PLC直線插補課程設(shè)計---進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè) 計與綜 合訓練說明書課程設(shè)計：進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計綜合訓練：數(shù)控第三象限直線插補PLC程序設(shè)計和插補加工學院名稱：一專 業(yè)：班 級：姓 名：指導老師：2011年12月課程設(shè)計與綜合訓練任務書題 目設(shè)計題目：進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計訓練題目：步進電機驅(qū)動器實現(xiàn)數(shù)控PLC西門子插補程序設(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：90mmX絲杠導程：8mmZ絲杠導程：10mm脈沖當量：5步距角：0.6最大進給速度：40r/min等效慣量：800kg m2空啟動時間：80msX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

2、抗力Fx: 400N設(shè)計要求：選擇電機型號、繪出接口電路、編制程序。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)給定任務參數(shù)選擇傳動比、步進電機型號，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)計綜合訓練說明書1份：600g8000字。主要參考文獻1 . PLC編程控制方面的參考書；2 .步進電機驅(qū)動方面的參考書；3 .繪圖方面的參考書；課程設(shè)計題目：進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計綜合訓練題目：數(shù)控第三象限直線插補PLC©

3、序設(shè)計和插補加工摘 要：機械電子工程專業(yè)的課程設(shè)計，是對前階段機電課程教學的一次設(shè)計性的訓練過程，其后二周的綜合訓練則是將課程設(shè)計的設(shè)計成果進行物化的過程。整個過程應該能實現(xiàn)對理論教學內(nèi)容的綜合應用目的。所以，本設(shè)計書涉及了機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、電氣控制與PLC、數(shù)控機床與編程技術(shù)、機械 工程測試技術(shù)基礎(chǔ)等多門機電課程知識。首先根據(jù)指導老 師給定的參數(shù)，使用visio 畫出基于三菱 PLC的步進控制系統(tǒng)接線圖和流程圖，選擇系統(tǒng)所用步進電機、計算系統(tǒng)減速器傳動比；選擇方案是微控制器中的PLC控制方式，步進電機為動力元件，減速器 、聯(lián)軸器與絲杠為傳動裝置；最后在GX-Developer中編制和調(diào)試第

4、三相限插補程序，使程序按照流程圖方案模擬達到第三相限直線插補加工軌跡要求。關(guān)鍵詞：plc程序，步進電機驅(qū)動器，第三象限直線插補。第一章進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計51.1 系統(tǒng)方案設(shè)計 61.2 傳動比計算和步進電機的選擇 71.3 齒輪的設(shè)計 111.4 絲杠的選擇 20第二章 步進電機驅(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 242.1 PLC空制步進電機時電器接線圖設(shè)計262.2 數(shù)控插補PLCS序設(shè)計272.2.1 逐點比較法直線插補實例272.2.2 PLG®件組態(tài)及程序設(shè)計及程序調(diào)試30參考文獻38PLC程序設(shè)計圖1-1開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖第一章進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

5、與數(shù)控直線插補1步進電機的選擇和齒輪傳動比的計算系統(tǒng)總體設(shè)計非常重要，是對一部機器的總體布局和全局的安排。總體設(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)計時應多花時間、考慮清楚，以減少返工現(xiàn)象。當伺服系統(tǒng)的負載不大、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)響應性能。1.1系統(tǒng)方案設(shè)計在機電一體化產(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

6、 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。1、執(zhí)行元件的選擇選擇執(zhí)行元件時應綜合考慮負載能力、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)中可采用步進電機、電液脈沖馬達等作 為執(zhí)行元件，其中步進電機應用最為廣泛，一般情況下優(yōu)先選用步進電機，當其 負載能力不夠時，再考慮選用電液脈沖馬達等。2、傳動機構(gòu)方案的選擇傳動機構(gòu)實質(zhì)上是執(zhí)行元件與執(zhí)行機構(gòu)以輸出旋轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機構(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

7、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)復雜，后者因結(jié) 構(gòu)簡單、制造容易而廣泛使用。在步進電機與絲杠之間運動的傳遞有多種方式， 可將步進電機與絲杠通過聯(lián)軸器直接連接， 具優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可獲得較高的速 度，但對步進電機的負載能力要求較高； 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量、扭矩和慣量；當電動機與絲杠中心距較大時， 可采用同 步齒形帶傳動。3、執(zhí)行機構(gòu)方案的選擇執(zhí)行機構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象， 是實現(xiàn)實際操作的機構(gòu)，應根據(jù)具體操 作對象及其特點來選擇和設(shè)計。一般來講，執(zhí)行機構(gòu)中都包含有導向機構(gòu)，執(zhí)行 機構(gòu)的選擇主要是導向機構(gòu)的選擇。4、控制系

8、統(tǒng)方案的選擇控制系統(tǒng)方案的選擇包括微控制器、步進電機控制方式、驅(qū)動電路等的選擇。 常用的微控制器有單片機、PLC、微機插卡、微機并行口、用行口和下位機等， 其中單片機由于在體積、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)中得到廣泛的應用。步進電機控制方式有硬件環(huán)行分配器控制和軟件環(huán) 行分配器控制之分，對多相電機還有 X相單X拍、X相2*X拍、X相雙X拍和 細分驅(qū)動等控制方式，如三相步進電機有 3相單3拍、3相6拍、3相雙3拍和 細分驅(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、細分控制等電路。5、本次課程設(shè)計和綜合訓練方案的選擇執(zhí)行元件選用功率步進電

9、機，傳動方案選擇帶有降速齒輪箱的絲杠螺母傳動 機構(gòu)和聯(lián)軸器，執(zhí)行機構(gòu)選用拖板導軌；控制系統(tǒng)中微控制器采用PLC控制器， 步進電機控制方式采用帶有硬件環(huán)行分配器的現(xiàn)有步進電機驅(qū)動器，在共地的情況下，給該驅(qū)動器提供一路進給脈沖、另一路高（低）電平方向控制電位以及使 能信號。1.2傳動比計算和步進電機的選擇 一、X軸（縱向）：1 .減速器傳動比計算二 p360°、p其中a :表示步進電機步距角p表示絲杠導程dp :表示脈沖當量p0.6 8360° 5 10，2.72 .步進電機所需力矩計算選擇步進電機應按照電機額定輸出轉(zhuǎn)矩T主電機所需的最大轉(zhuǎn)矩Tmax的原則，首先計算電機所需的負

10、載轉(zhuǎn)矩。作用在步進電機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩 T可按下面簡化公式計算:T =Tj TTw T = (Jm Je)；里fFw里2二 i 2二 i 2二 i式中：Tj為啟動加速引起的慣性力矩，TR為拖板重力和拖板上其它折算到電機軸上的當量摩擦力矩，Tw為加工負載折算到電機軸上的負載力矩， To為因絲杠預緊引起的力折算到電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩； Jm為電機轉(zhuǎn)動慣量；Je為折算 到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量；名為啟動時的角加速度；（Jm+JE）有參數(shù)知；名由 空載啟動時間和最大進給速度計算得到；p ：為絲杠導程。F3 為拖板重力和主切削力引起絲杠上的摩擦力，F(xiàn)p=（mg + Fz）匕 拖板重量由參數(shù)給定，在計算

11、縱向力時（選擇縱向電機），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）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 ;Fw：在選擇橫向電機時，為工作臺上的最大橫向載荷，通過給定吃刀抗力Fy得到；在選擇縱向電機時，為工作臺上的最大縱向載荷，通過給定吃刀抗力Fx得到；F。：為絲杠螺母副的預緊力，設(shè)取 Fw的1/31/5 ;n :為伺服進給系統(tǒng)的總效率，取為 0.8; i:為減速器傳動比。PFPFw PFoT =Tj Tj Tw T. =(Jm Je)；-7-7-:一2二 i 2二 i 2二 ivmax、工n=x-n max0、p360 p40 0.630 =

12、13.3r / min5 10 3602二nmax 3 = 2- 13J ： 17.4rad/s260 80 1060 80 10Tj = Jm Je )； =0.08N，m2 17.4rad /s2 -1.392N，m”取 0.8 口取 0.05F=mg FZ=550 1200 0.05 =87.5N丁 PFj 8 87.5= 0.0516N *mT, =2二 i 2 3.14 0.8 2.7Fw = Fx = 400NPFw2二 i8 4002 3.14 0.8 2.7= 0.2359N «m1F： = Fw 4 =100N0.2PFo2二 i0.2 8 1002 3.14 0.

13、8 2.7= 0.001180N *mT =Tj Tj TW TO =1.68068N *m一般啟動是為空載，于是空載啟動時電機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為：Tq =Tj TTO =1.44478 N *m在最大外載荷下工作時，電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為：Tq =TW TTO =0.28868N *mX 相 2*X計算出的總負載轉(zhuǎn)矩根據(jù)驅(qū)動方式，選擇電機時還需除以一系數(shù)，設(shè)為 拍驅(qū)動方式，則總負載轉(zhuǎn)矩取為：T -max Tq/0,8;Tg / 0.3 0.5max T805975;0.96227總負載轉(zhuǎn)矩T取1.806N 'm根據(jù)求出的負載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，查詢步進電機型號表1-1所選步進電機

14、特性參數(shù)規(guī)格型號相數(shù)步距角(。)相電流(A)保持轉(zhuǎn)矩(N ,m)轉(zhuǎn)動慣量2(g,cm)重量(kg)外形尺寸(mm)86BYG350AH-020130.6/1.22.02.51320285*85*69、同理Z軸(橫向)：1 .傳動比i ：0.6 1003360510=3.32 .總負載轉(zhuǎn)矩T:TTw To =(JmPFw2 二 iPF。2 二 inmaxvmax -、p 3600p40 0.6_305 10 360=13 .3r / min:17.4 rad/s22 二nmax二 2二 13.360 80 10 上 60 80 10 工Tj = Jm Je ； =0.08N，m2 17.4 ra

15、d / s2 = 1.392 N，m”取 0.8 N 取 0.05F.i - mg Fz > -：'150 1200 0.05 -67.5NPF10 67.5T=0.040714 N m2 二 i2 3.14 0.8 3.3Fw = Fy = 900NTwPFw2 二 i10 9002 3.14 0.8 3.3=0.5428 N1 F-. = Fw225N4To0.2PFo0.2 10 2252 3.14 0.8 3.3u 0.027142T =Tj Tj TW TO = 2.002656 N，m一般啟動是為空載，于是空載啟動時電機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為:Tq =Tj TTo =1.

16、459856 N，m在最大外載荷下工作時，電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為：Tq =Tw TTo =0.61056 N，mT =max Tq/0.8;Tg /（0.3 0.5） ；=max11.82482;2.0352）總負載轉(zhuǎn)矩T取2.0352 Nm根據(jù)求出的負載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，查詢步進電機型號表1-2所選步進電機特性參數(shù)規(guī)格型號相 數(shù)步距角 （。）相電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（N m）轉(zhuǎn)動慣量2（g 5 ）重量(kg)外形尺寸（mm）86BYG350AH-020130.6/1.22.02.51320285*85*69圖1-2進給系統(tǒng)機構(gòu)1. 3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

17、、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40HBS2）精度等級選用7級精度；3）試選小齒輪齒數(shù)z1 = 20,大齒輪齒數(shù)z2=54的；傳動比為2.7.按公式計算，即dit一 2.323KT11 duu1(；Ja)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(4)試選 Kt = 1.3(4)由機械設(shè)計書表10 7選取尺寬系數(shù)i>d=1(4)由機械設(shè)計書表10 6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8Mpa(4)由機械設(shè)計書圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限(7Hlim1 = 600MPa

18、大齒輪的解除疲勞強度極限 (T Hlim2 = 550MPa(4)由公式計算應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60 500 1 (2 8 300 5)=7.2 10888N2 = N1/2.7 = 7.2 10 /2.7 = 2.7 10(6)由機械設(shè)計書圖10 19查得接觸疲勞壽命系數(shù)Khn1 =0.90 ; KHN2 =0.95(7)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全系數(shù)S= 1,由式(1012)得(T H1 = = 0.90 X 600Mp弟 540MPa6 H2 = = 0.95 X 550Mp群 522.5MPad1t - 2.323KT1 u -1( Z'd u -

19、)2KT1 d3t - 2.323 23 1 口.1 Ze、21.3 2.5 103: 2.32 ,.3.7 . 189.82.7522.5= 19.4mmv60 1000I .計算圓周速度兀 19.4 500 = 0.51 m , s60 1000n .計算齒寬b及模數(shù)mtb = d d1t = 1 19.4 = 19.4mmmt =d1t19.420=0.97h =2.25mt = 2.25 0.97mm = 2.1825mm b/h =19.4/2.1825 = 8.89田.計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1;根據(jù)v=0.51m/s,7級精度，由機械設(shè)計書圖10-8查得動載系數(shù)K

20、v =0.9 ;直齒輪由機械設(shè)計書表10- 3查得KHot= KFot=1.2;由機械設(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，Kh ：=1.310由b/h = 8.89 , KhP=1.310 查機械設(shè)計圖 10-13 得 KfP =1.27故載荷系數(shù)K = KaKvKh：.Kh1 0.9 1.2 1.31=1.4148按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式(10- 10a)得mdt = 19.96Zi 200.998 ： 1u 19.96 mm3 .按齒根彎曲強度設(shè)計由式m -|2KTYFaYSa；Zi2 ( 七 F 1確定計算參數(shù)(1)計算載荷系數(shù)K = KA

21、KVKF-KF-： =1 0.9 1.2 1.27 =1.3716(2)由機械設(shè)計圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限iFE1=500MPa ;大齒輪的彎曲強度極限；：FE2 =380MPa(3)由機械設(shè)計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.87, KFN2 = 0.90 計算彎曲疲勞許用應力；取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,有1 =Kfni；fei =310.71MPa SL = K" fe2 =247.29MPa S(5)查取齒型系數(shù)由表 105 查得 Yfa1=2.80 ; Yfa2=2.30(6)查取應力校正系數(shù)由表 10 5 查得 Ysa1=1.55; Ysa2

22、=1.71(7)計算大、小齒輪的Ya號并加以比較YFa2YSa2 _ 2.30 1.71= 0.01581247.29大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計計算YFaYSa (')3 2 1.37162.5 1031 2020.01581=0.65對比計算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強度計算 的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得模數(shù)0.65并就近圓整為標準值 m=0.8mm按接觸強度算得的分度圓直徑 d1=15.19mm算出小齒輪齒數(shù)=24.95 : 25d119.96Z

23、1 = -_m 0.8大齒輪齒數(shù)Z2 =2.7 25 = 67.5 ： 684 .幾何尺寸計算（1）計算中心距m(Z1 Z2)2=37.22）計算大、小齒輪的分度圓直徑d 1 = z1m =20 mmd2 = z2m = 54.4 mm（3）計算齒輪寬度b = dd1 = 20 mmB2 = 20mm B1 = 24mm二.Z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40HBS2 ） 精度等級選用7級精度；傳動比為3.3.3）試選一級小齒輪齒數(shù) z

24、1 = 20, 一級大齒輪齒數(shù) z2=30的；一級傳動比i1 =1.50二級小齒輪齒數(shù)z3=20,二級大齒輪齒數(shù) Z4=44;二級傳動比為i2 =2.2按公式計算，即dt >2.32 ,2KtT u 1 ZhZea)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(4)試選Kt = 1.3(4)由機械設(shè)計書表10-7選取尺寬系數(shù)i>d=1(4)由機械設(shè)計書表10 6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8Mpa(4)由機械設(shè)計書圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限(THliml =600MPa大齒輪的解除疲勞強度極限(T Hlim2 = 550MPa(4)由公式計算應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1j

25、Lh=60 500 1 (2 8 300 5)=7.2 108一級 N2 = Ni /1.5 =4.8 108N2 =Ni /2.2 =3.3 108(6)由機械設(shè)計書圖10 19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1 =0.90 ; KHN2 =0.95(7)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全系數(shù)S= 1,由式(1012)得(T H1 = = 0.90 X 600Mp弟 540MPa(T H2 = = 0.95 X 550Mp群 522.5MPab)計算試算小齒輪分度圓直徑d1t與d3t。d1t - 2.323KTi u-1z Z(> d u二)23= 2.32.1.3父2.5父103

26、2.54189.8 ;1.5 522.5=20.74mmd3t =2.32.1.3 2.5 103 3.2 189.82.2 1522.5 J=19.82mm計算圓周速度Vi二 d1tn2 二 20.74 500 60 1000 60 1000=0.54m / s二 d3tn4v2 二60 1000二 19.82 333.360 1000= 0.35m/s計算齒寬b及模數(shù)mt1, mt2b1 = d1t = 20.74mmb2 = d3t = 19.82mm h1 =2.25mti -2.33mm h2 =2.25mt2 =2.23mm b1 /h1 =20.74/2.33 =8.90d1tm

27、t1 二Z120.7420= 1.037mt 2d 3tZ319.8220= 0.991b2/h2 =19.82/2.23 =8.89計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1;根據(jù)V1 =0.54m/s'V2 =0.35m/s,7級精度，由機械設(shè)計書圖108查得動載系數(shù) KV1=0.9、KV2=0.7；直齒輪由機械設(shè)計書表10 3查得Kho(= Kf(x=1.2;由機械設(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，KHp=1.310o由 b/h=8.89 , KH 0=1.310 由書表 1013查得 KFp=1.27故載荷系數(shù)：K1 =KaKv1Kh：.KhB=1

28、 0.9 1.2 1.31=1.4148K2 =KAKv2KH _ KH=1 0.7 1.2 1.31=1.1004按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式(10- 10a)得dit . K / Kt =22.89 .1.52261/1.3 mm=24.13mmd1 =md2d13 1.4148=21.33 mm計算模數(shù)1.33 1.10041.3=18.75 mmd121.33m1 = = = 1.0665z120m2d218.75=0.9375Z3203.按齒根彎曲強度設(shè)計由式 mn3 .'2 KT 1 YFa YSa確定計算參數(shù)(1)計算載荷系數(shù)K1 = KaKV1Kf.Kf

29、; =1 0.9 1.2 1.27 =1.3716K2 = KAKV2KF-KF： =1 0.7 1.2 1.27 =1.0668 £-v1 f r 1 kJ(2)由圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限(rF1=500Mpa查得大齒輪的彎曲疲勞強度極限(tF2=380MPa(3)由圖10-18取彎曲疲勞強度壽命系數(shù) KfM=0.87, KFn2=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)查取應力校正系數(shù)由表 10 5 查得 Ysa1=1.55; Ysa2=1.625;Ysa3=1

30、.55 ; Ysa4=1.679(6)計算彎曲疲勞許用應力1 = KFNr- fei =310.71MPa S L = KM；=247.29MPa S 計算大、小齒輪的YaYj并加以比較上耍里!竺:0.01397I>f 1310.7Yf 二2工二21YFa 3Ysa32.52 1.625238.86= 0.017142.8 1.55310.7= 0.01397YF ：4YS : 4KT2.345 1.679238.86= 0.01648大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計計算對比計算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強度計算 的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決

31、定的承載能力，而齒面 接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得模數(shù) 0.66并就近圓整為標準值m1=m2=0.8m m按接觸強度算得的分度圓直徑 d1=21.33mm d2=18.75mn#出小齒輪齒數(shù)dm121.330.8= 26.66 : 27大齒輪齒數(shù)4.幾何尺寸計算(1)計算中心距Z3 =曳=1875 = 23,4375 : 24m20.8Z2 =1.5 27 =40,5 ： 41Z4 =2.2 24 =52,8 ： 53(乙 z2)m1-=27.2mma2二(z3 z4)m24 2 = 30.8mm(2)計算大、小齒輪的分度圓直徑d1=21.6mmd2 =

32、z2ml = 32.8mmd3 = z3m2 =19.2mmd4 = z4 m2 = 42.4mm(3)計算齒輪寬度b = dd1b1 = d1t = 20.74mmB2 =21mm; B1 =25mmb3 = dd1 = 19.82mmB4 =20mm; B3=24mm1. 4絲杠的選擇一.設(shè)計X方向的滾珠絲杠螺母機構(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(w W)以及z方向的軸向工作載荷Fa2主要由導軌承擔，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Fai；二是 工作臺滑板及其組件重量（w W 和

33、Z方向的軸向載荷在導軌上產(chǎn)生的合成摩 擦力Fn兩部分組成：F= Fa1+ FnFn = N m4F* + （Wi +W2 2 = 0.05 h，12002 +（150 + 400）2 = 52.74 N 式中F絲杠所受的總軸向力N ;Fn導軌與工作臺滑板之間的摩擦力N ；FaiX方向的軸向工作載荷 N ;Fa2Y方向軸向工作載荷N ;以一一導軌與工作臺滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導軌與工作臺滑板處 于邊界潤滑狀態(tài)（脂潤滑或油潤滑），可取以=0.050.2 ;W 1X方向工作臺滑板及其組件重量 N;W 2y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：F

34、=Fa1 Fn =400 52.74 =452.74N2、絲杠設(shè)計計算及選擇當滾珠絲杠副承受軸向載荷時，滾珠和滾道型面間便會產(chǎn)生接觸應力。 對滾 道型面上某一點而言，其應力狀態(tài)是交變應力。這種交變接觸應力作用下，經(jīng)過 一定的應力循環(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因疲勞點蝕是其主要的破壞故應按疲勞壽命

35、選設(shè)計在較高速度下長時間工作的滾珠絲杠副時， 形式,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,由機械設(shè)計可知臣-LL F或 Ca 2a=F 3L'式中Ca最大（基本）額定動載荷（N）,其值查附表5Ca計算額定動載荷F一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C0a呈F的原則選擇絲杠：d°=16mm（2）、按疲勞壽命選擇L' =60 X n X T/1000000 = 60 X 888.9 乂 15000/1000000=800

36、（百萬 轉(zhuǎn)）n2 = n-z1 =888.9rpm Z2（3） ca 之c'a= fwfH F VT = 1.2x 452.74N x 800 = 5043.44NfH （硬度系數(shù)）由2表取1.0, fW （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)導程L = 4mm和Ca >c1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 dO= 16, 2.5 圈X1 歹U, Ca=6300N 鋼球直徑 Dw（d b） =2.381mmg =4。33',精度等級為E,基本導程極限

37、偏差為土 6仙m絲杠大徑表面粗糙度為 Ra0.8 。由上述計算可知，應選d0= 16、基本導程L°=4mm基本長度為40cm的滾珠 絲杠。二.設(shè)計Z方向的滾珠絲杠螺母機構(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（w W）以及X方向的軸向工作載荷 Fai主要由導軌承擔，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Fa2；二是 工作臺滑板及其組件重量（W W）和X方向的軸向載荷在導軌上產(chǎn)生的合成摩 擦力Fn兩部分組成：F= Fa2 + FnFn =內(nèi)值 +（W +W2 j =0.05M J4002

38、+（150 + 400）2 =34N 式中F絲杠所受的總軸向力N ;Fn導軌與工作臺滑板之間的摩擦力 N ；FaiX方向的軸向工作載荷 N ;Fa2Y方向軸向工作載荷N ;以一一導軌與工作臺滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導軌與工作臺滑板處 于邊界潤滑狀態(tài)（脂潤滑或油潤滑），可取以=0.050.2 ;W 1X方向工作臺滑板及其組件重量 N;W 2y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：F = Fa2 Fn =900 34 -934N2、絲杠設(shè)計計算及選擇當滾珠絲杠副承受軸向載荷時，滾珠和滾道型面間便會產(chǎn)生接觸應力。 對滾 道型面上某一點而言，其應力狀

39、態(tài)是交變應力。這種交變接觸應力作用下，經(jīng)過 一定的應力循環(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,由機械設(shè)計可知Li°= ca -LL F或 C

40、a -Ca=F 3'L'式中Ca最大（基本）額定動載荷（N）,其值查附表5Ca計算額定動載荷F一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Coa呈F的原則選擇絲杠：d0=16mm（2）、按疲勞壽命選擇L' =60XnXT/1000000=60X 600X 15000/1000000=540 （百萬轉(zhuǎn)） n 乙 n2 = = 600rpmZ2（3） Ca-Ca= fwfH F 3 L7 -1.2 934N 3 540 =9126.96NfH （硬度系數(shù)）由2表取1

41、.0, fW （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)導程L° = 6mm和Ca >c1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 d0= 20, 2.5 圈X1 歹U, Ca=13100N 鋼球直徑 Dw（d b） =3.969mmg =50 24',精度等級為E,基本導程極限偏差為土 6仙m絲杠大徑表面粗糙度為 Ra0.8 。由上述計算可知，應選d0= 20、基本導程L°=6mm基本長度為40cm的滾珠絲杠第二章步進電機驅(qū)動器實現(xiàn)第三象限直線PL

42、C插補程序設(shè)計和插補加工圖2-1為開環(huán)機電伺服系統(tǒng)微控制器信號流動原理框圖。開 環(huán)系統(tǒng)是最簡單的進給系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進 電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動 電路控制和功率放大后，驅(qū)動步進電機轉(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 度主要決定于步進電機的角位移精度、齒輪絲杠等傳動元件的導程 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±0.02

43、mm。如果采取螺距誤差補償和傳動問 隙補償?shù)却胧?，定位精度可提高?#177;0. 01mm 。此外，由于步進電 機性能的限制，開環(huán)進給系統(tǒng)的進給速度也受到限制，在脈沖當量 為0.01mm 時，一般不超過5m/ min。開環(huán)進給系統(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 度不太高的機床上曾得到廣泛應用。圖2-1 一個進給方向開環(huán)控制示意圖2.1 PLC控制步進電機時電器接線圖設(shè)計圖形接線圖:220vSWT-204M+24V+24VSWT- 204M紅 黃 藍 綠PUL- PUL+ DIR- DIR+ENA- ENA+PUL- PUL+DIR-DIR+ENA-

44、ENA+24V紅 黃 藍 綠4NIC-DG1202相步進電機2相步進電機24Vcomn 一MN-Y000L+ Y001X000 "SB1SB2_YAH dY002X00ii、，X002餐急停-Y003X014X左限位一 Y004X015,X右限位/aacY前限位Y005X016 yX017T丫后限位FX-3u-64M圖2-2 PLC驅(qū)動步進電機接線圖2.2 三菱PLC空制插補程序設(shè)計2. 2. 1逐點比較法直線插補根據(jù)已學的知識可知，偏差計算是逐點比較法關(guān)鍵的一步，下面 以第一象限直線導出偏差的計算公式。如圖所示，假定直線OA的起點為坐標原點，終點A的坐標為（Xi，Y） , P（X，

45、yi）為加工點，如P點正好處于OA的直線上那么下式=yXXe成立； 即xeyi -xiye =0。P(x,yi) >XYP(x,y)P(x,yi)V7P(Xi,yJP(x,y)P(Xe，ye)圖2-3第三相限直線插補示意圖若任意點P（Xi，Yi）在直線OA勺上方（嚴格地說在直線OAfy軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立： ">近；即xeyi-xiyeA0 Xi Xe若任意點P（Xi，Y）在直線OAW下方（嚴格地說在直線OA與X軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)）,那么有下述關(guān)系成立； 叢=血亦即Xeyi -Xiye <0X Xe由此可以得偏差判別函數(shù) Fij為Fi,i = X

46、eY - Xi ye當Fi,iw時，點P（Xi,Yi）落在直線上當Fi,im時，點P（Xi,Yi）落在直線上方；當Fig時，點P（Xi,丫）落在直線下方；若Fi,酉時，則向+x軸發(fā)一個脈沖，刀具從(Xi，Y)點向x方向前進一步，到 達新加工點P(X.Yi), Xf=Xi+1,因此新加工點P(Xi,Yi)的偏差值為：Fi 1, i =3 Xi 1 ye = XeYi 一(Xi 1)yi = Xeyi - Xi ye - ye = Fi - yeFi書，i = Fi, i -ye(2-1 )如果在某一時刻，加工點P (Xi , yi )的Fi,iQ ,則向y軸發(fā)出一個進給脈沖， 刀具從這一點向y方

47、向前進一步，新加工點P (Xi, yi + )的偏差值為：即Fi,i i =XeX -Xi ye =Xe(yj 1) Xiye =Xe* -XeNe X =F,i XeF"=Fi,i +%(2-2)根據(jù)5-1和5-2可以看出，新加工點的偏差完全可以用前一加工點的偏差遞推 出來。綜上所述，逐點比較的直線插補過程為每走一步要進行以下四個步驟，即判別、 進給、運算、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)進給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個坐標(X或y)移動一步。(6)運算。計算刀具移動后的新偏差，提供給下一個判別依據(jù)。根據(jù)式(2-1) 及

48、式(2-2)來算新加工點的偏差，使運算大大簡化，但是每一新加工 點的偏差是由前一點偏差 Fc推算出來的，并且一直推算下去，這樣 就要知道開始加工時的那一點的偏差是多少。當開始加工時，我們是 以人工方式將刀具移到加工起點，既所謂的“對刀”，這一點當然沒有 偏差，所以開始加工點的FijR。(7)比較。在計算運算偏差的同時，還要進行一次終點比較，以確定是否到 達終點。若已經(jīng)到達，就不要再進行計算，并發(fā)出停機或轉(zhuǎn)換新程序 的信號。根據(jù)式3-1和3-2看出，新加工點的偏差完全可以用前一加工點的偏差遞 推出來。綜上所述，逐點比較的直線插補過程為每走一步要進行以下四個步驟，即判別、進給、運算、比較。(1)判

49、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。(2)進給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個坐標(x或y)移動一步。(3-1)及式(3)運算。計算刀具移動后的新偏差，提供給下一個判別依據(jù)。根據(jù)式 (3-2)來算新加工點的偏差，使運算大大簡化，但是每一新加工點的偏差是由前一點偏差 推算出來的，并且一直推算下去，這樣就要知道 開始加工時的那一點的偏差是多少。當開始加工時，我們是以人工方式將刀具移到加工起點，既所謂的“對刀”，這一點當然沒有偏差，所以開始加工點的Fi,i =0。(4)比較。在計算運算偏差的同時，還要進行一次終點比較，以確定是否到達終點。若已經(jīng)到達，就不要再進行計

50、算，并發(fā)出停機或轉(zhuǎn)換新程序的信號。逐點比較法第三象限插補程序流程圖如下：結(jié)束圖2-4第三象限插補程序流程圖2.2.2 PLC程序設(shè)計一.GX Developer 簡介1.雙擊GX Developer圖標，打開MELSOF系列編程軟件2.新建工程3.編程頁面HEL50FT4而 Dcw0d 怦希£7i |標置所產(chǎn).蜉HAH "1 惠 j_ rttlE?閶&兇 T1I-. VP：5) 'FOIL： m：i： IFHIflJ rtntm TJI；TJ WH：a；死h：貨 二闋劇 弱 囚生1_I_L 1型我I也141AJ凰到凰困Wt- ，-3 j2Jt ?I M甘惘想

51、切*1制反京KIA圜篇舞圖I 1匕品醫(yī)明制副白3快|蕓|劇闌網(wǎng)陶 用力| I通|斗，艮|口|4.輸入程序麗LSOfTfi ?l GX Dcwfcpff E'VTTWTl3 11'm LBFK Hlij-tTl： MMN 2TO _ 工相正)ElllB(E) 如 TPt£J Iflftil：旺越站 iMh TJHU WPim *和由a 如期 中牌自上|吉扇怙hiKXixkim斷圜第圖飛；| 片儲匕1I訓閾仁|曲句其才wooMOVKM0QKM00DQD238¥006Hl-M80UT心M102winn11100 Hl-0PMOVKOD4DOD2D6D4Ml5.檢查傳輸設(shè)置情況W-廿I閽1*1制I I I I因某I I I匕I I I出血1 口婦星回回坦國Z»r=-i-朱充劉i孑lKMOOKBOO