PLC直線插補(bǔ)課程設(shè)計(jì)2011.doc

江蘇技術(shù)師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練說明書課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 說明書 課程設(shè)計(jì)：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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 學(xué)院名稱： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 2011年12月課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練任務(wù)書題目設(shè)計(jì)題目：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)訓(xùn)練題目：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)數(shù)控PLC西門子插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)與第三象限直線插補(bǔ)加工主要設(shè)計(jì)參數(shù)及要求主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 走刀長(zhǎng)度：90mm X絲杠導(dǎo)程：8mm Z絲杠導(dǎo)程：10mm 脈沖當(dāng)量：5 步距角：0.6 最大進(jìn)給速度：40r/min 等效慣量：800 空啟動(dòng)時(shí)間：80ms X向拖板質(zhì)量：150NZ向拖板質(zhì)量：400N 主切削力Fz：1200N 吃刀抗力Fy：900N 走刀抗力Fx：400N設(shè)計(jì)要求： 選擇電機(jī)型號(hào)、繪出接口電路、編制程序。設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量課程設(shè)計(jì)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(dòng)比、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，設(shè)計(jì)并繪制伺服傳動(dòng)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(bǔ)程序。綜合訓(xùn)練內(nèi)容及工作量（兩周）：（1）利用設(shè)備及元?dú)饧谱魑⒖刂破骷捌浣涌诳刂齐娐?；?）調(diào)試所編制插補(bǔ)程序；（3）課程設(shè)計(jì)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(dòng)方面的參考書；3繪圖方面的參考書；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)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 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)行物化的過程。整個(gè)過程應(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)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。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)。目 錄第一章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 1.2傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇 7 1.3齒輪的設(shè)計(jì) 11 1.4絲杠的選擇 20第2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)程序設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加 工 24 2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì) 26 2.2 數(shù)控插補(bǔ)PLC程序設(shè)計(jì) 27 2.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)實(shí)例 27 2.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計(jì)及程序調(diào)試 30參考文獻(xiàn) 3841第一章進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控直線插補(bǔ)PLC程序設(shè)計(jì)1步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算系統(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?？傮w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。當(dāng)伺服系統(tǒng)的負(fù)載不大、精度要求不高時(shí)，可采用開環(huán)控制。一般來(lái)講，開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性不成問題，設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(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(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。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(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(shí)，再考慮選用電液脈沖馬達(dá)等。2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇傳動(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(dòng)機(jī)與絲杠中心距較大時(shí)，可采用同步齒形帶傳動(dòng)。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(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。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(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、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。5、本次課程設(shè)計(jì)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(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)。1.2 傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇一、X軸（縱向）：1. 減速器傳動(dòng)比計(jì)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(jì)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(jì)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(jiǎn)化公式計(jì)算：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。：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(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0.050.2；：在選擇橫向電機(jī)時(shí)，為工作臺(tái)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(shí)，為工作臺(tái)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(dòng)比。取0.8 取0.05 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：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：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：總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T取根據(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)。表1-1所選步進(jìn)電機(jī)特性參數(shù)規(guī)格型號(hào)相數(shù)步距角（。）相電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）重量（kg）外形尺寸(mm)86BYG350AH-020130.6/1.22.02.51320285*85*69二、同理Z軸（橫向）： 1.傳動(dòng)比i： 2.總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T：取0.8 取0.05 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：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:總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T取根據(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);表1-2所選步進(jìn)電機(jī)特性參數(shù)規(guī)格型號(hào)相數(shù)步距角（。）相電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）重量（kg）外形尺寸(mm)86BYG350AH-020130.6/1.22.02.51320285*85*69圖1-2進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)13齒輪的設(shè)計(jì)一X方向的齒輪傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算：1.選精度等級(jí)、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(jí)選用7級(jí)精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)z120，大齒輪齒數(shù)z254的；傳動(dòng)比為2.7.2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按公式計(jì)算，即 a）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（4） 試選1.3（4） 由機(jī)械設(shè)計(jì)書表107選取尺寬系數(shù)d1（4） 由機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （6）由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.90；0.95（7）計(jì)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 H20.95550MPa522.5MPa.計(jì)算圓周速度.計(jì)算齒寬b及模數(shù).計(jì)算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù)v=0.51m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖108查得動(dòng)載系數(shù)=0.9；直齒輪由機(jī)械設(shè)計(jì)書表103查得= =1.2；由機(jī)械設(shè)計(jì)書表104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 由，=1.310查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-13得。 故載荷系數(shù)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得.計(jì)算模數(shù)3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù)（2） 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（3） 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，(4)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力； 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，有(5)查取齒型系數(shù)由表105查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.30（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.71(7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計(jì)計(jì)算對(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)0.65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):大齒輪齒數(shù) 4.幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算中心距 2）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 （3）計(jì)算齒輪寬度2 Z方向的齒輪傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算： 1.選精度等級(jí)、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(jí)選用7級(jí)精度； 傳動(dòng)比為3.3.3） 試選一級(jí)小齒輪齒數(shù)z120，一級(jí)大齒輪齒數(shù)z230的；一級(jí)傳動(dòng)比。二級(jí)小齒輪齒數(shù)z3=20，二級(jí)大齒輪齒數(shù)Z4=44；二級(jí)傳動(dòng)比為。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按公式計(jì)算，即 dt2.32a）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（4） 試選1.3（4） 由機(jī)械設(shè)計(jì)書表107選取尺寬系數(shù)d1（4） 由機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 一級(jí)二級(jí)（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.90；0.95（7）計(jì)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(jì)算試算小齒輪分度圓直徑d1t與d3t。計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬b及模數(shù)，計(jì)算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù),7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖108查得動(dòng)載系數(shù)；直齒輪由機(jī)械設(shè)計(jì)書表103查得= =1.2；由機(jī)械設(shè)計(jì)書表104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。由b/h=8.89，=1.310由書表1013查得=1.27故載荷系數(shù)：按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 d1=mm=24.13mm計(jì)算模數(shù)m3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式 mn 確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù)（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)=0.87，=0.9（4）查取齒型系數(shù)由表105查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.52；Yfa3=2.80；Yfa4=2.345（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.625;Ysa3=1.55；Ysa4=1.679（6）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力(7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計(jì)計(jì)算mn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)大齒輪齒數(shù) 4.幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算中心距（2）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑（3）計(jì)算齒輪寬度=21mm;=25mm=20mm;=24mm14絲杠的選擇一設(shè)計(jì)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(tái)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(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：F式中 F絲杠所受的總軸向力 N ； 導(dǎo)軌與工作臺(tái)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(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0.050.2 ； W1X方向工作臺(tái)滑板及其組件重量 N； W2y方向工作臺(tái)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(jì)計(jì)算及選擇當(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(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。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推算最大動(dòng)載荷Ca，由機(jī)械設(shè)計(jì)可知 或 式中 Ca最大（基本）額定動(dòng)載荷（N），其值查附表5 計(jì)算額定動(dòng)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(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)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/100000060888.915000/1000000=800（百萬(wàn)轉(zhuǎn)）(3) （硬度系數(shù)）由2表取1.0，（運(yùn)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(shí)際情況，得出設(shè)計(jì)選用：外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d016，2.5圈1列，Ca=6300N，鋼球直徑Dw（d b）=2.381mm,=433，精度等級(jí)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(jì)算可知，應(yīng)選d016、基本導(dǎo)程L04mm、基本長(zhǎng)度為40cm的滾珠絲杠。二設(shè)計(jì)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(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：F式中 F絲杠所受的總軸向力 N ； 導(dǎo)軌與工作臺(tái)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(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0.050.2 ； W1X方向工作臺(tái)滑板及其組件重量 N； W2y方向工作臺(tái)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(jì)計(jì)算及選擇當(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(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。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推算最大動(dòng)載荷Ca，由機(jī)械設(shè)計(jì)可知 或 式中 Ca最大（基本）額定動(dòng)載荷（N），其值查附表5 計(jì)算額定動(dòng)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(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬(wàn)轉(zhuǎn)為一個(gè)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(wàn)轉(zhuǎn)）(3) （硬度系數(shù)）由2表取1.0，（運(yùn)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(shí)際情況，得出設(shè)計(jì)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(jí)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(jì)算可知，應(yīng)選d020、基本導(dǎo)程L06mm、基本長(zhǎng)度為40cm的滾珠絲杠。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 設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工 圖2-1為開環(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(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?. 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(shí)，一般不超過5mmin。開環(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。 圖2-1 一個(gè)進(jìn)給方向開環(huán)控制示意圖 2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì) 圖形接線圖： 圖2-2 PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)接線圖2.2 三菱PLC控制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)221 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 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。 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為加工點(diǎn)，如P點(diǎn)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(bǔ)示意圖若任意點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，點(diǎn)P落在直線上當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線上方； 當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線下方；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： （2-1） 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： 即 （2-2） 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)。 綜上所述，逐點(diǎn)比較的直線插補(bǔ)過程為每走一步要進(jìn)行以下四個(gè)步驟，即判別、進(jìn)給、運(yùn)算、比較。（4） 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。（5） 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。（6） 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，這樣就要知道開始加工時(shí)的那一點(diǎn)的偏差是多少。當(dāng)開始加工時(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)然沒有偏差，所以開始加工點(diǎn)的。（7） 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