1、<p><b>　　說明書</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目: 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控順圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　綜合訓(xùn)練題目: 連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限順圓弧插補(bǔ)加工</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:步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控直線

2、</p><p><b>　　插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　綜合訓(xùn)練題目:連接電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)加工</b></p><p>　　摘要：PLC具有通用性強(qiáng)，使用方便，適應(yīng)性廣，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)控制特別是順

3、序控制中的地位，在可預(yù)見的未來，是無法取代的。本設(shè)計(jì)即使根據(jù)自制的車數(shù)控平臺(tái)，運(yùn)用PLC的特點(diǎn)發(fā)出脈沖，從而控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，初步掌握伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，往常數(shù)控車加工平臺(tái)伺服系統(tǒng)零件的加工。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC 發(fā)脈沖 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 零件加工</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

4、;　　第一章 概 述.............................................5</p><p>　　1.1 本次課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練對象及內(nèi)容5</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求6</p><p>　　第二章 機(jī)電伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制8</p><p>　　2.1 步進(jìn)

5、電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算8</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1.2 傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇6</p><p>　　2.2圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　2.2.1 X向齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　2.2.2 Z向齒輪減速器的設(shè)

6、計(jì)計(jì)算17</p><p>　　2.3聯(lián)軸器選擇26</p><p>　　2.4軸承選擇26</p><p><b>　　2.5 鍵27</b></p><p>　　2.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)的選擇計(jì)27</p><p>　　2.7傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖形繪制28</p><

7、p>　　第三章 機(jī)電伺服系統(tǒng)微控制器電器線路及程序設(shè)計(jì) .............29</p><p>　　3.1開環(huán)控制系統(tǒng)....................................................30</p><p>　　3.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì)...........................31</p>&l

8、t;p>　　3.3三菱PLC控制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)................................33</p><p>　　3.4 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試........................................37</p><p>　　課程設(shè)計(jì)心得...........................................43</p>

9、<p>　　參考文獻(xiàn)...............................................44</p><p>　　附錄1 自制數(shù)控工作平臺(tái)設(shè)計(jì)題目及參數(shù)..................45</p><p>　　第一章 概 述</p><p>　　機(jī)械電子工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)，是對前階段機(jī)電課程教學(xué)的一次設(shè)計(jì)性的訓(xùn)練過程，

10、其后三周的綜合訓(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)對理論教學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)用目的。所以，本指導(dǎo)書涉及了單片機(jī)原理及接口技術(shù)、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)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)等多門機(jī)電課程知識，從機(jī)電系統(tǒng)及其電氣原理圖的設(shè)計(jì)與繪制，到動(dòng)手制作控制電路及調(diào)試，對這些課程的諸多知識點(diǎn)在機(jī)電系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用進(jìn)行了簡單的闡述。</p><p>　　1.1 本次課程設(shè)計(jì)綜

11、合訓(xùn)練對象及內(nèi)容</p><p>　　本次設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)自制的車數(shù)控平臺(tái)，進(jìn)行伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制、微控制器（單片機(jī)、可編程序控制器PLC、微機(jī)插卡）的接口電路設(shè)計(jì)、控制程序的編寫、切削加工調(diào)試，初步掌握伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法（可采用開環(huán)或閉環(huán)），完成數(shù)控車加工平臺(tái)伺服系統(tǒng)零件的加工。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)和訓(xùn)練的具體內(nèi)容如下：</p><p>　　(

12、1)根據(jù)指導(dǎo)老師給定的任務(wù)，使用AUTOCAD繪制數(shù)控系統(tǒng)傳動(dòng)圖形，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； </p><p>　　(2)繪制微控制器接線圖；</p><p>　　(3)利用元?dú)饧谱魑⒖刂破骷捌浣涌诳刂齐娐罚?lt;/p><p>　　(4)編制和調(diào)試程序，加工出任務(wù)書中要求的零件類型；</p><p><b>　　

13、（5）編制說明書。</b></p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及其格式見附錄，其主要內(nèi)容有：</p><p>　　設(shè)計(jì)訓(xùn)練題：分別給出課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練的題目，如課程設(shè)計(jì)的題目為“步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控直線插補(bǔ)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)”，綜合訓(xùn)練的題目為“連接自制電路和機(jī)床進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第一象

14、限直線插補(bǔ)加工”。</p><p>　　主要設(shè)計(jì)參數(shù)及要求：可以給出具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，如絲杠導(dǎo)程p、步進(jìn)電機(jī)步距角α、加工線型及走刀長度、脈沖當(dāng)量δp、電機(jī)和折算到電機(jī)軸上等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Jm+Je）、空載啟動(dòng)時(shí)間Δt、最大進(jìn)給速度Vmax、大小拖板質(zhì) Md、Mx）、主切削力Fz、吃刀抗力Fy、走刀抗力Fx等參數(shù)；要求如選擇電機(jī)型號、制作接口電路、編制程序，使其能進(jìn)行兩方向伺服驅(qū)動(dòng)加工出所需要的零件等。</p&

15、gt;<p>　　3、設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量：如課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求“根據(jù)給定的任務(wù)參數(shù)，計(jì)算齒輪箱傳動(dòng)比，選擇驅(qū)動(dòng)中使用的步進(jìn)電機(jī)，使用AUTOCAD繪制數(shù)控系統(tǒng)傳動(dòng)圖形；繪制微控制器接線圖。”綜合訓(xùn)練內(nèi)容要求“利用元?dú)饧谱魑⒖刂破骷捌浣涌诳刂齐娐?；編制和調(diào)試程序，加工出任務(wù)書中要求的零件類型；編制課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練說明書。”</p><p>　　設(shè)計(jì)具體任務(wù)書由指導(dǎo)老師下達(dá)， 要求每個(gè)學(xué)生完成的內(nèi)容：&

16、lt;/p><p>　　(1)根據(jù)給定的脈沖當(dāng)量選擇傳動(dòng)比、電機(jī)后，設(shè)計(jì)并繪制伺服傳動(dòng)系統(tǒng)AutoCAD傳動(dòng)圖一張；</p><p>　?。?）繪制微控制器電器接線圖一張；</p><p>　?。?）利用自制數(shù)控加工平臺(tái)，編程插補(bǔ)加工出零件一個(gè)；</p><p>　　（4）課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練說明書1份：6000～8000字。</p>

17、<p>　　第二章機(jī)電伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算</p><p>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)非常重要，是對一部機(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>

18、;　　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)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。</p><p>　　2.1.1 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2-1所示。各種開環(huán)

19、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2-1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2-1 開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖</p><p>　　1、執(zhí)行元件的選擇 </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

20、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><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

21、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>

22、<p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)具體操作對象及其特點(diǎn)來選擇和設(shè)計(jì)。一般來講，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

23、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

24、課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練方案的選擇</p><p>　　對于我們這次的課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練，各種選擇不一定與實(shí)際自制數(shù)控平臺(tái)完全一致，可以根據(jù)任務(wù)書中給定的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇。</p><p>　　執(zhí)行元件選用功率步進(jìn)電機(jī)，但步進(jìn)電機(jī)的功率需要通過計(jì)算后選定電機(jī)的型號（其網(wǎng)址是：http：//www.step-servo.com）；傳動(dòng)方案選擇帶有降速齒輪箱的絲杠螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但在已知絲杠導(dǎo)程和步進(jìn)

25、電機(jī)步距角的情況下，必須計(jì)算降速齒輪箱傳動(dòng)比、查詢絲杠的型號，以滿足脈沖當(dāng)量的要求；執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用拖板導(dǎo)軌；控制系統(tǒng)中微控制器采用單片機(jī)、PLC、微機(jī)插卡、微機(jī)并行口、串行口和下位機(jī)通訊控制等方式均可，步進(jìn)電機(jī)控制方式采用帶有硬件環(huán)行分配器的驅(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。</p><p>　　2.1.2 傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇</p>&l

26、t;p>　　1．步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的原理</p><p>　　從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理可得出，要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，比尋按規(guī)律控制步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組得電。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接受外部的信號時(shí)方向信號（DIR）和脈沖信號（CP）。另外步進(jìn)電機(jī)在停止的時(shí)候，通常有一相得電，電機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖住，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子松開時(shí)，可與使用脫機(jī)信號（FREE）。其原理如圖2-5</p><p>　　圖2-2步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的原理&l

27、t;/p><p>　　環(huán)形分配器的功能：環(huán)形分配器的功能主要是把外部CP端送進(jìn)的脈沖進(jìn)行分配，給功率放大器，功率放大器相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的線圈得電。</p><p>　　2. 步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和PLC間的連接（圖 2-6）</p><p>　　圖2-3 PLC，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連接</p><p>　　因?yàn)樵谶@次設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，我

28、們要保證插補(bǔ)的動(dòng)作，所以畫筆是兩個(gè)方向的運(yùn)行，即X軸,Y軸，所以我們選擇的脈沖信號分別有X,Y軸兩個(gè)，選用的是Y0，Y1，其中Y0是Y軸脈沖，Y1是X軸脈沖。而方向信號選用Y2,Y3，其中Y2是Y軸正方向，Y3是X軸正方向。</p><p>　　1、減速器的傳動(dòng)比計(jì)算：</p><p>　　i=αp/360δp</p><p>　　其中：表示步進(jìn)電機(jī)步距角，兩個(gè)方向

29、由任務(wù)書給出；</p><p>　?。罕硎窘z杠的導(dǎo)程，兩個(gè)方向由任務(wù)書給出；</p><p>　　：表示脈沖當(dāng)量，兩個(gè)方向由任務(wù)書給出。</p><p>　　根據(jù)上述公式可以得出減速器傳動(dòng)比的大小。</p><p>　　X向： i1=αp/（360δp） =(0.75×3)/(360×0.005)=1.25</p&

30、gt;<p>　　Z向： i2=αp/（360δp） =(0.75×5)/(360×0.005)=2.08</p><p>　　X方向脈沖個(gè)數(shù):n==</p><p>　　Z方向脈沖個(gè)數(shù):n==</p><p>　　2、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

31、的最大轉(zhuǎn)矩Tmax 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)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，</p><p>　　為拖板重力和拖板上其它力折算到電機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦力矩，</p><p>　　為加工負(fù)載折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩，</p>

32、;<p>　　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；</p><p><b>　　為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</b></p><p>　　為折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　為啟動(dòng)時(shí)的角加速度；</p><p><b>　　由任務(wù)書中給出，</b></p>

33、;<p>　　由任務(wù)中的空載啟動(dòng)時(shí)間和最大進(jìn)給速度計(jì)算得到；</p><p>　?。簽榻z杠導(dǎo)程，由任務(wù)書中給出；</p><p>　?。簽橥习逯亓椭髑邢髁σ鸾z杠上的摩擦力， </p><p>　　，拖板重量由任務(wù)書中給出，</p><p>　　注意：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（

34、選擇橫向電機(jī)）時(shí)，為小拖板重量，鋼與鋼的摩擦系數(shù)可查資料，一般為0.05~0.2左右；</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Fy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Fx得到；</p><p>　?。簽榻z杠螺母副的預(yù)緊力，設(shè)取的1/5 ~ 1/3 ；</p><p>　?。簽樗欧M(jìn)給系統(tǒng)的總效

35、率，取為0.8 ； </p><p><b>　　：為減速器傳動(dòng)比。</b></p><p>　　Jm+Je=0.09N.m²</p><p><b>　　啟動(dòng)時(shí) ==</b></p><p>　　3)Fu: 橫向力 Fu=(mg+Fz)×u =(100+1300

36、)×0.1=140N</p><p>　　縱向力 Fu =(mg+Fz)×u =(100+300+1300)×0.1=170N</p><p>　　4)Fw: 橫向力 Fw=(mg+Fy)×u=(100+1000)×0.1=110N</p><p>　　縱向力 Fw=(mg+Fx)×u=(300

37、+600)×0.1=90N</p><p>　　5)Fo: 橫向力 Fo=Fw（1/5~1/3）= 22~37N 取Fo=27N</p><p>　　縱向力 Fo=Fw（1/5~1/3）=18~30N 取Fo=30N </p><p><b>　　由下式可得：</b></p><p>&l

38、t;b>　　橫向： </b></p><p><b>　　=4.161N.m</b></p><p><b>　　縱向： </b></p><p>　　=4.164 N.m</p><p>　　一般啟動(dòng)時(shí)為空載，于是空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><

39、;p><b>　　=++</b></p><p><b>　　代入上式計(jì)算可得：</b></p><p>　　Tqx=4.109N.m</p><p>　　Tqz=4.122N.m</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><p>&

40、lt;b>　　=++</b></p><p><b>　　代入上式計(jì)算可得：</b></p><p>　　Tgx=0.124N.m</p><p>　　Tgz=0.127N.m</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

41、取為： </p><p>　　Tx=max{4.109/0.8;0.124/(0.3～0.5)}</p><p>　　= max (5.134,0.413) N.m=5.134N.m</p><p>　　Tz =max{4.122/0.8;0.127/(0.3～0.5)}</p><p>　　= max (5.1525,0.42

42、3) N.m=5.1525N.m</p><p>　　3.由啟動(dòng)最大頻率，步距角選取電動(dòng)機(jī)：</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。步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75°，計(jì)算得出負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為5.134 N·m 5.1525N·m查得靜轉(zhuǎn)矩為16.0N·m，步距角0.9°的步進(jìn)電機(jī)型號為110BYG2501

43、。由網(wǎng)上查得參數(shù)見下圖和表：</p><p>　　表2-1 電機(jī)主要參數(shù)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)尺寸 圖2-4</p><p>　　110BYG2500系列型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線圖</p><p>　　圖2-5步進(jìn)電機(jī)相關(guān)參數(shù)圖</p><p>　　由上圖可知，當(dāng)脈沖頻率在100

44、～1000次/秒時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩比較穩(wěn)定。 </p><p>　　4.確定齒輪傳動(dòng).(圓柱直齒齒輪減速器)</p><p>　　由于i<3,故采用一級圓柱齒輪減速器,聯(lián)軸器連接電機(jī)與減速器.</p><p>　　假設(shè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率η為0.8</p><p>　　由≤機(jī)械設(shè)計(jì)≥表12-8,取η1=0.99,η2=0.98,η3=0

45、.97</p><p><b>　　則絲杠傳動(dòng)的效率</b></p><p>　　①X向電機(jī)各軸輸入輸出轉(zhuǎn)矩</p><p>　　電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 Td1=6.84N.m</p><p>　　I軸輸入轉(zhuǎn)矩 TI=Td×η1=6.84×0.99=6.77N.m</p&g

46、t;<p>　　II軸輸入轉(zhuǎn)矩 T II=TI×η2×η3×i1=6.77×0.98×0.97×1.25=8.04N.m</p><p>　　I軸輸出轉(zhuǎn)矩 TI'=6.77×0.98=6.63N.m</p><p>　　II軸輸出轉(zhuǎn)矩 T II&

47、#39;=8.04×0.98=7.88N.m</p><p>　　由于i<3,故采用一級圓柱齒輪減速器,聯(lián)軸器連接電機(jī)與減速器.</p><p>　　假設(shè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率η為0.8</p><p>　　由≤機(jī)械設(shè)計(jì)≥表12-8,取η1=0.99,η2=0.98,η3=0.97</p><p><b>　　則絲杠傳

48、動(dòng)的效率</b></p><p>　?、赯向電機(jī)各軸輸入輸出轉(zhuǎn)矩</p><p>　　電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 Td2=6.95N.m</p><p>　　I軸輸入轉(zhuǎn)矩 TI2=Td2×η1=6.95×0.99=6.88N.m</p><p>　　II軸輸入轉(zhuǎn)矩 T II2=TI2×

49、η2×η3×i2=6.88×0.98×0.97×2.08=13.08N.m</p><p>　　I軸輸出轉(zhuǎn)矩 TI2'= 6.88×0.98=6.74N.m</p><p>　　II軸輸出轉(zhuǎn)矩 T II2'= 13.08×0.98=12.82.m </p>&l

50、t;p><b>　　表 2-2各軸轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　2.2圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.2.1 X向齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) </p><p>　　選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng):77級精度</p><p>　　材

51、料選擇:由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr，硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　　選小齒輪齒數(shù)Z1=20，傳動(dòng)比i=2.5，則大齒輪齒數(shù)Z2=25。</p><p>　　2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由設(shè)計(jì)公式(10-9a)進(jìn)行試算，即</p><p&g

52、t;　　(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值</p><p>　　試選載荷系數(shù) Kt=1.3</p><p>　　由前面計(jì)算可知小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1=6.77N.m=6770N.mm</p><p>　　由表10-7選取齒寬系數(shù)Φd=1.0</p><p>　　由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa½</p>

53、<p>　　由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHliml=600Mpa，</p><p>　　大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550Mpa；</p><p>　　由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) </p><p>　　n=1.3×1600/360×60=350r/min</p><p

54、>　　Nl=60nljLh=60×350×(1×12×8×300×15)=9.07</p><p>　　N2=N1/i=9.07×/2.5=3.63×</p><p>　　由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.90 KHN2=0.98</p><p><b&

55、gt;　　計(jì)算疲勞許用應(yīng)力</b></p><p>　　取失效率1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得</p><p>　　[σH1]= KHN1×σHliml/S=0.90×600/1=540Mpa</p><p>　　[σH2]= KHN2×σHlim2/S=0.98×550/1=522.5Mpa</

56、p><p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入式中較小的值</p><p>　　= </p><p><b>　　=31.36mm</b></p><p><b>　　2）計(jì)算圓周速度</b><

57、;/p><p><b>　　3) 計(jì)算齒寬</b></p><p>　　b=Φd×d1t=1.0×31.36=31.36mm</p><p>　　4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h</p><p>　　模數(shù) mt= d1t/Z1=31.36/20=1.57mm</p><p>

58、　　齒高 h=2.25 mt=3.53mm</p><p>　　b/h=31.36/3.069=9.36</p><p><b>　　5) 計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù) V=0.57 m/s，7級精度，由圖10-8 查得動(dòng)載系數(shù) Kv=1.12</p><p>　　直齒輪 KHα=KFα=1<

59、;/p><p>　　由表10-8查得使用系數(shù) KA=1</p><p>　　由表10-4 用插補(bǔ)法查得7級精度小齒輪相對支承對稱布置時(shí)，KHβ=1.421</p><p>　　由b/h=9.36 ，KHβ=1.421 查圖10-13 得 KFβ=1.32；</p><p>　　故載荷系數(shù) K=KA×Kv×KHα×K

60、Hβ=1×1.12×1×1.421=1.592</p><p>　　6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 </p><p><b>　　7) 計(jì)算模數(shù)</b></p><p>　　m=d1/Z1=33.55/20=1.67 mm圓整后取2mm</p><p&g

61、t;　　(3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為</p><p>　　1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值</p><p>　　1）查小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=500MPa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=380MPa</p><p>　　2）取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.88</p>

62、;<p>　　3) 計(jì)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</p><p><b>　　4）計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　K=KA×Kv×KHα×KHβ=1×1.12×1×1.32=1.478</p><p

63、><b>　　5) 查取齒形系數(shù)</b></p><p>　　YFa1=2.80 YFa2=2.30</p><p>　　6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　Ysa1=1.55 Ysa2=1.722</p><p>　　7) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較</p><p&

64、gt;<b>　　大齒輪的數(shù)值大</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　取 m=1mm</b></p><p><b>　　(4)幾何尺寸計(jì)算</b></p><p><b>　　1）計(jì)算分度圓直徑

65、</b></p><p><b>　　2）計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　3）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p>　　取B2=35mm B1=40mm</p><p>　　2.2.2 Z向齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算（二級）</p><p><

66、b>　　第一級齒輪傳動(dòng)</b></p><p>　　1. 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) </p><p>　　1)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，7級精度</p><p>　　2)材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr，硬度為280HBS；</p><p>　　大齒輪材料為45鋼，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40

67、HBS。</p><p>　　3)選小齒輪齒數(shù)Z1=20，傳動(dòng)比i=2.08，則大齒輪齒數(shù)Z2=41</p><p>　　2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由設(shè)計(jì)公式(10-9a)進(jìn)行試算，即</p><p>　　(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值</p><p>　　1試選載荷系數(shù) Kt=1.3</p

68、><p>　　由前面計(jì)算可知小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1=8000 N.mm</p><p>　　由表10-7選取齒寬系數(shù)Φd=1.0</p><p>　　由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa½</p><p>　　由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHliml=600Mpa，</p><

69、;p>　　大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550Mpa；</p><p>　　由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (n=1.3×1600/360×60=350r/min)</p><p>　　Nl=60nljLh=60×350×(1×12×8×300×15)=9.07× </p&

70、gt;<p>　　N2=N1/i=9.07× /2=4.54×</p><p>　　由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.90 KHN2=0.95</p><p><b>　　計(jì)算疲勞許用應(yīng)力</b></p><p>　　取失效率1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得</p>

71、<p>　　[σH1]= KHN1×σHliml/S=0.90×600/1=540Mpa</p><p>　　[σH2]= KHN2×σHlim2/S=0.58×550/1=522.5Mpa</p><p><b>　　(2)計(jì)算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入式

72、中較小的值</p><p><b>　　2）計(jì)算圓周速度</b></p><p><b>　　3) 計(jì)算齒寬</b></p><p>　　4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h</p><p><b>　　模數(shù) </b></p><p>　　齒高

73、 </p><p><b>　　5) 計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù) V=0.57 m/s，7級精度，由圖10-8 查得動(dòng)載系數(shù) Kv=1.03</p><p>　　直齒輪 KHα=KFα=1</p><p>　　由表10-8查得使用系數(shù) KA=1</p><p&

74、gt;　　由表10-4 用插補(bǔ)法查得7級精度小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)，KHβ=1.423</p><p>　　由b/h=8.89 ，KHβ=1.423 查圖10-13 得 KFβ=1.32；</p><p>　　故載荷系數(shù) K=KA×Kv×KHα×KHβ=1×1.03×1×1.423=1.466</p><

75、p>　　6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 </p><p><b>　　7) 計(jì)算模數(shù)</b></p><p>　　取 模數(shù) m=2 mm</p><p>　　(3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為</p><p>　　1

76、.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值</p><p>　　1）查小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=500MPa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=380MPa</p><p>　　2）取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0,85,KFN2=0,88</p><p>　　3) 計(jì)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</p>

77、;<p><b>　　4）計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p><b>　　5) 查取齒形系數(shù)</b></p><p>　　YFa1=2.80 YFa2=2.40</p><p>　　6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　Ysa1=1.55 Ysa2=1.67<

78、/p><p>　　7) 計(jì)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>　　2.設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　取 m=1mm</b></p><p>　　(4)幾何尺寸計(jì)算<

79、;/p><p>　　(1)計(jì)算分度圓直徑</p><p><b>　　(2)計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　(3)計(jì)算齒輪寬度</b></p><p>　　取B2=30mm B1=35mm</p><p><b>　　2.3 聯(lián)軸器選擇</b&

80、gt;</p><p>　　根據(jù)電機(jī)尺寸選擇聯(lián)軸器為彈性套柱銷聯(lián)軸器LT2，聯(lián)軸器尺寸如下表所示：</p><p><b>　　表2-3聯(lián)軸器</b></p><p><b>　　2.4軸承選擇</b></p><p><b>　　假定軸承的壽命</b></p>

81、<p><b>　　(1) X軸方向：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=176.5N</b></p><p>　　試選擇角接觸球軸承7204C型軸承</p><p>　　d=20mm, D=47mm , B=14mm<

82、;/p><p>　　C=11.2KN ， </p><p><b>　　∴＜11.2KN </b></p><p>　　所以所選軸承符合要求 。</p><p>　　Z 軸方向：同上選擇角接觸球軸承7204C型軸承</p><p><b>　　2.5 鍵的選擇</b><

83、/p><p><b>　?。?）X軸方向: </b></p><p>　　1）高速軸：連軸器處：半圓鍵GB/T1099-1979, bhL=47.519</p><p>　　2）低速軸：齒輪連接處：圓頭平鍵A型GB1096-79, bhL=8728</p><p><b>　　（2）Z軸方向：</b&g

84、t;</p><p>　　1）高速軸：連軸器處：半圓鍵GB/T1099-1979, bhL=47.519</p><p>　　2）低速軸：齒輪連接處：圓頭平鍵A型GB1096-79, bhL=8728</p><p>　　2.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　X方向：</b></p>&l

85、t;p>　　d1≤160mm，所以小齒輪做成實(shí)心的。雖然d2≤160mm，但是大齒輪與絲杠連接，因此不能做成實(shí)心的，應(yīng)根據(jù)絲杠來定。</p><p><b>　　Z方向：</b></p><p>　　同理：d1≤160mm，所以小齒輪做成實(shí)心的雖然d2≤160mm，但是大齒輪與絲杠連接，因此不能做成實(shí)心的，應(yīng)根據(jù)絲杠來定。</p><p>

86、;　　2.7傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖形繪制</p><p>　　圖2-6 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　由前面計(jì)算得到的傳動(dòng)比確定減速箱的傳動(dòng)級數(shù)，一般在≥3，且總轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　量與電機(jī)軸上的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比≥5時(shí)，考慮采用兩級傳動(dòng)減速箱，即,采用等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則,傳動(dòng)比應(yīng)該“前小后大”，也就是的布置方式，最后確定各齒輪模數(shù)、齒數(shù)、厚度及電

87、機(jī)軸和絲杠的連接，并使用AutoCAD軟件繪制傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配三視圖，標(biāo)注尺寸和公差.</p><p>　　第三章 機(jī)電伺服系統(tǒng)微控制器電器線路及程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1開環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　圖3-1為開環(huán)機(jī)電伺服系統(tǒng)微控制器信號流動(dòng)原理框圖。開環(huán)系統(tǒng)是最簡單的進(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

88、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，與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)±0.0

89、2 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。20世紀(jì)60年代，日本生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床幾乎全部采用功率步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)的開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代初我

90、國也曾仿造過這種開環(huán)進(jìn)給系</p><p>　　圖3-1工作過程示意圖</p><p>　　3.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-2 PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)接線圖</p><p>　　與單片機(jī)要求相同，本電路應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向步進(jìn)電機(jī)的插補(bǔ)進(jìn)給，和進(jìn)刀退刀的動(dòng)作，由于使用晶體管輸出使該快速發(fā)出脈沖的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)成為

91、可能。電路接線如圖3-3所示，該驅(qū)動(dòng)裝置由PLC系統(tǒng)（包括：機(jī)價(jià)、電源、CPU、輸入模塊、輸出模塊等）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器電源（小步進(jìn)電機(jī)為2相電機(jī)，需要電源；大步進(jìn)電機(jī)為3相電機(jī)，自帶電源）、步進(jìn)電機(jī)等組成。圖中所示是驅(qū)動(dòng)器中含有硬件環(huán)型分配器的驅(qū)動(dòng)方式，其中使用Q4.0口線接CP+，提供一定頻率的脈沖信號，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按與給定頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，改變脈沖信號的頻率便可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；Q4.1口線接U/C+，通過高低電平轉(zhuǎn)換

92、改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向，如設(shè)Q1.1高電平為正轉(zhuǎn)，則低電平為反轉(zhuǎn)；電源直流地、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器地、U/C-、CP-、PLC地都連接在一起，其余接線如圖3-2所示。接通電源后，PLC上的LED指示步進(jìn)電機(jī)得電情況，兩個(gè)輸入按鈕分別控制兩個(gè)方向的反轉(zhuǎn)后退，點(diǎn)擊輸入按鈕使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)后退，若需要兩個(gè)方向都能反轉(zhuǎn)后退和前進(jìn)進(jìn)給，需再加上兩個(gè)向前按鈕。還可以增加控制主軸電機(jī)、根據(jù)光柵反饋控制插補(bǔ)運(yùn)行速度的項(xiàng)目，也可以控制其它設(shè)備，在此沒有寫<

93、/p><p>　　3.3三菱PLC控制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1四個(gè)象限順圓弧插補(bǔ)流程圖</p><p>　　圖3-3四個(gè)象限順圓弧插補(bǔ)流程圖</p><p><b>　　3.3.2插補(bǔ)過程</b></p><p>　　設(shè)要加工圓弧SE，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，圓弧的起點(diǎn)S（XS,YS

94、）、終點(diǎn)E（XE,YE）,圓弧半徑為R。令瞬時(shí)加工點(diǎn)為i（xi,yi）,它與圓心的距離為Ri。比較Ri和R，可以比較他們的平方值。</p><p>　　Ri2=Xi2+yi2</p><p>　　R2=x02+y02</p><p>　　因此可得圓弧偏差判別式如下：</p><p>　　Fi=Ri2-R2=xi2+yi2-R2

95、 </p><p>　　若Fi=0,表明加工點(diǎn)i在圓弧上；</p><p>　　Fi>0, 表明加工點(diǎn)i在圓弧外；</p><p>　　Fi<0,表明加工點(diǎn)i在圓弧內(nèi)。</p><p>　　若Fi≥0,為逼近圓弧，下一步向-x軸向進(jìn)給一步，并算出新的偏差；</p><p>　　Fi<0，為逼近圓弧

96、，下一步向+y軸向進(jìn)給一步，并算出新的偏差.</p><p>　　如此一步步計(jì)算和一步步進(jìn)給，在到達(dá)終點(diǎn)后停止運(yùn)算，就可插補(bǔ)出如圖所示第一象限逆圓弧AB。 </p><p>　　為簡化計(jì)算，下面進(jìn)一步推導(dǎo)偏差計(jì)算的遞推公式。</p><p>　　設(shè)加工點(diǎn)正處于i(xi,yi)點(diǎn)，其判別式為</p><p>　　Fi=xi2+yi2-R2&l

97、t;/p><p>　　若Fi≥0，應(yīng)沿-x軸向進(jìn)給一步，到i+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為</p><p>　　Xi+1=Xi-1 </p><p>　　Yi+1=Ym </p><p><b>　　新加工點(diǎn)的偏差為：</b></p><p>　　Fm=Xi+12+Yi+12-R2=(xi-1)2+y

98、i2-R2=Fi-2xi+1 (3-1)</p><p>　　若Fi<0，應(yīng)沿+y軸向進(jìn)給一步，到i+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為</p><p><b>　　Xi+1=Xi </b></p><p>　　Yi+1=Yi +1 </p><p><b>　　新加工點(diǎn)的偏差為：</b></p

99、><p>　　Fi=Xi+12+Yi+12-R2=xi2+(yi+1)2-R2=Fi-2xi+1 (3-2)</p><p>　　根據(jù)式2-1 和2-2可以看出，只要知道前一點(diǎn)偏差和坐標(biāo)，就可以求出新的一點(diǎn)的偏差。公式中只有乘2運(yùn)算，計(jì)算大為簡化了。由于加工是從圓弧的起點(diǎn)開始的，起點(diǎn)的偏差為0，坐標(biāo)為（x0,y0），所以新的加工點(diǎn)的偏差完全可以用前一加工點(diǎn)的偏差遞推出來。</p&g

100、t;<p>　　綜上所述，逐點(diǎn)比較的逆圓弧插補(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，

101、提供給下一個(gè)判別依據(jù)。根據(jù)式 （3-1） 及式 （3-2）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Fi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)，我們是以人工方式將刀具移到加工起點(diǎn)，既所謂的“對刀”，這一點(diǎn)當(dāng)然沒有偏差，所以開始加工點(diǎn)的Fi,i=0。</p><p>　　（4）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

102、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。</p><p>　　以第一象限為例，PLC插補(bǔ)程序框圖與單片機(jī)插補(bǔ)程序框圖基本一致。</p><p>　　3.4 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試</p><p>　　3.4.1插補(bǔ)元件說明</p><p>　　表3-1 控制系統(tǒng)的I/O分配</p><p>　　

103、3.4.2 PLC插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.程序梯形圖</b></p><p>　　圖3-4 三菱PLC程序T型圖</p><p><b>　　3.4.3仿真調(diào)試</b></p><p>　　用GX-Simulator仿真軟件調(diào)試程序,調(diào)試的基本步驟：</p>&l

104、t;p>　　選擇GX developer菜單項(xiàng)的[工具]→[梯形圖邏輯測試啟動(dòng)]，啟動(dòng)GX-Simulator。由GX developer創(chuàng)建的順序程序和參數(shù)還將被自動(dòng)寫入到PLC中。</p><p>　　通過使用軟件監(jiān)視、更改軟元件調(diào)試。</p><p>　　調(diào)試完后，修改順序控制。</p><p>　　在初始窗口中設(shè)置執(zhí)行狀態(tài)為STOP</p>

105、<p>　　選擇GX developer菜單項(xiàng)[在線]→[PLC寫入]，寫入修改后的順序控制至PLC中，再次調(diào)試程序時(shí)，重復(fù)上述步驟。知道軟件滿足要求為止。</p><p>　　退出GX developer軟件，結(jié)束調(diào)試</p><p>　　3.4.5仿真調(diào)試的過程</p><p>　　PLC程序?qū)懭?PLC在STOP模式下，執(zhí)行[在線]菜單→[PLC

106、寫入]，出現(xiàn)[PLC寫入]對話框，選擇[參數(shù)+程序]，再按[執(zhí)行]按鈕，完成后將程序?qū)懭隤LC(如下圖3-9)</p><p>　　圖3-5（a）PLC仿真調(diào)試</p><p>　　在監(jiān)視模式下，將X000和X011強(qiáng)制ON，再將X000強(qiáng)制OFF</p><p><b>　　圖3-5（b）</b></p><p>&l

107、t;b>　　調(diào)試運(yùn)行狀況如下：</b></p><p><b>　　圖3-5（c）</b></p><p><b>　　圖3-5（d）</b></p><p>　　3.4.6調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題</p><p>　　在組態(tài)時(shí)要保證與實(shí)驗(yàn)室的元件型號相一致,否則程序不能下載到PLC

108、上。</p><p>　　在下載組態(tài)前要保證PLC通電.但處于stop狀態(tài)。</p><p>　　在運(yùn)行程序前應(yīng)保證接線正確。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　我們在這個(gè)學(xué)期的第十周開始了為期三周的專業(yè)課程設(shè)計(jì)，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)里面涉及的知識面十分的全，有機(jī)械設(shè)計(jì)，plc，有我們剛接觸

109、到的GX-developer 編程軟件，這讓我們學(xué)習(xí)機(jī)電專業(yè)的學(xué)生有了一次徹底的將知識融會(huì)貫通的機(jī)會(huì)，聯(lián)系到了我們大三做的二級齒輪傳動(dòng)，和我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的plc控制，這一切對于我們來說既是一個(gè)復(fù)習(xí)，更加是一個(gè)將知識結(jié)合的打?qū)嶒?yàn)課，在這整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，都是一個(gè)自己查找資料，自己解決問題的過程，圖書館是一個(gè)大大的知識海洋。在整個(gè)過程中我們要自己設(shè)計(jì)程序，自己設(shè)計(jì)機(jī)械部分，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是一個(gè)難關(guān)。但是，在大家互幫互助的情況下，我們都一一克服了，

110、最終完成了設(shè)計(jì)。</p><p>　　在整個(gè)實(shí)驗(yàn)調(diào)試環(huán)節(jié)，十分感謝我們組同學(xué)的幫助，她們一遍一遍不厭其煩的幫我說程序，最終才是我解決了問題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊龍興編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.校印版.2006.</p><p>　　[2] 王遠(yuǎn)栓編.機(jī)床

111、電力拖動(dòng)與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.</p><p>　　[3] 鐘肇新，彭侃編.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.</p><p>　　[4] 魏志精編.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,1995.</p><p>　　[5] 余雷聲編.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199

112、7.</p><p>　　[6] 鄭文緯,吳克堅(jiān)編.機(jī)械原理[M].7版.北京:高等教育出版社,1997.</p><p>　　[7] 孫恒,陳作模編.機(jī)械原理[M].6版. .北京:高等教育出版社,2001.</p><p>　　[8] 趙松年,張奇鵬編.機(jī)電一體化數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.</p><p>　

113、　[9] 鄭堤,唐可杰編.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.</p><p>　　[10] 楊平,廉仲編.機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　[11] 梁景凱編.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.</p><p>　　[12] 濮良貴,紀(jì)名剛編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].7版.北京

114、:高等教育出版社,2001.</p><p>　　[13] 劉金琪編. 機(jī)床電氣自動(dòng)控制[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999.</p><p>　　[14] 周軍,海心編.電氣控制及PLC[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　[15] 汪木蘭編.數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].北京;機(jī)械工業(yè)出版社,2004.</p><

115、;p>　　附錄1 自制數(shù)控工作平臺(tái)設(shè)計(jì)題目及參數(shù)</p><p>　　試設(shè)計(jì)符合任務(wù)要求的數(shù)控開環(huán)加工設(shè)計(jì)，并在自制數(shù)控車平臺(tái)上加工零件。已知絲杠導(dǎo)程p、步進(jìn)電機(jī)步距角α、加工線型及走刀長度、脈沖當(dāng)量δp、電機(jī)和折算到電機(jī)軸上等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Jm+Je）、空載啟動(dòng)時(shí)間Δt、最大進(jìn)給速度Vmax、大小拖板質(zhì)量（Md、Mx）、主切削力Fz、吃刀抗力Fy、走刀抗力Fx等參數(shù)。</p><p&g