2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

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 設(shè)計和插補加工</p><p>  學(xué)院名稱: </p>&

2、lt;p>  專 業(yè): </p><p>  班 級: </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)計與綜合訓(xùn)練任務(wù)書</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

4、 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)計成果進行物化的過程。首先,根據(jù)指導(dǎo)老師給定的設(shè)計參數(shù),選擇系統(tǒng)所用步進電機,計算傳動機構(gòu)相關(guān)參數(shù);然后,畫出基于三菱PLC的步進控制系統(tǒng)接線圖,設(shè)計第三象限直線插補PLC程序,其次,將三菱PLC、步進電機驅(qū)動器和步

5、進電機按照接線圖要求完成接線;最后在GX-Developer中進行程序調(diào)試,模擬達到第三象限直線插補加工軌跡要求。</p><p>  關(guān)鍵詞:第三象限插補,plc程序,步進電機</p><p><b>  目 錄</b></p><p>  進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………5</p><p>  

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

7、<p>  第二章 連接電路和機床進給電機驅(qū)動器實現(xiàn)第三象限直線PLC插補</p><p>  程序設(shè)計和插補加工…………………………………………………………28</p><p>  2.1 PLC控制步進電機時電器接線圖設(shè)計…………………………………………29</p><p>  2.2 數(shù)控插補PLC程序設(shè)計 …………………………………………………

8、…30</p><p>  2.2.1逐點比較法直線插補實例…………………………………………………30</p><p>  2.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計及調(diào)試……………………………………………31</p><p>  參考文獻………………………………………………………………………40</p><p>  第一章 進給運動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計&

9、lt;/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)

10、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)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

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)行元件時應(yīng)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(yīng)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。</p&g

12、t;<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

13、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。</p><p>  3、執(zhí)行機構(gòu)方案的選擇</p><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

14、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>  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、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

15、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。</p><p>  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

16、螺母傳動機構(gòu),執(zhí)行機構(gòu)選用拖板導(dǎo)軌;控制系統(tǒng)中微控制器采用微機并行口,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)電平方向控制電位即可,另一路使能信號。</p><p>  1.2 傳動比計算和步進電機的選擇</p><p><b>  一.X軸(縱向):</b></p><

17、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 :表示脈沖當量</p><p>  步進電機所需力矩計算</p><p>  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載轉(zhuǎn)矩。</p><p>  作用在步進電機

18、軸上的總負載轉(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量摩擦力矩,為加工負載折算到電機軸上的負載力矩,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>  :

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> ?。涸谶x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>

20、; ?。簽榻z杠螺母副的預(yù)緊力,設(shè)取的1/3~1/5;</p><p>  :為伺服進給系統(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>  一般啟動是為空載,于是空載啟動時電機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為:</p><p>  在最大外載荷下工作時,電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為:</p&

21、gt;<p>  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X相2*X拍驅(qū)動方式,則總負載轉(zhuǎn)矩取為:</p><p><b>  T取</b></p><p>  根據(jù)求出的負載轉(zhuǎn)矩,和給定的步距角,上網(wǎng)查詢步進電機型號。</p><p>  圖1-2 步進電機外形及技術(shù)特點</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>  一般啟動是為空載,于是空載啟動時電機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為:</p><p>  在最大外載荷

23、下工作時,電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為:</p><p>  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X相2*X拍驅(qū)動方式,則總負載轉(zhuǎn)矩取為:</p><p><b>  T取</b></p><p>  根據(jù)求出的負載轉(zhuǎn)矩,和給定的步距角,上網(wǎng)查詢步進電機型號。</p><p>  圖1-5 步進電機

24、外形及技術(shù)特點</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</b></p><p>  一.X方向的齒輪傳

25、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>  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

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

27、;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=5

28、50MPa;</p><p>  由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</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>  (7)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&

29、#215;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</p><p><b>  d1t≥</b></p><p&g

30、t;<b>  ==23.9mm</b></p><p><b>  計算圓周速度</b></p><p>  v===1.88m/s</p><p><b>  計算齒寬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級精度,由機械設(shè)計書圖10—8查得動載系數(shù)=1.07;</p><p>  直齒輪由機械設(shè)計書表10—3查得= =1;</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,=1.413。</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>  計算模數(shù)m</b></p><p>  m =mm=1.26</p><p>  3.按齒根彎曲強度設(shè)計</p><p><b>  由式</b></p><p><b>  確定計算參數(shù)</b></p><p&g

35、t;<b>  (1)計算載荷系數(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

36、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;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>  =</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)計計算</b></p><p><b>  mn≥</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),可取由彎曲強度算得模數(shù)0.79并就近圓整為標準值m=0.8mm,按接觸強度

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.幾何尺寸計算</b></p><p><b> ?。?)計算中心距</b></p><p><b>  a=33.2mm</b>&

40、lt;/p><p> ?。?)計算大、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> ?。?)計算齒輪寬度</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

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=50的;傳動比為2.5.</p><p>  2.按齒面接觸

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

44、/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>  由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>  (6)由機械設(shè)計書圖10-19查得接

45、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>  計算圓周速度</b>&

47、lt;/p><p>  v===1.8m/s</p><p><b>  計算齒寬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級精度,由機械設(shè)計書圖10—8查得動載系數(shù)=1.07;</p&g

49、t;<p>  直齒輪由機械設(shè)計書表10—3查得= =1;</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,=1.413。</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>  計算模數(shù)m</b></p><p><b>  m

51、=mm=1.2</b></p><p>  3.按齒根彎曲強度設(shè)計</p><p>  由式 確定計算參數(shù)</p><p><b>  (1)計算載荷系數(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)=0.85,=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>  (5)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>  =</b></p>

54、<p><b>  =</b></p><p><b>  大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>  (8)設(shè)計計算</b></p><p><b>  mn≥</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)

55、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)0.78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=24.07mm,算出小齒輪齒數(shù)</p><p>  大齒輪齒數(shù) </p><p><b>  4.幾何尺寸計算&

56、lt;/b></p><p><b>  (1)計算中心距</b></p><p><b>  a=42mm</b></p><p> ?。?)計算大、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>  (3)計算齒輪寬度</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要由導(dǎo)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

59、: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>  ――導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力 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件重量 N;</p><p>  W2――y方向工作臺滑板及組件重量

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)計計算及選擇</p><p>  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(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

62、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,因疲勞點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(基本)額定動載荷(N),其值查附表5</p><p><b&g

64、t;  ――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> ?。?)、按額定靜載荷選擇:按≧F 的原則選擇絲杠:d0=16mm</p>

65、<p>  (2)、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>  (硬度系數(shù))由2表取1.0,(運轉(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)備的實際情況,得出設(shè)計選用: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>  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,

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件重量 N;&

70、lt;/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,因疲勞點蝕是其主

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(基本)額定動載

73、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>  (1)、按

74、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><b>  (3) </b></p><p> ?。ㄓ?/p>

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

76、176;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長度為150mm的滾珠絲杠。</p><p>  連接電路和機床進給電機驅(qū)動器實現(xiàn)第三象限直線插補加工</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

77、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(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±0.02 mm。如果采取螺距誤差補償和傳動間隙補償?shù)却胧ㄎ痪瓤商岣叩?#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,在脈沖當量為0.0lmm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(yīng)用。</p><p>  圖2-1 一個方向

79、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>  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

80、法關(guān)鍵的一步,下面以第三象限直線導(dǎo)出偏差的計算公式。</p><p>  如圖所示,假定直線OA的起點為坐標原點,終點A的坐標為,P為加工點,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P在直線OA的下方(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;亦即</p><p>  由此可以得偏差判別函數(shù)為</p><p>  當時,點P落在直線上</p><p>  當時,點P落在直線上方; </p><p>  當時,點P落在直線下方;</p>&l

82、t;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><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

83、 </p><p><b>  (2-2)</b></p><p>  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

84、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(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(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。當開始加工時,我們

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

86、lt;/p><p>  一.PLC軟件組態(tài)簡介</p><p>  1.雙擊GX Developer圖標,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)試運行,如圖2-5所示,顯示藍色標識符表示該觸點處于閉合狀態(tài)。按下啟動按鈕觀察工作臺運動情況,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.插補元件說明</b></p><p>  三.第三象限直線插補的

89、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><p>  [3] 濮良貴,紀明剛等. 機械設(shè)計[M

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