進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書

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 設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工</p><p>　　學(xué)院名稱： </p>&

2、lt;p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名：

3、 </p><p>　　2010 年 12 月</p><p>　　課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練任務(wù)書</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

4、 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。首先，根據(jù)指導(dǎo)老師給定的設(shè)計(jì)參數(shù),選擇系統(tǒng)所用步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算傳動(dòng)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(jì)第三象限直線插補(bǔ)PLC程序，其次，將三菱PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步

5、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(bǔ)加工軌跡要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：第三象限插補(bǔ),plc程序,步進(jìn)電機(jī)</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>　　

6、1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………5</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)…………………………………………………………………13</p><p>　　1.4絲杠的選擇…………………………………………………………………22</p>

7、<p>　　第二章 連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限直線PLC插補(bǔ)</p><p>　　程序設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工…………………………………………………………28</p><p>　　2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì)…………………………………………29</p><p>　　2.2 數(shù)控插補(bǔ)PLC程序設(shè)計(jì) …………………………………………………

8、…30</p><p>　　2.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)實(shí)例…………………………………………………30</p><p>　　2.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計(jì)及調(diào)試……………………………………………31</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………40</p><p>　　第一章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)&

9、lt;/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?？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。</p><p>　　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)

10、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，典型的開環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是簡易數(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。</p><p>　　圖

11、1-1 開環(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。</p&g

12、t;<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

13、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)。</p><p>　　3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇</p><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)來選擇和設(shè)計(jì)。一般

14、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。</p><p>　　4、控制系統(tǒng)方案的選擇</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、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

15、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>　　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

16、螺母傳動(dòng)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(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）電平方向控制電位即可，另一路使能信號(hào)。</p><p>　　1.2 傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p><b>　　一．X軸（縱向）：</b></p><

17、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>　　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)

18、軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可按下面簡化公式計(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>　?。?/p>

19、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0.05~0.2；</p><p>　?。涸谶x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；</p><p>

20、;　　：為絲杠螺母副的預(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&

21、gt;<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>　　T取</b></p><p>　　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(hào)。</p><p>　　圖1-2 步進(jìn)電機(jī)外形及技術(shù)特點(diǎn)</p><p&

22、gt;　　圖1-3 矩頻特性曲線</p><p><b>　　圖1-4 外形尺寸</b></p><p>　　二．同理Z軸（橫向）：</p><p>　　取0.8 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

23、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>　　T取</b></p><p>　　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(hào)。</p><p>　　圖1-5 步進(jìn)電機(jī)

24、外形及技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　圖1-6 矩頻特性曲線</p><p><b>　　圖1-7 外形尺寸</b></p><p><b>　　圖1-8</b></p><p><b>　　1．3齒輪的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　一．X方向的齒輪傳

25、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>　　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

26、><p>　　試選小齒輪齒數(shù)z1＝20，大齒輪齒數(shù)z2＝35的；傳動(dòng)比為1.67.</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><

27、;p><b>　　試選＝1.3</b></p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書表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＝5

28、50MPa；</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)書圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)＝0.90；＝0.95</p><p>　?。?）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&

29、#215;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</p><p><b>　　d1t≥</b></p><p&g

30、t;<b>　　==23.9mm</b></p><p><b>　　計(jì)算圓周速度</b></p><p>　　v===1.88m/s</p><p><b>　　計(jì)算齒寬b及模數(shù)</b></p><p>　　b=φd1t=1×23.9mm=23.9mm</p&

31、gt;<p><b>　　===1.195</b></p><p>　　h=2.25=2.25×1.195mm=2.69mm</p><p>　　b/h=23.9/2.69=8.88</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

32、KA=1；</p><p>　　根據(jù)v=1.88m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)=1.07；</p><p>　　直齒輪由機(jī)械設(shè)計(jì)書表10—3查得= =1；</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書表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)，=1.413。</p><p>　　由b/h=8.88，=1.413由書表

33、10—13查得=1.35</p><p><b>　　故載荷系數(shù)：</b></p><p>　　K=KA=1×1.07×1×1.413=1.51191</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=25.13mm</

34、p><p><b>　　計(jì)算模數(shù)m</b></p><p>　　m =mm=1.26</p><p>　　3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　由式</b></p><p><b>　　確定計(jì)算參數(shù)</b></p><p&g

35、t;<b>　?。?）計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　K= KA =1×1.07×1×1.35=1.4445</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>　　（3）由圖10-18取彎曲疲勞強(qiáng)

36、度壽命系數(shù)=0.85，=0.88</p><p><b>　　（4）查取齒型系數(shù)</b></p><p>　　由表10－5查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.45</p><p>　　（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由表10－5查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.65</p><p&g

37、t;　?。?）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>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b&g

38、t;　　(8)設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　mn≥</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

39、算得的分度圓直徑d1=15.13mm，算出小齒輪齒數(shù)</p><p>　　大齒輪齒數(shù) </p><p><b>　　4.幾何尺寸計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　a=33.2mm</b>&

40、lt;/p><p>　?。?）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　　d1=24.8mm</b></p><p><b>　　d2=41.6mm</b></p><p><b>　　（3）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>

41、;　　b=φd1</b></p><p><b>　　b=24.8mm</b></p><p>　　B2=24.8mm，B1=29.8mm</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

42、理；</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＝50的；傳動(dòng)比為2.5.</p><p>　　2.按齒面接觸

43、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</b></p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1<

44、/p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書表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>　　（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖10－19查得接

45、觸疲勞壽命系數(shù)＝0.90；＝0.95</p><p>　?。?）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&g

46、t;<p><b>　　b）計(jì)算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑d1t</p><p><b>　　d1t≥</b></p><p><b>　　==22.89mm</b></p><p><b>　　計(jì)算圓周速度</b>&

47、lt;/p><p>　　v===1.8m/s</p><p><b>　　計(jì)算齒寬b及模數(shù)</b></p><p>　　b=φdd1t=1×22.89mm=22.89mm</p><p><b>　　===1.1445</b></p><p>　　h=2.25=2.25

48、×1.1445mm=2.58mm</p><p>　　b/h=22.89/2.58=8.87</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)v=1.8m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)=1.07；</p&g

49、t;<p>　　直齒輪由機(jī)械設(shè)計(jì)書表10—3查得= =1；</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計(jì)書表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)，=1.413。</p><p>　　由b/h=8.87，=1.413由書表10—13查得=1.35</p><p><b>　　故載荷系數(shù)：</b></p><

50、p>　　K=KA=1×1.07×1×1.413=1.51191</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=24.07mm</p><p><b>　　計(jì)算模數(shù)m</b></p><p><b>　　m

51、=mm=1.2</b></p><p>　　3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由式 確定計(jì)算參數(shù)</p><p><b>　　（1）計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　K= KA =1×1.07×1×1.35=1.4445</p>&

52、lt;p>　　（2）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)=0.85，=0.88</p><p><b>　?。?）查取齒型系數(shù)</b></p><p>　　由表10－5查得Yfa1=2.80；Yf

53、a2=2.32</p><p>　?。?）查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由表10－5查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.70</p><p>　　（6）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>　　=</b></p>

54、<p><b>　　=</b></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>　　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)

55、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)0.78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)</p><p>　　大齒輪齒數(shù) </p><p><b>　　4.幾何尺寸計(jì)算&

56、lt;/b></p><p><b>　?。?）計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　a=42mm</b></p><p>　　（2）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　　d1=24mm</b></p><p><

57、b>　　d2=60mm</b></p><p><b>　?。?）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>　　b=φdd1</b></p><p><b>　　b=24mm</b></p><p>　　B2=24mm，B1=29mm</p>

58、<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

59、：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>　　――導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦力 N ；</p><p>　　――

60、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)滑板處于邊界潤滑狀態(tài)（脂潤滑或油潤滑），可取μ＝0.05～0.2 ；</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

61、 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

62、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，

63、 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（基本）額定動(dòng)載荷（N），其值查附表5</p><p><b&g

64、t;　　――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（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　　L’――預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　　（1）、按額定靜載荷選擇：按≧F 的原則選擇絲杠：d0＝16mm</p>

65、<p>　?。?）、按疲勞壽命選擇</p><p>　　=60×n×T/1000000＝60×894.2×15000/1000000=804.8（百萬轉(zhuǎn)）</p><p><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>

66、;<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＝25，3.5圈×1列，Ca=9700N，鋼球直徑Dw（d b）=2.381mm,ψ=2°55′，精度等級(jí)為E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6μm，絲杠

67、大徑表面粗糙度為Ra0.8 。</p><p>　　由上述計(jì)算可知，應(yīng)選d0＝25、基本導(dǎo)程L0＝4mm長度為150mm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>　　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)，

68、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 F――絲杠所受的總軸向力 N ；</p><p>　　――導(dǎo)軌與工

69、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)滑板處于邊界潤滑狀態(tài)（脂潤滑或油潤滑），可取μ＝0.05～0.2 ；</p><p>　　W1――X方向工作臺(tái)滑板及其組件重量 N；&

70、lt;/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)力作用下，經(jīng)過一

71、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)在較高速度下長時(shí)間工作的滾珠絲杠副時(shí)，因疲勞點(diǎn)蝕是其主

72、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（基本）額定動(dòng)載

73、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（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　　L’――預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）</p><p>　?。?）、按

74、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＝60×600×15000/1000000=540（百萬轉(zhuǎn)）</p><p><b>　　(3) </b></p><p>　?。ㄓ?/p>

75、度系數(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＝20，2.5圈×1列，Ca=13100N，鋼球直徑Dw（d b）=3.969mm,ψ=5&#

76、176;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長度為150mm的滾珠絲杠。</p><p>　　連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限直線插補(bǔ)加工</p><p>　　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)是最簡單

77、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)行測量，更無需將所測得的實(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

78、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5m／min。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。</p><p>　　圖2-1 一個(gè)方向

79、開環(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>　　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

80、法關(guān)鍵的一步，下面以第三象限直線導(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<

81、/p><p>　　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</p><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>&l

82、t;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><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

83、 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　判別。根據(jù)偏差值確定刀具的位置

84、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（2-1）及式（2-2）來算新加工點(diǎn)的偏差，使運(yùn)算大大簡化，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

85、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。</p><p>　　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>　　2.2.2 PLC軟件組態(tài)及程序設(shè)計(jì)及調(diào)試&

86、lt;/p><p>　　一.PLC軟件組態(tài)簡介</p><p>　　1.雙擊GX Developer圖標(biāo)，打開MELSOFT系列編程軟件。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p><b>　　新建工程</b></p><p><b>　　圖2-2&

87、lt;/b></p><p><b>　　3.編程頁面</b></p><p><b>　　圖2-3</b></p><p><b>　　梯形圖邏輯測試</b></p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　

88、　5、程序調(diào)試運(yùn)行，如圖2-5所示，顯示藍(lán)色標(biāo)識(shí)符表示該觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕觀察工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)情況，控制操作面板按鈕，觀察PLC控制器輸入輸出指示燈是否正常燈亮表示該觸電置1</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p><b>　　二．插補(bǔ)元件說明</b></p><p>　　三.第三象限直線插補(bǔ)的

89、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><p>　　[3] 濮良貴,紀(jì)明剛等. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M