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

1、<p>　　課程設(shè)計：進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　綜合訓(xùn)練：數(shù)控第三象限直線插補PLC程序 設(shè)計和插補加工</p><p><b>　　學(xué)院名稱： </b></p><p>　　專 業(yè)：

2、 </p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2011年12月</b></p><p>　　課程設(shè)計與綜合訓(xùn)練任務(wù)書<

3、/p><p>　　課程設(shè)計題目：進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　綜合訓(xùn)練題目：數(shù)控第三象限直線插補PLC程序設(shè)計和插補加工 </p><p>　　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(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)計成果進行物化

4、的過程。整個過程應(yīng)該能實現(xiàn)對理論教學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)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(dǎo)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)

5、試第三相限插補程序，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。</p><p>　　關(guān)鍵詞： plc程序,步進電機驅(qū)動器，第三象限直線插補。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 ………………………………………… 5</p><p>　　1.1 系統(tǒng)方案設(shè)

6、計 ………………………………………………………… 6</p><p>　　1.2傳動比計算和步進電機的選擇 ………………………………………… 7</p><p>　　1.3齒輪的設(shè)計 …………………………………………………………… 11</p><p>　　1.4絲杠的選擇 …………………………………………………………… 20</p>

7、<p>　　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 </p><p>　　工 ………………………………………………………… 24</p><p>　　2.1 PLC控制步進電機時電器接線圖設(shè)計……………………………………… 26</p><p>　　2.2 數(shù)控插補PLC程序設(shè)計 …………………………………………………

8、 27</p><p>　　2.2.1逐點比較法直線插補實例 …………………………………………… 27</p><p>　　2.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計及程序調(diào)試………………………………… 30</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………… 38</p><p>　　第一章進給運動驅(qū)動系統(tǒng)

9、設(shè)計與數(shù)控直線插補PLC程序設(shè)計</p><p>　　1步進電機的選擇和齒輪傳動比的計算</p><p>　　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?？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。</p><p>　　當(dāng)伺服系統(tǒng)的負(fù)載不大、精度要

10、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。</p><p>　　1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　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。各種開環(huán)伺服系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)原理上大同小異，其方案設(shè)

11、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。</p><p>　　圖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)中可采用步進電機、電液脈沖馬達等作為執(zhí)行元件，其

12、中步進電機應(yīng)用最為廣泛，一般情況下優(yōu)先選用步進電機，當(dāng)其負(fù)載能力不夠時，再考慮選用電液脈沖馬達等。</p><p>　　2、傳動機構(gòu)方案的選擇</p><p>　　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，所能傳遞的力也較大，但高精度的齒輪齒

13、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，其優(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(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)電動機與絲杠中心距較大時，可采用同步齒形帶傳動。</p><p>　　3、執(zhí)行機構(gòu)方案的選擇</p><

14、;p>　　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(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)行機構(gòu)中都包含有導(dǎo)向機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)的選擇主要是導(dǎo)向機構(gòu)的選擇。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)方案的選擇</b></p><p>　　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

15、、微機并行口、串行口和下位機等，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(yīng)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(xì)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(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。</p><p&g

16、t;　　5、本次課程設(shè)計和綜合訓(xùn)練方案的選擇</p><p>　　執(zhí)行元件選用功率步進電機，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(dǎo)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。</p><p>　　1.2 傳動比計算

17、和步進電機的選擇</p><p><b>　　一、X軸（縱向）：</b></p><p><b>　　減速器傳動比計算</b></p><p>　　其中：表示步進電機步距角 p：表示絲杠導(dǎo)程 ：表示脈沖當(dāng)量</p><p>　　步進電機所需力矩計算</p><p>　　

18、選擇步進電機應(yīng)按照電機額定輸出轉(zhuǎn)矩T電機所需的最大轉(zhuǎn)矩的原則，首先計算電機所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　作用在步進電機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可按下面簡化公式計算：</p><p>　　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軸上的當(dāng)量摩擦力矩，為加工負(fù)載折算到電機軸上的負(fù)載力矩，為因絲杠預(yù)緊引起的力折算到電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩；為電機轉(zhuǎn)動慣量; 為折算到電機軸上

19、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給速度計算得到；p：為絲杠導(dǎo)程。</p><p>　?。簽橥习逯亓椭髑邢髁σ鸾z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），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0.05~0.2；</p><p>　　：在選擇橫向電機時，為工

20、作臺上的最大橫向載荷，通過給定吃刀抗力得到；在選擇縱向電機時，為工作臺上的最大縱向載荷，通過給定吃刀抗力得到；</p><p>　　：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給系統(tǒng)的總效率，取為0.8； ：為減速器傳動比。</p><p>　　取0.8 取0.05 </p><p>　　一般啟動是為

21、空載，于是空載啟動時電機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　在最大外載荷下工作時，電動機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　計算出的總負(fù)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X相2*X拍驅(qū)動方式，則總負(fù)載轉(zhuǎn)矩取為：</p><p><b>　　總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T取</b></p><p>　　根據(jù)求出的

22、負(fù)載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，查詢步進電機型號。</p><p>　　表1-1所選步進電機特性參數(shù)</p><p>　　二、同理Z軸（橫向）：</p><p><b>　　1.傳動比i：</b></p><p><b>　　2.總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T：</b></p><p>　　取0.8

23、 取0.05 </p><p>　　一般啟動是為空載，于是空載啟動時電機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　在最大外載荷下工作時，電動機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:</p><p><b>　　總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T取</b></p><p>　　根據(jù)求出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，和給定的步距角，查詢步進電機型號;</p>&

24、lt;p>　　表1-2所選步進電機特性參數(shù)</p><p>　　圖1-2進給系統(tǒng)機構(gòu)</p><p><b>　　1．3齒輪的設(shè)計</b></p><p>　　一．X方向的齒輪傳動件設(shè)計計算：</p><p>　　1.選精度等級、材料及齒數(shù)</p><p><b>　　材料及熱處理

25、；</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>　　精度等級選用7級精度；</p><p>　　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.</p><p>　　2.按齒面接觸強

26、度設(shè)計</p><p><b>　　按公式計算，即 </b></p><p>　　a）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p><b>　　試選＝1.3</b></p><p>　　由機械設(shè)計書表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1</p><p>　　由機械設(shè)計書表10－6查得材料的

27、彈性影響系數(shù)＝189.8Mpa</p><p>　　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σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限σHlim2＝550MPa；</p><p>　　由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　?。?）由機械設(shè)計書圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)＝0.90；＝0.95</p><p

28、>　?。?）計算接觸疲勞許用應(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><p><b>　?、?計算圓周速度<

29、;/b></p><p>　?、?計算齒寬b及模數(shù)</p><p><b>　　Ⅲ.計算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；</p><p>　　根據(jù)v=0.51m/s,7級精度，由機械設(shè)計書圖10—8查得動載系數(shù)=0.9；</p><p>　　直齒輪由機械

30、設(shè)計書表10—3查得= =1.2；</p><p>　　由機械設(shè)計書表10—4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.310</p><p>　　由，=1.310查《機械設(shè)計》圖10-13得。</p><p><b>　　故載荷系數(shù)</b></p><p>　　按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（

31、10—10a）得</p><p><b>　　Ⅳ.計算模數(shù)</b></p><p><b>　　按齒根彎曲強度設(shè)計</b></p><p><b>　　由式</b></p><p><b>　　確定計算參數(shù)</b></p><p>

32、<b>　　（1）計算載荷系數(shù)</b></p><p>　　由《機械設(shè)計》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限</p><p>　　由《機械設(shè)計》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，</p><p>　　(4)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力；</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，有</

33、p><p><b>　　(5)查取齒型系數(shù)</b></p><p>　　由表10－5查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.30</p><p>　?。?）查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由表10－5查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.71</p><p>　　(7)計算大、小齒輪的并加以比較&

34、lt;/p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　(8)設(shè)計計算</b></p><p>　　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

35、強度算得模數(shù)0.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=0.8mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=15.19mm，算出小齒輪齒數(shù):</p><p><b>　　大齒輪齒數(shù) </b></p><p><b>　　4.幾何尺寸計算</b></p><p><b>　　（1）計算中心距</b></p>

36、<p>　　2）計算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　?。?）計算齒輪寬度</b></p><p>　　Z方向的齒輪傳動件設(shè)計計算：</p><p>　　1.選精度等級、材料及齒數(shù)</p><p><b>　　材料及熱處理；</b></p><p>

37、;　　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>　　精度等級選用7級精度；</p><p><b>　　傳動比為3.3.</b></p><p>　　試選一級小齒輪齒數(shù)z1＝20，一級大齒輪齒數(shù)z2＝30的；一級傳動比。二級小齒輪齒數(shù)z3=

38、20，二級大齒輪齒數(shù)Z4=44；二級傳動比為。</p><p>　　2.按齒面接觸強度設(shè)計</p><p>　　按公式計算，即 </p><p><b>　　dt≥2.32</b></p><p>　　a）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p><b>　　試選＝1.3</

39、b></p><p>　　由機械設(shè)計書表10－7選取尺寬系數(shù)φd＝1</p><p>　　由機械設(shè)計書表10－6查得材料的彈性影響系數(shù)＝189.8Mpa</p><p>　　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σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限σHlim2＝550MPa；</p><p>　

40、　由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p><b>　　一級</b></p><p><b>　　二級</b></p><p>　　（6）由機械設(shè)計書圖10－19查得接觸疲勞壽命系數(shù)＝0.90；＝0.95</p><p>　?。?）計算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失

41、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><p><b>　　b）計算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑d1t與d3t。

42、</p><p><b>　　計算圓周速度</b></p><p><b>　　計算齒寬b及模數(shù)，</b></p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；</p><p>　　根據(jù)`,7級精度，由機

43、械設(shè)計書圖10—8查得動載系數(shù)`；</p><p>　　直齒輪由機械設(shè)計書表10—3查得= =1.2；</p><p>　　由機械設(shè)計書表10—4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.310。</p><p>　　由b/h=8.89，=1.310由書表10—13查得=1.27</p><p><b>　　故載荷系數(shù)

44、：</b></p><p>　　按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10—10a）得</p><p>　　d1==mm=24.13mm</p><p><b>　　計算模數(shù)m</b></p><p>　　3.按齒根彎曲強度設(shè)計</p><p>　　由式 mn≥

45、 確定計算參數(shù)</p><p><b>　?。?）計算載荷系數(shù)</b></p><p>　?。?）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σF1=500Mpa，查得大齒輪的彎曲疲勞強度極限σF2=380MPa。</p><p>　?。?）由圖10-18取彎曲疲勞強度壽命系數(shù)=0.87，=0.9</p><p><

46、;b>　　（4）查取齒型系數(shù)</b></p><p>　　由表10－5查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.52；Yfa3=2.80；Yfa4=2.345</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=1.625;Ysa3=1.55；Ysa4=1.679</p><

47、p>　　（6）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　(7)計算大、小齒輪的并加以比較</p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　(8)設(shè)計計算</b></p><p><b>　　mn≥</b></p><p

48、>　　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)0.66并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m1=m2=0.8mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=21.33mm，d2=18.75mm算出小齒輪齒數(shù)</p><p>　　大齒輪齒數(shù) <

49、;/p><p><b>　　4.幾何尺寸計算</b></p><p><b>　?。?）計算中心距</b></p><p>　　（2）計算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　　（3）計算齒輪寬度</b></p><p>　　=21mm;=25m

50、m</p><p>　　=20mm;=24mm</p><p><b>　　1．4絲杠的選擇</b></p><p>　　一．設(shè)計X方向的滾珠絲杠螺母機構(gòu)：</p><p>　　1、X方向絲杠受力分析：</p><p>　　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

51、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：</p><p><b>　　F＝＋</b></p><p>　　式中 F――絲杠所受的總軸向力 N ；</p><p>　

52、　――導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力 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μ＝0.05～0.2 ；</p><p>　　W1――X方向工作臺滑板及其組

53、件重量 N；</p><p>　　W2――y方向工作臺滑板及組件重量 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)計計算及選擇</p><p>　　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

54、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。</p><p>　　設(shè)計在較高速度下長時間工作的滾珠絲杠副時，因

55、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</p><p>　　動載荷Ca，由《機械設(shè)計》可知</p><p><b>　　或 </b></p><p>　　式中 Ca—最大（

56、基本）額定動載荷（N），其值查附表5</p><p><b>　　――計算額定動載荷</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)為一個單位）</p><p>　　L’――預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）</p><p>

57、　　（1）、按額定靜載荷選擇：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＝60×888.9×15000/1000000=800（百萬轉(zhuǎn)）</p><p><b>　　(3) </b></p><

58、p>　?。ㄓ捕认禂?shù)）由2表取1.0，（運轉(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＝4mm 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d0＝16，2.5圈×1列，Ca=6300N，鋼球直徑Dw（d b）=2.381

59、mm,ψ=4°33′，精度等級為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>　　由上述計算可知，應(yīng)選d0＝16、基本導(dǎo)程L0＝4mm、基本長度為40cm的滾珠絲杠。</p><p>　　二．設(shè)計Z方向的滾珠絲杠螺母機構(gòu)：</p><p>　　1、Z方向絲杠受力分析：</p><p>

60、　　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：</p><p><b>　　F＝＋</b></p><p>　　式中

61、 F――絲杠所受的總軸向力 N ；</p><p>　　――導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力 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μ＝0.05～0.2

62、；</p><p>　　W1――X方向工作臺滑板及其組件重量 N；</p><p>　　W2――y方向工作臺滑板及組件重量 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)計計算及選擇</p><p>　　當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時，滾珠和滾道型面間便

63、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。</p

64、><p>　　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</p><p>　　動載荷Ca，由《機械設(shè)計》可知</p><p><b>　　或 <

65、/b></p><p>　　式中 Ca—最大（基本）額定動載荷（N），其值查附表5</p><p><b>　　――計算額定動載荷</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)為一個單位）</p><p>　　L’――

66、預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）</p><p>　?。?）、按額定靜載荷選擇：按≧F 的原則選擇絲杠：d0＝16mm</p><p>　?。?）、按疲勞壽命選擇</p><p>　　=60×n×T/1000000＝60×600×15000/1000000=540（百萬轉(zhuǎn)）</p><p><

67、b>　　(3) </b></p><p>　?。ㄓ捕认禂?shù)）由2表取1.0，（運轉(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.

68、5圈×1列，Ca=13100N，鋼球直徑Dw（d b）=3.969mm,ψ=5°24′，精度等級為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>　　由上述計算可知，應(yīng)選d0＝20、基本導(dǎo)程L0＝6mm、基本長度為40cm的滾珠絲杠。</p><p>　　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</p>

69、;<p><b>　　設(shè)計和插補加工</b></p><p>　　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

70、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(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±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?#177;0. 0l mm。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(dāng)量為0.0lmm時，一般不超過

71、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(yīng)用。</p><p>　　圖2-1 一個進給方向開環(huán)控制示意圖</p><p>　　2.1 PLC控制步進電機時電器接線圖設(shè)計</p><p><b>　　圖形接線圖：</b></p><p>　

72、　圖2-2 PLC驅(qū)動步進電機接線圖</p><p>　　2.2 三菱PLC控制插補程序設(shè)計</p><p>　　2．2．1 逐點比較法直線插補 </p><p>　　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，下面以第一象限直線導(dǎo)出偏差的計算公式。</p><p>　　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

73、加工點，如P點正好處于OA的直線上那么下式 成立；即 。 </p><p>　　圖2-3第三相限直線插補示意圖</p><p>　　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</p><p>　　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</p>

74、;<p>　　由此可以得偏差判別函數(shù)為</p><p>　　當(dāng)時，點P落在直線上</p><p>　　當(dāng)時，點P落在直線上方； </p><p>　　當(dāng)時，點P落在直線下方；</p><p>　　若時，則向+x軸發(fā)一個脈沖，刀具從點向x方向前進一步，到達新加工點P，，因此新加工點P）的偏差值為：</p><p

75、><b>　　（2-1）</b></p><p>　　如果在某一時刻，加工點P（xi，yi）的，則向y軸發(fā)出一個進給脈沖，刀具從這一點向y方向前進一步，新加工點P（，）的偏差值為：</p><p>　　即 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　

76、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　進給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個坐標(biāo)（x或y）移動一步。&l

77、t;/p><p>　　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(dāng)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(dāng)然沒有偏差，所以開始加工點的。</p><p>　　比較。在計算運算偏

78、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）判別。根據(jù)偏差值確

79、定刀具的位置是在直線的上方（或線上），還是在直線的下方。</p><p>　?。?）進給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個坐標(biāo)（x或y）移動一步。</p><p>　?。?）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 （3-1） 及式 （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Fi,i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

80、那一點的偏差是多少。當(dāng)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(dāng)然沒有偏差，所以開始加工點的Fi,i=0。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　逐點比較法第三象限插補程序流程圖如下：</p><p&

81、gt;　　圖2-4 第三象限插補程序流程圖</p><p>　　2.2.2 PLC程序設(shè)計</p><p>　　GX Developer簡介</p><p>　　1.雙擊GX Developer圖標(biāo)，打開MELSOFT系列編程軟件。</p><p><b>　　新建工程</b></p><p>

82、<b>　　3.編程頁面</b></p><p><b>　　輸入程序</b></p><p>　　5.檢查傳輸設(shè)置情況</p><p><b>　　6.PLC寫入</b></p><p><b>　　7.梯形圖邏輯測試</b></p>&l

83、t;p>　　8.軟元件測試（①強制X000與X011閉合，②強制X000打開。）</p><p><b>　　測試完畢</b></p><p>　　程序調(diào)試結(jié)果：①強制X000與X011閉合，附初值②強制X000打開，使程序開始運行，按照流程圖開始進行插補運算。</p><p><b>　　二．插補元件說明</b>&

84、lt;/p><p>　　第三象限直線插補的PLC程序</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 趙松年，張奇鵬. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[2] 汪木蘭. 數(shù)控原理與系統(tǒng)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004</p>&l

85、t;p>　　[3] 楊龍興. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計實驗指導(dǎo)書[Z].2009</p><p>　　[4] 楊龍興. 機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計綜合訓(xùn)練指導(dǎo)書[Z].2007</p><p>　　[5] 濮良貴,紀(jì)明剛等. 機械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2006</p><p>　　[6] 陸玉,何在州等. 機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京: