畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）定位磨齒專(zhuān)用工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　定位磨齒專(zhuān)用工作臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　定位磨齒專(zhuān)用工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度，降低成本,是微機(jī)控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。開(kāi)環(huán)控制能充分的利用微機(jī)的軟

2、件、硬件功能以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制，使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大, 進(jìn)一步提高機(jī)床的精度和可靠性。</p><p>　　本文機(jī)械部分采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步齒形帶帶動(dòng)滾珠絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)在直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副上運(yùn)動(dòng)，其中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用90BYG22602型號(hào)。工作臺(tái)控制部分以S7-200 PLC為核心，作為主控器；選擇步進(jìn)電機(jī)配套驅(qū)動(dòng)器MD-201驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)加、 減速、急停等操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的控制。</p>

3、<p>　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，S7-200 PLC，工作臺(tái)</p><p>　　Positioning Grinding Teeth Dedicated Workbench Design</p><p>　　Author:Zhou Zhuonan</p><p>　　Tutor: Xue Dongb

4、in</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Summary two-axis CNC Workbench is an open-loop control system for mechanical and electrical systems design, its structure is simple, easy and can

5、 guarantee a certain degree of accuracy, reduce costs, is the simplest application of microcomputer control technology. Open-loop control can make full use of computer software and hardware capabilities for control of th

6、e machine tool, machine tool machining range of expanded, further improve the accuracy and reliability of machine tools.</p><p>　　Machinery section of this article adopts stepping motor by dragging the table

7、 in Timing belt driven ball screw linear rolling guide on movement, of which, step motor selection 90BYG22602 model. Table control section S7-200 PLC microcontroller as the core, select stepping motor drive MD-201-

8、drive stepper motors for operations such as addition, deceleration and emergency stop, enabling control over the table.</p><p>　　Key words: Stepper motors, S7-200 PLC, Workbench</p><p><b>

9、　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 前言1</b></p><p>　　1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)綜述1</p><p>　　1.2.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成1</p><p>　　1.2

10、.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù)3</p><p>　　1.2.3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　2 總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 確定主要參數(shù)5</p><p>　　2.2 工作臺(tái)的外形尺寸6</p><p>　　2.3 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇7</p><p&g

11、t;　　2.3.1導(dǎo)軌副的選用7</p><p>　　2.3.2絲杠螺母副的選用7</p><p>　　2.3.3伺服電動(dòng)機(jī)的選用7</p><p>　　2.3.4控制系統(tǒng)的選用7</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.5系統(tǒng)總體框圖8</p><p>

12、;　　3 機(jī)械設(shè)計(jì)部分9</p><p>　　3.1工作臺(tái)重量初步估算9</p><p>　　3.2磨削力的計(jì)算9</p><p>　　3.3滾動(dòng)導(dǎo)軌的選用10</p><p>　　3.1.1導(dǎo)軌工作負(fù)載計(jì)算10</p><p>　　3.3.2 塊承受工作載荷的計(jì)算11</p><p&g

13、t;　　3.3.3 距離額定壽命L的計(jì)算11</p><p>　　3.4滾珠絲杠的計(jì)算和選擇11</p><p>　　3.4.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算12</p><p>　　3.4.2最大動(dòng)工作載荷FQ的計(jì)算12</p><p>　　3.5型號(hào)的選擇與校核12</p><p>　　3.5.1規(guī)格型號(hào)的初選

14、12</p><p>　　3.5.2 傳動(dòng)效率η的計(jì)算13</p><p>　　3.5.3剛度的驗(yàn)算13</p><p>　　3.5.4 壓桿穩(wěn)定性校核14</p><p>　　3.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型14</p><p>　　3.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq14</p&g

15、t;<p>　　3.6.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq15</p><p>　　3.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定17</p><p>　　3.6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核17</p><p>　　3.7步進(jìn)電機(jī)同步齒形帶的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.7.1給出傳動(dòng)要求及原始數(shù)據(jù)19<

16、/p><p>　　3.7.2選擇帶的節(jié)距19</p><p>　　3.7.3 確定帶輪直徑及帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)19</p><p>　　3.7.4 確定帶寬20</p><p>　　4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1硬件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1.1主控制器CPU的選擇

17、22</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22</p><p>　　4.1.3硬件配置22</p><p>　　4.2 PLC的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)23</p><p>　　4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4 初始化24</p><p>　　4.5 設(shè)置和取消參考

18、點(diǎn)24</p><p>　　4.6 定位控制25</p><p>　　4.7 停止電機(jī)25</p><p>　　5 程序和注釋26</p><p>　　6 系統(tǒng)誤差分析31</p><p>　　6.1誤差的來(lái)源31</p><p>　　6.2控制系統(tǒng)誤差31</p>

19、<p>　　6.2.1 步進(jìn)電機(jī)失步原因和解決辦法31</p><p>　　6.2.2 步進(jìn)電機(jī)越步原因和解決辦法32</p><p>　　6.2.3本設(shè)計(jì)中采用的方法32</p><p>　　6.3進(jìn)給系統(tǒng)的誤差32</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)34</b></p><p

20、><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　1 緒論 </p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　機(jī)電一體化技

21、術(shù)是指建立在機(jī)械、電子、傳感器、接口技術(shù)、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)基礎(chǔ)上的一種綜合性技術(shù)，通過(guò)對(duì)機(jī)械、電子與信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)化。</p><p>　　在機(jī)械領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，發(fā)展形成的機(jī)電一體化技術(shù)，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。 在

22、傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備通常需要采用比較復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)連接各個(gè)相關(guān)的執(zhí)行構(gòu)件，以保證各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作的同步性和協(xié)調(diào)性。機(jī)械傳動(dòng)部件之間的機(jī)械磨損、間隙配合等所引起的運(yùn)動(dòng)誤差和傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)等常常影響設(shè)備傳動(dòng)精度和效率。而且，由于人機(jī)的直接接觸，事故發(fā)生率較高，后果較嚴(yán)重。采用機(jī)電一體化技術(shù)后，可以用電子器件、微型計(jì)算機(jī)來(lái)控制和實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作及功能關(guān)系協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品操作的全部自動(dòng)化。通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)可以精確地按照預(yù)先給定量，同時(shí)可使相應(yīng)的

23、機(jī)械動(dòng)作、各種干擾因素造成的誤差，進(jìn)行執(zhí)行校正、補(bǔ)償，從而可以達(dá)到單純機(jī)械方法所實(shí)現(xiàn)不了的加工工藝精度。</p><p>　　本文重點(diǎn)是二維工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)，即通過(guò)對(duì)小型機(jī)械設(shè)備的機(jī)械和機(jī)電控制相結(jié)合來(lái)加深自己對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本原理和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)過(guò)程的了解。</p><p>　　1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)綜述</p><p>　　1.2.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的基

24、本構(gòu)成</p><p>　　1、機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素</p><p>　　一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)一般包括一下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感與檢測(cè)部分、信息處理與控制單元各要素和環(huán)節(jié)之間相聯(lián)系接口。具體系統(tǒng)中，要素的構(gòu)成不太一樣，例如，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)中，不需要檢測(cè)元件。機(jī)電一體化系統(tǒng)組成如圖1-1所示。</p><p>　　圖1．1機(jī)電一體

25、化系統(tǒng)的組成</p><p>　　從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能來(lái)看，與人體有著完美的相似性，如表1-1所示。</p><p>　　表1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素與人體構(gòu)成要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　2、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素的連接</p><p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本要素內(nèi)部及各要素之間，通過(guò)接口耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、物質(zhì)流動(dòng)、信息控制、

26、能量轉(zhuǎn)換，有機(jī)的融合，集成一個(gè)完整系統(tǒng)。各要素之間必須遵循接口耦合、物質(zhì)流動(dòng)、信息控制、能量轉(zhuǎn)換的四大原則，完成以下內(nèi)容：</p><p>　?、?變換。兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)囊刂g，由于信息的模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等），無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)信息或能量的交流，必須通過(guò)接口完成信息或能量的統(tǒng)一。涉及的接口包括傳感器接口、計(jì)算機(jī)接口。</p><p>　　

27、⑵放大。在兩個(gè)信息強(qiáng)度相差懸殊的要素之間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量的匹配。</p><p>　?、邱詈稀Ｗ儞Q和放大后的信號(hào)在要素之間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換，不需符合時(shí)序要求、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范。接口應(yīng)該具有信息邏輯控制的功能，使信息按規(guī)定模式傳遞。</p><p>　　⑷能量轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器，各要素之間的不同類(lèi)型能量的轉(zhuǎn)換，應(yīng)該滿(mǎn)足最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法與原理。</p>

28、<p>　?、尚畔⒖刂啤Ｖ悄芙M成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟硬件的保證下，要完成數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、決策，已達(dá)到信息控制的目的。對(duì)于智能化程度高的系統(tǒng)，還包含了知識(shí)的獲取、推理機(jī)制及知識(shí)學(xué)習(xí)等以知識(shí)驅(qū)動(dòng)為主的信息控制。</p><p>　?、蔬\(yùn)動(dòng)傳遞。運(yùn)動(dòng)傳遞是指各組成要素之間不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)的變換與傳輸以及以運(yùn)動(dòng)控制為目的的優(yōu)化。</p><p>　　1.2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的核

29、心技術(shù)</p><p>　?。?） 機(jī)械技術(shù)。在當(dāng)代的機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過(guò)程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專(zhuān)家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。 </p><p>　　（2） 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)。其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。 </p><p>　?。?） 系

30、統(tǒng)總體技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。 </p><p>　?。?） 自動(dòng)控制技術(shù)。其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。 </p><p>　?。?） 傳感檢

31、測(cè)技術(shù)。傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受?chē)?yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。 </p><p>　?。?） 伺服傳動(dòng)技術(shù)。包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類(lèi)型的傳動(dòng)裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。</p>

32、<p>　　1.2.3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)是具有機(jī)電一體化技術(shù)的新型機(jī)電系統(tǒng)。其發(fā)展依賴(lài)于機(jī)械、電子、傳感器、接口技術(shù)、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)，它的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?、?模塊化。融合機(jī)械、電子和軟件三大部分的機(jī)電一體化模塊代表了未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有高度自主性、良好的協(xié)調(diào)性和自組織性的特點(diǎn)。</p

33、><p>　　⑵ 微型化 。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活, 可進(jìn)入一般機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的空間，并易于進(jìn)行精細(xì)操作，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。 ⑶ 綠色化。21世紀(jì)，機(jī)電一體化技術(shù)的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機(jī)械產(chǎn)品，即提供一種能滿(mǎn)足可持續(xù)性發(fā)展的

34、綠色產(chǎn)品。</p><p>　?、?智能化。目前, 專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法, 是機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng)) 實(shí)現(xiàn)智能化的4種主要技術(shù)，隨著制造自動(dòng)化程度的不斷提高, 將會(huì)出現(xiàn)智能制造系統(tǒng)控制器來(lái)模擬人類(lèi)專(zhuān)家的智能制造活動(dòng), 并會(huì)對(duì)制造中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策。</p><p>　?、?網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì), 利用家庭網(wǎng)絡(luò)(h

35、omenet) 將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliancesystem, CIAS) ,因此機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 確定主要參數(shù)</p><p>　　由于本文要求設(shè)計(jì)一種小

36、型的定位磨齒專(zhuān)用工作臺(tái)，這種工作臺(tái)可以用在磨床上，計(jì)算取值偏大，所以在參考了眾多資料書(shū)籍以后，決定選取以下設(shè)計(jì)參數(shù)：</p><p>　　(1)X向行程250㎜；</p><p>　　(2)Y向行程100㎜；</p><p>　　(3)快速定位速度1000㎜/min；進(jìn)給速度50~100㎜/min；</p><p>　　(4)加速度0.2G；

37、</p><p>　　(5)切削力約100N；</p><p>　　(6)工件夾具約25㎏；</p><p><b>　　加工材料為碳鋼</b></p><p>　　工作臺(tái)臺(tái)面尺寸230mm 230mm</p><p>　　X、Y方向定位精度0.01mm</p><p>　

38、　X-Y方向的脈沖當(dāng)量均為0.005mm/脈沖</p><p>　　2.2 工作臺(tái)的外形尺寸</p><p>　　根據(jù)工作臺(tái)面尺寸和加工范圍。磨齒工作臺(tái)外觀圖大致如下： </p><p>　　圖2．1 磨齒工作臺(tái)外觀圖</p><p>　　X方向工作臺(tái)尺寸的確定：</p><p>　　X向托板（上托板）的尺寸：長(zhǎng)

39、15;寬×高 </p><p><b>　　上導(dǎo)軌（X向）</b></p><p>　　取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 </p><p>　　動(dòng)導(dǎo)軌行程 </p><p>　　支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 </p><p>　　Y方向

40、工作臺(tái)尺寸的確定：</p><p>　　Y向托板（下托板）的尺寸：長(zhǎng)×寬×高 600mm×230mm×30mm</p><p><b>　　下導(dǎo)軌（Y向）</b></p><p>　　取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 </p><p>　　動(dòng)導(dǎo)軌行程

41、 </p><p>　　支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 </p><p>　　2.3 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇</p><p>　　2.3.1導(dǎo)軌副的選用</p><p>　　要設(shè)計(jì)數(shù)控工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝

42、預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.3.2絲杠螺母副的選用</p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，需要滿(mǎn)足0.005mm沖當(dāng)量和mm的定位精度，，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。</p><p>　　2.3.3伺服電動(dòng)機(jī)的選用</p&g

43、t;<p>　　任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有因此1000mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性?xún)r(jià)比。</p><p>　　2.3.4控制系統(tǒng)的選用</p><p>　　選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。設(shè)計(jì)參數(shù)所給的精度對(duì)于步進(jìn)

44、電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)尚可以達(dá)到，決定采用開(kāi)環(huán)控制，以降低成本。</p><p>　　考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍不是很大，承受的工作載荷相差也不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1）設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在磨床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)

45、定位，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。</p><p>　　2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制，選用S7-200PLC作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿(mǎn)足相關(guān)指標(biāo)。</p><p>　　3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，便于存儲(chǔ)編寫(xiě)程序。</p><p>　　4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。</p><p>

46、<b>　　2.5系統(tǒng)總體框圖</b></p><p>　　圖2．2 系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　3 機(jī)械設(shè)計(jì)部分</b></p><p>　　3.1工作臺(tái)重量初步估算</p><p><b>　　重量估計(jì)：</b></p><p><

47、;b>　　W下= </b></p><p>　　夾具及工件重量： </p><p>　　X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分重量：</p><p><b>　　3.2磨削力的計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)已知的數(shù)據(jù)可知，磨床使用碗形砂輪D=200mm，轉(zhuǎn)速為1400r/min，磨床的

48、額定功率為3KW,帶傳動(dòng)的機(jī)械效率η=0.8，計(jì)算砂輪的磨削力。</p><p>　　砂輪轉(zhuǎn)速n=1400 0.8=1152 r/min</p><p>　　根據(jù)公式 可知，代入數(shù)值</p><p><b>　　V= </b></p><p><b>　　由P=FV可知 </b></p>

49、<p>　　計(jì)算工作時(shí)砂輪對(duì)于工作臺(tái)的縱向力 ，和橫向力 </p><p><b>　　由圖3-2可知 </b></p><p>　　圖3．1 受力分析圖</p><p>　　3.3滾動(dòng)導(dǎo)軌的選用</p><p>　　導(dǎo)軌長(zhǎng)度：在工作臺(tái)外形尺寸初步估算中我們得到X方向?qū)к夐L(zhǎng)度為480mm，Y方向?qū)к夐L(zhǎng)度為3

50、50mm。考慮到工作行程應(yīng)該留有一定余量，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度均為600mm</p><p>　　此時(shí)工作臺(tái)的重量如下：</p><p>　　3.1.1導(dǎo)軌工作負(fù)載計(jì)算</p><p>　　導(dǎo)軌基本額定動(dòng)負(fù)載的計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選擇由濟(jì)寧博特公司生產(chǎn)KL系列的JSA-LG15型導(dǎo)軌副，其參數(shù)如下：</p>&l

51、t;p><b>　　表3．1導(dǎo)軌副參數(shù)</b></p><p>　　3.3.2 塊承受工作載荷的計(jì)算</p><p>　　工作載荷是影響直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：</p><p&g

52、t;<b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中，移動(dòng)部件重量Ｇ＝869.94N，外加載荷 ，代上式，得最大工作載荷=389.3N=0.3893kN。</p><p>　　3.3.3 距離額定壽命L的計(jì)算</p><p>　　上述所取的KL系列JSA-LG15系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過(guò)C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊

53、，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。分別取硬度系數(shù)f=1.0，溫度系數(shù)f=1.00，接觸系數(shù)f=0.81，精度系數(shù)f=0.9，載荷系數(shù)f=1.5，代入式（3-33），得距離壽命：</p><p>　　L=()3 ×50≈ 48965 Km</p><p>　　大于期望值50Km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。</p><p>　　3.4滾珠絲杠的計(jì)算和選擇&l

54、t;/p><p>　　滾珠絲杠的負(fù)荷包括鉆削力和銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。</p><p>　　3.4.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算</p><p>　　在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線(xiàn)平行）=99.2N,受到橫向載荷（與絲杠軸線(xiàn)垂直）=171.8N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）=869.94N.</p&

55、gt;<p>　　已知移動(dòng)部件總重量G=644N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.05。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷:</p><p>　　3.4.2最大動(dòng)工作載荷FQ的計(jì)算</p><p>　　設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=1000mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=100r/mi

56、n。</p><p>　　取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入公式 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　得絲杠壽命系數(shù)LO=180（單位為：106r）。</p><p>　　取載荷系數(shù)=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)=1.0,代入下式，求得最大動(dòng)載荷：</p>

57、;<p>　　FQ= ≈ 1092.2 N</p><p>　　3.5型號(hào)的選擇與校核</p><p>　　3.5.1規(guī)格型號(hào)的初選</p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號(hào)的生產(chǎn)廠(chǎng)家的資料，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GDM系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱(chēng)

58、直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N，大于最大計(jì)算動(dòng)載荷最大動(dòng)工作載荷FQ，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　工作臺(tái)在鉆削加工時(shí)受載，滾珠接觸面產(chǎn)生變形，即應(yīng)該考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分超過(guò)了滾珠絲杠的最大工作載荷Fm，一般使Coa/Fm=2～3。所選絲杠的額定靜載荷為21569遠(yuǎn)大于1779，杠滿(mǎn)足要求。</p><

59、p>　　表3．2 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）</p><p>　　3.5.2 傳動(dòng)效率η的計(jì)算</p><p>　　將公稱(chēng)直徑d0=20mm,導(dǎo)程Ph=5mm,代入</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　得絲杠螺旋升角λ=4°3

60、3′。</p><p>　　將摩擦角ψ=10′，代入</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　得傳動(dòng)效率η=96.4% 。</p><p>　　3.5.3剛度的驗(yàn)算</p><p>　　X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式，絲杠的一端采用-對(duì)推

61、力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，另一端采用深溝球軸承，固游式配合，左、右支承的中心距約為a=500mm；鋼的彈性模量E=2.1х105Mpa;滾珠直徑Dw=3.175mm，絲杠底徑d2=16.2mm,絲杠截面積 。算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量如下：</p><p>　　根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為31，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸

62、向預(yù)緊力/3=53.7N。求得滾珠與螺紋滾間的接觸變形量。</p><p>　　因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取=0.0013mm</p><p>　　將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度500mm） ==3.16μm。</p><p>　　本例中，絲杠的有效行程為330mm，由表3-27知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行

63、程在315~400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25um，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。</p><p>　　3.5.4 壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷FK。，取支承系數(shù)=1；由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380.88；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值500mm。代入式</p><p>　　得

64、臨界載荷等于9343N，遠(yuǎn)大于工作載荷161.2N故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求。</p><p>　　3.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型</p><p>　　3.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq </p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d0=20mm，總長(zhǎng)l=554mm，導(dǎo)

65、程Ph=5mm，材料密度=7.8510-3kg/;移動(dòng)部件總重力G=869.94N；傳動(dòng)比i=1。</p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)各部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算，對(duì)于某些傳動(dòng)件（齒輪、絲杠）不容易精確計(jì)算，可以用圓柱體公式進(jìn)行相似計(jì)算。</p><p>　　滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=0.688kg·cm2;拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw=0.408kg·cm2; &l

66、t;/p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為90YBG2602,為兩相混合式，由常州寶馬前楊電機(jī)有限公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為0.75°，查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4 kg·cm2。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選擇的是常州偉通機(jī)電制造有限公司生產(chǎn)的MD-21型驅(qū)動(dòng)器，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。</p><p>　　則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p>

67、<p>　　=5.096kg·cm2</p><p>　　驗(yàn)算慣量匹配，電動(dòng)機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在1/4——1之間， </p><p>　　由此可見(jiàn):,符合慣量匹配要求。</p><p>　　3.6.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上

68、的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq </p><p>　　分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　?、?快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包括三部分;一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高， 相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)

69、。則有：</p><p>　　=+ </p><p>　　考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　= （3-5） </p><p>　　其中：

70、 =416.7r/min </p><p>　　式中—空載最快移動(dòng)速度，本設(shè)計(jì)為1000mm/min；</p><p>　　—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.75；</p><p>　　—脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率

71、 。</p><p>　　移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： </p><p>　　式中——導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.05</p><p>　　——垂直方向的磨削力，空載時(shí)取0</p><p>　　——傳動(dòng)鏈效率，取0.8</p><p>　　最后求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：<

72、/p><p>　　=+=0.1134Nm </p><p>　?、?最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略

73、不計(jì)。則有： </p><p>　　=+ </p><p>　　其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式計(jì)算。有：</p><p>　　再計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載=869.94N情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　最后求得最大工

74、作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　=+=0.2149N.m </p><p>　　最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　3.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 </p><p>　　考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)

75、，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為90BYG2602，查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm。可見(jiàn)，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　3.6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>　　⑴最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸

76、出轉(zhuǎn)矩校核 設(shè)計(jì)中工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=100mm/min，脈沖當(dāng)量/脈沖，由公式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線(xiàn)可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩6.0Nm，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.8816N.m，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　圖3.2 90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線(xiàn)</p><p>　　⑵最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核

77、 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=1000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率 。由步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性圖查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=4.2 Nm，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.1710N.m滿(mǎn)足要求。</p><p>　?、亲羁炜蛰d移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度=1000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為?？芍?0BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。&l

78、t;/p><p>　　⑷起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。由公式可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：</p><p>　　說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于1564.1HZ。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100。</p><p>　　綜上

79、所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.7步進(jìn)電機(jī)同步齒形帶的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.7.1給出傳動(dòng)要求及原始數(shù)據(jù)</p><p>　　由上可知同步到的名義功率 /min,得 ，由于根據(jù)要求設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比i=1，所以主從帶輪的尺寸相同。本次設(shè)計(jì)的工作臺(tái)是配合磨床使用的，每天的工作時(shí)間在10

80、小時(shí)以上。</p><p>　　3.7.2選擇帶的節(jié)距</p><p>　　帶的節(jié)距是反應(yīng)帶工作能力的特征參數(shù)，因此帶的型號(hào)是以節(jié)距來(lái)區(qū)分的，而設(shè)計(jì)功率 由以下公尺計(jì)算： ，K為的工作情況系數(shù)，根據(jù)表3確定K=1.3。</p><p><b>　　代入計(jì)算得 </b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速n可從

81、圖2中查找 交點(diǎn)所在區(qū)域，得到選定的帶型為XL型。</p><p>　　3.7.3 確定帶輪直徑及帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)</p><p>　　（1）從結(jié)構(gòu)緊湊角度分析，小帶輪直徑應(yīng)盡可能小，但是直徑過(guò)于小，帶與輪的嚙合齒數(shù)減小，帶齒上的載荷增大，從而產(chǎn)生彎曲變形，因此要對(duì)帶輪的最小直徑進(jìn)行限制（即對(duì)帶輪的最小齒數(shù)進(jìn)行限制）。帶輪的最少齒數(shù)由表4得 由表1查的節(jié)距 ，最小節(jié)徑 （mm），小帶輪的節(jié)徑可根

82、據(jù) ，選擇帶輪的齒數(shù)為 ，按表5帶輪節(jié)徑系列選定帶輪的節(jié)徑 mm。</p><p>　?。?） 確定帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng) </p><p>　　由下公式計(jì)算帶的初定節(jié)線(xiàn)長(zhǎng) ：</p><p>　　式中 為初選中心距100mm，代入數(shù)據(jù)可得 ，根據(jù) 從表2中選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線(xiàn)長(zhǎng) ，帶的齒數(shù) ，帶長(zhǎng)代號(hào)為130。</p><p>　?。?）確定傳動(dòng)中心距

83、</p><p>　　因?yàn)?的數(shù)值不等，故需對(duì)初定的中心距 進(jìn)行修正。ISO規(guī)定中心距計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得 ，取a=105mm。</p><p>　　3.7.4 確定帶寬</p><p>　　1、確定帶的基準(zhǔn)額定功率 </p&

84、gt;<p>　　同步帶在正常工作條件下，其主要失效形式是帶在變拉力的作用下疲勞斷裂，因此以帶的抗拉強(qiáng)度來(lái)確定其承載能力。</p><p>　　其中 —帶寬為 時(shí)帶的許用拉力（見(jiàn)表1） </p><p>　　m—帶寬為 時(shí)帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量（見(jiàn)表1） </p><p>　　—帶的圓周速度（ｍ／ｓ）</p><p><b&

85、gt;　　代入上式得 ， </b></p><p>　　嚙合齒數(shù)計(jì)算公式 得 </p><p>　　2、確定帶的額定功率</p><p><b>　　可由以下公式求的：</b></p><p>　　為嚙合齒數(shù)系數(shù)，當(dāng) 時(shí)， 。 為寬度系數(shù)，計(jì)算公式如下</p><p><b&g

86、t;　　代入 中得， </b></p><p>　　3、確定帶的標(biāo)準(zhǔn)寬度</p><p>　　由于 則滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的帶寬為： ,代入數(shù)據(jù)得：</p><p>　　應(yīng)按照表1取標(biāo)準(zhǔn)帶寬為6.4mm，帶寬代號(hào)為019.</p><p><b>　　4、確定帶輪的寬度</b></p><p>　

87、　帶輪的寬度取決于帶的寬度和帶輪設(shè)置的擋圈形式。為了防止帶從帶輪上沿軸向滑動(dòng)，通常在帶輪的輪緣外加設(shè)擋圈。本次設(shè)計(jì)選擇單邊擋圈，但是在兩輪的位置是左右錯(cuò)開(kāi)，帶輪的最小寬度查表6可知 </p><p><b>　　5、結(jié)果整理</b></p><p>　?、賻У墓?jié)線(xiàn)長(zhǎng) ，帶寬 ，帶型號(hào)為130XL019</p><p><b>　?、趲?/p>

88、輪 , mm</b></p><p>　?、蹅鲃?dòng)中心距a=105mm</p><p>　　4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1.1主控制器CPU的選擇</p><p>　　PLC輸出的集成脈沖可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位控制。

89、關(guān)于定位控制，調(diào)節(jié)和控制操作之間存在一些區(qū)別。步進(jìn)電機(jī)不需要連續(xù)的位置控制，而在控制操作中得到應(yīng)用。在以下的程序例子中，借助于CPU214所產(chǎn)生的集成脈沖輸出，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)的位置控制。雖然這種類(lèi)型的定位控制不需要參考點(diǎn)，本例還是粗略地描述了確定參考點(diǎn)的簡(jiǎn)單步驟。因?yàn)閷?shí)際上它總是相對(duì)一根軸確定一個(gè)固定的參考點(diǎn)，因此，用戶(hù)借助于一個(gè)輸入字節(jié)的對(duì)偶碼(Dual coding)給CPU指定定位角度。用戶(hù)程序根據(jù)該碼計(jì)算出所需的定位步數(shù)

90、，再由CPU輸出相關(guān)個(gè)數(shù)的控制脈沖。</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　如圖4-1所示。</b></p><p><b>　　圖4．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　4.1.3硬件配置</b></p><p

91、><b>　　如表4．1所示。</b></p><p><b>　　表4．1 硬件配置</b></p><p>　　4.2 PLC的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)</p><p>　　PLC的部分輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，以及標(biāo)志位如表４．2所示。</p><p>　　表4．2 ＰＬＣ的部分輸入信號(hào)和輸出信號(hào)&

92、lt;/p><p>　　4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC的程序框圖如圖４．2所示。</p><p>　　圖４.２　PLC的程序框圖</p><p><b>　　4.4 初始化</b></p><p>　　在程序的第一個(gè)掃描周期(SM0.1=1)，初始化重要參數(shù)。選擇旋轉(zhuǎn)方向和解除聯(lián)鎖。

93、</p><p>　　4.5 設(shè)置和取消參考點(diǎn)</p><p>　　如果還沒(méi)有確定參考點(diǎn)，那么參考點(diǎn)曲線(xiàn)應(yīng)從按“START”按扭(I1.0)開(kāi)始。CPU有可能輸出最大數(shù)量的控制脈沖。在所需的參考點(diǎn)，按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”開(kāi)關(guān)(I1.4)后，首先調(diào)用停止電機(jī)的子程序。然后，將參考點(diǎn)標(biāo)志位M0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”顯示在輸出端Q1.0。</p><p&

94、gt;　　如果I1.4的開(kāi)關(guān)已激活，而且“定位控制”也被激活(M0.3=1)，則切換到“參考點(diǎn)曲線(xiàn)”參考點(diǎn)曲線(xiàn)。在子程序1中，將M0.3置成0，并取消“定位控制激活”的顯示(Q1.0=0)。此外，控制還為輸出最大數(shù)量的控制脈沖做準(zhǔn)備。當(dāng)再次激活I(lǐng)1.4開(kāi)關(guān)，便在兩個(gè)模式之間切換。如果此信號(hào)產(chǎn)生，同時(shí)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，那么電機(jī)就自動(dòng)停止。</p><p>　　實(shí)際上，一個(gè)與驅(qū)動(dòng)器連接的參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)將代替手動(dòng)操作切換開(kāi)關(guān)的使

95、用，所以，參考點(diǎn)標(biāo)志能解決模式切換。</p><p><b>　　4.6 定位控制</b></p><p>　　如果確定了一個(gè)參考點(diǎn)(M0.3=1)而且沒(méi)有聯(lián)鎖，那么就執(zhí)行相對(duì)的定位控制。在子程序2中，控制器從輸入字節(jié)IBO讀出對(duì)偶碼方式的定位角度后，再存入字節(jié)MB11。與此角度有關(guān)的脈沖數(shù)，根據(jù)下面的公式計(jì)算:</p><p>　　N=φ/3

96、60°×S</p><p>　　式中:N-控制脈沖數(shù)</p><p><b>　　φ-旋轉(zhuǎn)角度</b></p><p><b>　　S-每轉(zhuǎn)所需的步數(shù)</b></p><p>　　該程序所使用的步進(jìn)電機(jī)采用半步操作方式(S=1000)。在子程序3中循環(huán)計(jì)算步數(shù)，如果現(xiàn)在按“STA

97、RT”按鈕(I1.0)，CPU將從輸出端Q0.0輸出所計(jì)算的控制脈沖個(gè)數(shù)，而且電機(jī)將根據(jù)相應(yīng)的步數(shù)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在內(nèi)部將“電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)”的標(biāo)志位M0.1置成1。</p><p>　　在完整的脈沖輸出之后，執(zhí)行中斷程序0，此程序?qū)0.1置成0，以便能夠再次起動(dòng)電機(jī)。</p><p><b>　　4.7 停止電機(jī)</b></p><p>　　按“STOP

98、”(停止)按扭(I1.1)，可在任何時(shí)候停止電機(jī)。執(zhí)行子程序0中與此有關(guān)的指令。</p><p><b>　　5 程序和注釋</b></p><p><b>　　程序注釋如下：</b></p><p>　　//標(biāo)題:用脈沖輸出進(jìn)行定位控制</p><p><b>　　//主程序</b

99、></p><p><b>　　LD SM0.1 </b></p><p>　　//僅首次掃描周期SM0.1才為1。</p><p>　　R M0.0，128</p><p>　　//MD0至MD12復(fù)位</p><p><b>　　ATCH 0，19</b></

100、p><p>　　//把中斷程序0分配給中斷事件19(脈沖串終止)</p><p><b>　　ENI</b></p><p><b>　　//允許中斷</b></p><p>　　//脈沖輸出功能的初始化</p><p>　　MOVW 500，SMW68</p>&

101、lt;p>　　//脈沖周期T=500us</p><p>　　MOVW 0,SMW70</p><p>　　//脈沖寬度為0(脈沖調(diào)制)</p><p>　　MOVD 429496700，SMD72</p><p>　　//為參考點(diǎn)設(shè)定的最大脈沖數(shù)</p><p><b>　　//設(shè)置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)<

102、/b></p><p>　　LDN M0.1 //若電機(jī)停止</p><p>　　A I1.5 //且旋轉(zhuǎn)方向開(kāi)關(guān)=1</p><p>　　S Q0.2，1 //則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(Q0.2=1)</p><p><b>　　//設(shè)置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)</b></p><p>　　LDN M0.1 //若

103、電機(jī)停止</p><p>　　AN I1.5 //且旋轉(zhuǎn)方向開(kāi)關(guān)=0</p><p>　　R Q0.2，1 //則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(Q0.2=0)</p><p><b>　　//聯(lián)鎖</b></p><p><b>　　LD I1.1</b></p><p>　　//若按“STO

104、P”(停止)按鈕</p><p>　　S M0.2，1 //則激活聯(lián)鎖(M0.2=1)</p><p><b>　　//解除聯(lián)鎖</b></p><p><b>　　LDN I1.1</b></p><p>　　//若“START”(啟動(dòng))按鈕松開(kāi)</p><p><b

105、>　　AN I1.0</b></p><p>　　//且“STOP”(停止)按鈕松開(kāi)</p><p>　　R M0.2，1 //則解除聯(lián)鎖(M0.2=0)</p><p>　　//確定操作模式(參考點(diǎn)定位控制)</p><p><b>　　LD I1.4 </b></p><p>

106、;　　//若按“設(shè)置/取消參考點(diǎn)”按鈕</p><p><b>　　EU //上升沿</b></p><p>　　CALL 1 //則調(diào)用子程序1</p><p><b>　　//啟動(dòng)電機(jī)</b></p><p><b>　　LD I1.0 </b></p>&l

107、t;p>　　//若按“START”(啟動(dòng))按鈕</p><p><b>　　EU //上升沿</b></p><p>　　AN M0.1 //且電機(jī)停止</p><p>　　AN M0.2 //且無(wú)聯(lián)鎖</p><p>　　AD≥ SMD72，1 </p><p><b>　　//

108、且步數(shù)≥1，則</b></p><p>　　MOVB 16#85，SMB67</p><p>　　//置脈沖輸出功能(PTO)的控制位</p><p>　　PLS 0 //啟動(dòng)脈沖輸出(Q0.0)</p><p><b>　　S M0.1，1</b></p><p>　　//“電機(jī)運(yùn)行

109、”標(biāo)志位置位(M0.1=1)</p><p><b>　　//定位控制</b></p><p><b>　　LD M0.3</b></p><p>　　//若已激活“定位控制” 操作模式</p><p>　　AN M0.1 //且電機(jī)停止</p><p>　　CALL 2 /

110、/則調(diào)用子程序2</p><p><b>　　//停止電機(jī)</b></p><p><b>　　LD I1.1</b></p><p>　　//若按“STOP”(停止)按鈕</p><p><b>　　EU //上升沿</b></p><p>　　A M

111、0.1 //且電機(jī)運(yùn)行，則</p><p>　　CALL 0 //則調(diào)用子程序0</p><p>　　MEND //主程序結(jié)束</p><p><b>　　//子程序1</b></p><p>　　SBR 0 //子程序0停止電機(jī)</p><p>　　MOVB 16#CB，SMB67 </p

112、><p><b>　　//激活脈寬調(diào)制</b></p><p>　　PLS 0 //停止輸出脈沖到Q0.0</p><p><b>　　R M0.1，1</b></p><p>　　//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位(M0.1=0)</p><p>　　RET //子程序0結(jié)束</

113、p><p><b>　　SBR1</b></p><p>　　//子程序1，“確定操作模式”</p><p>　　LD M0.1 //若電機(jī)運(yùn)行</p><p><b>　　CALL 0 </b></p><p>　　//則調(diào)用子程序0，停止電機(jī)</p><p

114、>　　//申請(qǐng)“參考點(diǎn)曲線(xiàn)”</p><p><b>　　LD M0.3</b></p><p>　　//若已激活“定位控制”，則</p><p><b>　　R M0.3，1</b></p><p>　　//參考點(diǎn)標(biāo)志位;復(fù)位(M0.3=0)</p><p><

115、b>　　R Q1.0，1</b></p><p>　　//取消“定位控制激活”信息(Q1.0=0)</p><p>　　MOVD 429496700，SMD72 </p><p>　　//為新的“參考點(diǎn)曲線(xiàn)”設(shè)定最大的脈沖數(shù)。</p><p><b>　　CRET</b></p><

116、p>　　//條件返回到主程序。</p><p>　　//申請(qǐng)“定位控制”</p><p><b>　　LDN M0.3</b></p><p>　　//若未設(shè)置參考點(diǎn)(M0.3=0)，則</p><p><b>　　S M0.3，1</b></p><p>　　//參考

117、點(diǎn)標(biāo)志位置位(M0.3=1)</p><p><b>　　S Q1.0，1</b></p><p>　　//輸出“定位控制激活”信息(Q1.0=1)</p><p>　　RET //子程序1結(jié)束</p><p><b>　　//子程序2</b></p><p>　　SBR2

118、//子程序2，“定位控制”</p><p>　　MOVB IB0，MB11</p><p>　　//把定位角度從IBO拷到MD8的最低有效字節(jié)MB11。</p><p><b>　　R M8.0，24</b></p><p>　　//MB8至MB10清零</p><p>　　DIV 9，MD8 &

119、lt;/p><p>　　//角度/9=q1+r1</p><p>　　MOVW MW8，MW14</p><p>　　//把r1存入MD12</p><p>　　MUL 25，MD8</p><p>　　//q1×25→MD8</p><p>　　MUL 25，MD12</p>

120、<p>　　DIV 9，MD12</p><p>　　// r1×25／9= q2+r2</p><p><b>　　CALL 3</b></p><p>　　//在子程序3中循環(huán)步數(shù)</p><p>　　MOVW 0，MW12 //刪除r2</p><p>　　+D MD

121、12，MD8</p><p>　　//把步數(shù)寫(xiě)入MD8</p><p>　　MOVD MD8，SMD72</p><p>　　//把步數(shù)傳到SMD72</p><p>　　RET //子程序2結(jié)束</p><p><b>　　//子程序3</b></p><p>　　SBR

122、3 //子程序3，“循環(huán)步數(shù)”</p><p>　　LDW≥MW12，5 //如果r2≥5／9，則</p><p>　　INCW MW14 //步數(shù)增加1。</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　//子程序3結(jié)束</b></p><p>　　

123、//中斷程序0，“脈沖輸出終止”</p><p>　　INT0 //中斷程序0</p><p><b>　　R M0.1，1</b></p><p>　　//“電機(jī)運(yùn)行”標(biāo)志位復(fù)位(M0.1=0)</p><p>　　RET //子程序0結(jié)束</p><p><b>　　6 系統(tǒng)誤差分析

124、</b></p><p><b>　　6.1誤差的來(lái)源 </b></p><p>　　隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)數(shù)控機(jī)床的要求越來(lái)越高。查閱有關(guān)的資料歸納得到數(shù)控機(jī)床的主要誤差來(lái)源有編程誤差、控制系統(tǒng)誤差、進(jìn)給系統(tǒng)誤差、工件定位誤差和對(duì)刀誤差。</p><p><b>　　6.2控制系統(tǒng)誤差</b></p>