沖馬達(dá)等。2、傳動機(jī)構(gòu)方案的選擇傳動機(jī)構(gòu)實質(zhì)上是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)以輸出旋轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則多為直線運動。用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動機(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比和較高的傳動效率，所能傳遞的力也較大，但高精度的齒輪齒條制造困難，且為消除傳動間隙而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后者因結(jié)構(gòu)簡單、制造容易而廣泛使用。在步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間運動的傳遞有多種方式，可將步進(jìn)電機(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器直接連接，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可獲得較高的速度，但對步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力要求較高；還可以通過減速器連接絲杠，通過減速比的選擇配湊脈沖當(dāng)量、扭矩和慣量；當(dāng)電動機(jī)與絲杠中心距較大時，可采用同步齒形帶傳動。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是實現(xiàn)實際操作的機(jī)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)具體操作對象及其特點來選擇和設(shè)計。一般來講，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。4、控制系統(tǒng)方案的選擇控制系統(tǒng)方案的選擇包括微控制器、步進(jìn)電機(jī)控制方式、驅(qū)動電路等的選擇。常用的微控制器有單片機(jī)、PLC、微機(jī)插卡、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)動等控制方式，對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。5、本次課程設(shè)計和綜合訓(xùn)練方案的選擇執(zhí)行元件選用功率步進(jìn)電機(jī)，傳動方案選擇帶有降速齒輪箱的絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用拖板導(dǎo)軌；控制系統(tǒng)中微控制器采用微機(jī)并行口，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)動器，在共地的情況下，給該驅(qū)動器提供一路進(jìn)給脈沖、另一路高（低）電平方向控制電位即可，另一路使能信號。1.2 傳動比計算和步進(jìn)電機(jī)的選擇一X軸（縱向）：1. 減速器傳動比計算 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2. 步進(jìn)電機(jī)所需力矩計算選擇步進(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，首先計算電機(jī)所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。作用在步進(jìn)電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可按下面簡化公式計算：式中：為啟動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)動慣量; 為折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量；為啟動時的角加速度; 有參數(shù)知；由空載啟動時間和最大進(jìn)給速度計算得到；p：為絲杠導(dǎo)程。：為拖板重力和主切削力引起絲杠上的摩擦力，拖板重量由參數(shù)給定，在計算縱向力時（選擇縱向電機(jī)），拖板重量為兩個拖板的重量之和，在計算橫向力（選擇橫向電機(jī)）時，為小拖板重量，剛與剛的摩擦系數(shù)可查資料，一般為0.050.2；：在選擇橫向電機(jī)時，為工作臺上的最大橫向載荷，通過給定吃刀抗力得到；在選擇縱向電機(jī)時，為工作臺上的最大縱向載荷，通過給定吃刀抗力得到；：為絲杠螺母副的預(yù)緊力，設(shè)取的1/31/5； ：為伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率，取為0.8； ：為減速器傳動比。 取0.8 取0.05 一般啟動是為空載，于是空載啟動時電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：在最大外載荷下工作時，電動機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：計算出的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)驅(qū)動方式，選擇電機(jī)時還需除以一系數(shù)，設(shè)為X相2*X拍驅(qū)動方式，則總負(fù)載轉(zhuǎn)矩取為：T取根據(jù)求出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，上網(wǎng)查詢步進(jìn)電機(jī)型號。圖1-2 步進(jìn)電機(jī)外形及技術(shù)特點圖1-3 矩頻特性曲線圖1-4 外形尺寸二同理Z軸（橫向）： 取0.8 取0.05 一般啟動是為空載，于是空載啟動時電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：在最大外載荷下工作時，電動機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：計算出的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)驅(qū)動方式，選擇電機(jī)時還需除以一系數(shù)，設(shè)為X相2*X拍驅(qū)動方式，則總負(fù)載轉(zhuǎn)矩取為：T取根據(jù)求出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，上網(wǎng)查詢步進(jìn)電機(jī)型號。 圖1-5 步進(jìn)電機(jī)外形及技術(shù)特點圖1-6 矩頻特性曲線圖1-7 外形尺寸 圖1-813齒輪的設(shè)計一X方向的齒輪傳動件設(shè)計計算：1.選精度等級、材料及齒數(shù)1） 材料及熱處理；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。2） 精度等級選用7級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)z120，大齒輪齒數(shù)z235的；傳動比為1.67.2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 按公式計算，即 dt2.32a）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（4） 試選1.3（4） 由機(jī)械設(shè)計書表107選取尺寬系數(shù)d1（4） 由機(jī)械設(shè)計書表106查得材料的彈性影響系數(shù)189.8Mpa（4） 由機(jī)械設(shè)計書圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限Hlim2550MPa；（4） 由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （6）由機(jī)械設(shè)計書圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.90；0.95（7）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式（1012）得 H10.90600MPa540MPa H20.95550MPa522.5MPab）計算試算小齒輪分度圓直徑d1td1t=23.9mm計算圓周速度v=1.88m/s計算齒寬b及模數(shù)b=d1t=123.9mm=23.9mm=1.195h=2.25=2.251.195mm=2.69mmb/h=23.9/2.69=8.88計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù)v=1.88m/s,7級精度，由機(jī)械設(shè)計書圖108查得動載系數(shù)=1.07；直齒輪由機(jī)械設(shè)計書表103查得= =1；由機(jī)械設(shè)計書表104用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.413。由b/h=8.88，=1.413由書表1013查得=1.35故載荷系數(shù)： K=KA=11.0711.413=1.51191按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 d1=mm=25.13mm計算模數(shù)m m =mm=1.263.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計由式 確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù)K= KA =11.0711.35=1.4445（2）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限F1=500Mpa，查得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限F2=380MPa。（3）由圖10-18取彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=0.85，=0.88（4）查取齒型系數(shù)由表105查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.45（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.65（6）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 (7)計算大、小齒輪的并加以比較= 大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計計算mn對比計算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(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)0.79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=15.13mm，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 4.幾何尺寸計算（1）計算中心距a=33.2mm（2）計算大、小齒輪的分度圓直徑d1=24.8mmd2=41.6mm（3）計算齒輪寬度 b=d1b=24.8mmB2=24.8mm，B1=29.8mmZ方向的齒輪傳動件設(shè)計計算：1.選精度等級、材料及齒數(shù)4） 材料及熱處理；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。5） 精度等級選用7級精度；6） 試選小齒輪齒數(shù)z120，大齒輪齒數(shù)z250的；傳動比為2.5.2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 按公式計算，即 dt2.32a）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（4） 試選1.3（4） 由機(jī)械設(shè)計書表107選取尺寬系數(shù)d1（4） 由機(jī)械設(shè)計書表106查得材料的彈性影響系數(shù)189.8Mpa（4） 由機(jī)械設(shè)計書圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限Hlim2550MPa；（4） 由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （6）由機(jī)械設(shè)計書圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.90；0.95（7）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式（1012）得 H10.90600MPa540MPa H20.95550MPa522.5MPab）計算試算小齒輪分度圓直徑d1td1t=22.89mm計算圓周速度v=1.8m/s計算齒寬b及模數(shù)b=dd1t=122.89mm=22.89mm=1.1445h=2.25=2.251.1445mm=2.58mmb/h=22.89/2.58=8.87計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù)v=1.8m/s,7級精度，由機(jī)械設(shè)計書圖108查得動載系數(shù)=1.07；直齒輪由機(jī)械設(shè)計書表103查得= =1；由機(jī)械設(shè)計書表104用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.413。由b/h=8.87，=1.413由書表1013查得=1.35故載荷系數(shù)： K=KA=11.0711.413=1.51191按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 d1=mm=24.07mm計算模數(shù)m m =mm=1.23.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計由式 確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù)K= KA =11.0711.35=1.4445（2）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限F1=500Mpa，查得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限F2=380MPa。（3）由圖10-18取彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=0.85，=0.88（4）查取齒型系數(shù)由表105查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.32（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.70（6）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 (7)計算大、小齒輪的并加以比較= 大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計計算mn對比計算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(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)0.78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=24.07mm，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 4.幾何尺寸計算（1）計算中心距a=42mm（2）計算大、小齒輪的分度圓直徑d1=24mmd2=60mm（3）計算齒輪寬度 b=dd1b=24mmB2=24mm，B1=29mm14絲杠的選擇一設(shè)計X方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：1、X方向絲杠受力分析：X、Z方向的工作臺滑板及其組件重量（W1、W2）以及Z方向的軸向工作載荷主要由導(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：F式中 F絲杠所受的總軸向力 N ； 導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力 N ； X方向的軸向工作載荷 N ； Y方向軸向工作載荷 N ； 導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導(dǎo)軌與工作臺滑板處于邊界潤滑狀態(tài)（脂潤滑或油潤滑），可取0.050.2 ； W1X方向工作臺滑板及其組件重量 N； W2y方向工作臺滑板及組件重量 N ；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：2、絲杠設(shè)計計算及選擇當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時，滾珠和滾道型面間便會產(chǎn)生接觸應(yīng)力。對滾道型面上某一點而言，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)生疲勞點蝕現(xiàn)象，隨著麻點的擴(kuò)大滾珠絲杠副就會出現(xiàn)振動和噪音，而使它失效，這是滾珠絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計滾珠絲杠副時，必須保證在一定的軸向工作載荷下，在回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)時，在它的滾道上由于受滾道的壓力而不至于出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象，此時所能承受的軸向載荷，稱為這種滾珠絲杠副的最大（基本）額定動載荷Ca。設(shè)計在較高速度下長時間工作的滾珠絲杠副時，因疲勞點蝕是其主要的破壞形式， 故應(yīng)按疲勞壽命選用，并采用與滾動軸承同樣的計算方法，首先從工作載荷F推算最大動載荷Ca，由機(jī)械設(shè)計可知 或 式中 Ca最大（基本）額定動載荷（N），其值查附表5 計算額定動載荷F絲杠所受總的軸向工作載荷（N）L10基本額定壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）（1）、按額定靜載荷選擇：按F 的原則選擇絲杠：d016mm（2）、按疲勞壽命選擇 =60nT/100000060894.215000/1000000=804.8（百萬轉(zhuǎn)）(3) （硬度系數(shù)）由2表取1.0，（運轉(zhuǎn)系數(shù)）由表3取1.2，T 使用壽命由表4取為15000h由已知條件（1）、(2)、(3)，查滾珠絲杠副的表5，根據(jù)導(dǎo)程L04mm 和的原則，并參考同類型設(shè)備的實際情況，得出設(shè)計選用：外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d025，3.5圈1列，Ca=9700N，鋼球直徑Dw（d b）=2.381mm,=255，精度等級為E，基本導(dǎo)程極限偏差為6m，絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8 。由上述計算可知，應(yīng)選d025、基本導(dǎo)程L04mm長度為150mm的滾珠絲杠。二設(shè)計Z方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：1、Z方向絲杠受力分析：X、Z方向的工作臺滑板及其組件重量（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：F式中 F絲杠所受的總軸向力 N ； 導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力 N ； X方向的軸向工作載荷 N ； Y方向軸向工作載荷 N ； 導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導(dǎo)軌與工作臺滑板處于邊界潤滑狀態(tài)（脂潤滑或油潤滑），可取0.050.2 ； W1X方向工作臺滑板及其組件重量 N； W2y方向工作臺滑板及組件重量 N ；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：2、絲杠設(shè)計計算及選擇當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時，滾珠和滾道型面間便會產(chǎn)生接觸應(yīng)力。對滾道型面上某一點而言，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)生疲勞點蝕現(xiàn)象，隨著麻點的擴(kuò)大滾珠絲杠副就會出現(xiàn)振動和噪音，而使它失效，這是滾珠絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計滾珠絲杠副時，必須保證在一定的軸向工作載荷下，在回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)時，在它的滾道上由于受滾道的壓力而不至于出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象，此時所能承受的軸向載荷，稱為這種滾珠絲杠副的最大（基本）額定動載荷Ca。設(shè)計在較高速度下長時間工作的滾珠絲杠副時，因疲勞點蝕是其主要的破壞形式， 故應(yīng)按疲勞壽命選用，并采用與滾動軸承同樣的計算方法，首先從工作載荷F推算最大動載荷Ca，由機(jī)械設(shè)計可知 或 式中 Ca最大（基本）額定動載荷（N），其值查附表5 計算額定動載荷F絲杠所受總的軸向工作載荷（N）L10基本額定壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）（1）、按額定靜載荷選擇：按F 的原則選擇絲杠：d016mm（2）、按疲勞壽命選擇 =60nT/10000006060015000/1000000=540（百萬轉(zhuǎn)）(3) （硬度系數(shù)）由2表取1.0，（運轉(zhuǎn)系數(shù)）由表3取1.2，T 使用壽命由表4取為15000h由已知條件（1）、(2)、(3)，查滾珠絲杠副的表5，根據(jù)導(dǎo)程L06mm 和的原則，并參考同類型設(shè)備的實際情況，得出設(shè)計選用：外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d020，2.5圈1列，Ca=13100N，鋼球直徑Dw（d b）=3.969mm,=524，精度等級為E，基本導(dǎo)程極限偏差為6m，絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8 。由上述計算可知，應(yīng)選d020、基本導(dǎo)程L06mm長度為150mm的滾珠絲杠。第二章 連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動器實現(xiàn)第三象限直線插補加工圖2-1為開環(huán)機(jī)電伺服系統(tǒng)微控制器信號流動原理框圖。開環(huán)系統(tǒng)是最簡單的進(jìn)給系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(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)動電路控制和功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件。這種系統(tǒng)不需要對實際位移和速度進(jìn)行測量，更無需將所測得的實際位置和速度反饋到系統(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償和傳動間隙補償?shù)却胧?，定位精度可提高?. 0l mm。此外，由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制，開環(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，一般不超過5mmin。開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡單，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。 圖2-1 一個方向開環(huán)控制示意圖2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時電器接線圖設(shè)計圖形接線圖：2.2 三菱PLC控制插補程序設(shè)計221 逐點比較法直線插補 根據(jù)已學(xué)的知識可知，偏差計算是逐點比較法關(guān)鍵的一步，下面以第三象限直線導(dǎo)出偏差的計算公式。如圖所示，假定直線OA的起點為坐標(biāo)原點，終點A的坐標(biāo)為，P為加工點，如P點正好處于OA的直線上那么下式 成立；即。圖2-3第三相限直線插補示意圖若任意點P在直線OA的上方（嚴(yán)格地說在直線OA與y軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立： ；即若任意點P在直線OA的下方（嚴(yán)格地說在直線OA與x軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立；亦即由此可以得偏差判別函數(shù)為當(dāng)時，點P落在直線上當(dāng)時，點P落在直線上方； 當(dāng)時，點P落在直線下方；若時，則向+x軸發(fā)一個脈沖，刀具從點向x方向前進(jìn)一步，到達(dá)新加工點P，因此新加工點P）的偏差值為： （2-1） 如果在某