步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、<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)控第四象限圓</p><p><b>　　弧插補(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)器實(shí)與</p><p>　　第四象限順圓插補(bǔ)加工</p><p>　　摘要：本說明書根據(jù)任務(wù)書所給的參數(shù)計(jì)算出傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)矩選擇步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，

2、 設(shè)計(jì)并繪制出進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，包括聯(lián)軸器的選擇、各齒輪設(shè)計(jì)、軸承的選擇、鍵的選擇等等。利用單片機(jī)編制插補(bǔ)程序?qū)崿F(xiàn)第四象限圓弧線插補(bǔ)加工。</p><p><b>　　+</b></p><p>　　關(guān)鍵詞： 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)；三菱PLC；圓弧插補(bǔ)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練任務(wù)書</p><p><b&

3、gt;　　目 錄</b></p><p>　　概述…………………………………………………………1 </p><p>　　1.1 本次課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練對象及內(nèi)容 ………… ………………1</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求 ……… ……………………1</p><p>　　1.3 本次設(shè)計(jì)參數(shù)…… … …

4、……… ……… … ……………2</p><p>　　1.3.1 題目及參數(shù)…………………… ……… …………………2</p><p>　　1.3.2 參數(shù)的選擇………………… ……………… ……………3</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………… ……………4</p><p>　　2.1. 步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳

5、動(dòng)比的計(jì)算… ………………………4</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)………… ………… … …… ……… …………4 </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 連軸器的選擇 …………………………………………………10</p><p>　

6、　2.3 各齒輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………11</p><p>　　2.4 軸承的選擇………………………………………………………18</p><p>　　2.5 鍵的選擇 ……… …………………… ……… ………………19</p><p>　　2.6 絲杠的選擇 ……… …………………… ……… ……………22</p

7、><p>　　第三章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限直線PLC插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工 ………………………… …………………… ………23</p><p>　　3.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線設(shè)計(jì)………………………………24</p><p>　　3.2 三菱PLC控制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) ……… …………………… ………24 </p><p>　　3.2.

8、1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)實(shí)例 ……… …………………… …… 28</p><p>　　3.2.2 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計(jì)及程序試 ……… ………………… 37</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……… …………………… ……… ……………………………3</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p&g

9、t;　　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，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。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(shí)，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(shí)點(diǎn)在機(jī)電系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用進(jìn)行

10、了簡單的闡述。</p><p>　　1.1 本次課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練對象及內(nèi)容</p><p>　　本次設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的模擬數(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&g

11、t;　　本次設(shè)計(jì)和訓(xùn)練的具體內(nèi)容如下：</p><p>　　(1)根據(jù)指導(dǎo)老師給定的任務(wù)，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)使用PROTEL繪圖工具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

12、工出任務(wù)書中要求的零件類型；</p><p><b>　　(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>　　1.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)

13、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)第一象限直線插補(bǔ)加工”。</p><p>　　2.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

14、如選擇電機(jī)型號(hào)、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><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；使用PROTEL繪圖工具繪制微控制器接線圖?！本C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罚痪幹坪驼{(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)

15、和綜合訓(xùn)練說明書?！?lt;/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：</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)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)；</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><

16、p>　?。?）課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練說明書1份：6000～8000字。</p><p>　　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

17、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)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

18、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)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、

19、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><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

20、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)。&

21、lt;/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

22、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

23、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>　　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>　　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)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

24、詢絲杠的型號(hào)，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><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)變換

25、成角位線（或線位移）的電磁裝置，步進(jìn)電機(jī)的角位移量和角速度分別與指令脈沖的數(shù)量和頻率成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步，而且旋轉(zhuǎn)方向決定于脈沖電流的通電順序。因此只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電順序，便可控制執(zhí)行部件位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向。在無脈沖輸入時(shí)，在繞組電源激勵(lì)下機(jī)按其輸出扭矩的大小，可分為快速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；按其勵(lì)磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相；按其工作原理可以分為永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（

26、HB）。步進(jìn)伺服結(jié)構(gòu)簡單，符合系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移動(dòng)速度越低。特別是步進(jìn)伺服易于失步，使其主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造。但近年發(fā)展起來PWM驅(qū)動(dòng)、微步驅(qū)動(dòng)、超微步驅(qū)動(dòng)和混合伺服技術(shù)，使得步進(jìn)伺服的性能提高到一個(gè)新的水平。</p><p>　　1.減速器的傳動(dòng)比計(jì)算：</p><p>　　其中 ：表示步進(jìn)電機(jī)步距角，兩個(gè)方向

27、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>　?。罕硎久}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）=(1.5×4)/(360×0.001)=1.67</p

28、><p>　　Z向： i2=αp/（360δp）=(1.2×6)/(360×0.001)=2.5</p><p>　　X方向脈沖個(gè)數(shù):n===5000</p><p>　　Z方向脈沖個(gè)數(shù):n===5000</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

29、轉(zhuǎn)矩T≥電機(jī)所需的最大轉(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

30、力矩；</p><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&

31、gt;</p><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

32、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，鋼與鋼的摩擦系數(shù)可查資料，一般為0.05～0.2左右；</p><p>　　：在選擇橫向電機(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>　　：為絲杠螺母副的預(yù)緊力，設(shè)取的1/5～1/3 ；</p><p>　?。?/p>

33、為伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率，取為0.8 ； </p><p><b>　　：為減速器傳動(dòng)比。</b></p><p>　　Jm+Je=0.07N.m²，取η=0.8，取 µ =0.1</p><p>　　啟動(dòng)時(shí) ==π=52.36rad/m²</p><p>　　Fu: 橫向力 Fu=(

34、mg+Fz)×u =(100+1500)×0.1=160N</p><p>　　縱向力 Fu =(mg+Fz)×u =(100+300+1500)×0.1=190N</p><p>　　Fw: 橫向力 Fw=(mg+Fy)×u=(100+1200)×0.1=130N</p><p>　　縱向力 F

35、w=(mg+Fx)×u=(300+800)×0.1=110N</p><p>　　Fo: 橫向力 Fo=Fw（1/5～1/3）= 26～43.3N 取Fo=40N</p><p>　　縱向力 Fo=Fw（1/5～1/3）=22～36.7N 取Fo=36N </p><p><b>　　由下式可得：</b>

36、</p><p>　　橫向：=（+）×ξ=0.7×52.36=5.81N.m</p><p>　　==0.076N.m</p><p>　　==0.572N.m</p><p>　　==0.030N.m</p><p>　　T=5.810+0.076+0.572+0.03=6.451.m</p

37、><p>　　縱向： =(+)×ξ=0.7×52.36=5.81N.m</p><p>　　==0.091N.m</p><p>　　=×π=0.381N.m</p><p>　　=×π=0.019N.m</p><p>　　T=5.81+0.181+0.775+0.016=5.76

38、6N.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><p><b>　　=++</b></p><p><b>　　代入上式計(jì)算可得：</b></p><p>　　=5.81+0.0.0761+0.030=5.90N.m</p><p

39、>　　=5.81+0.091+0.019=6.10N.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><b>　　=++</b></p><p><b>　　代入上式計(jì)算可得：</b></p><p>　　Tgx=0.572+0.076+0.030=0

40、.678N.m</p><p>　　Tgz=0.381+0.0.091+0.019=0.491N.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)矩取為： </p><p>　　Tx=max{5.9/0.8;0.678/(0.3～0.5)}</p><p

41、>　　= max (7.735,1.695) N.m=7.735N.m</p><p>　　Tz=max{6.1/0.8;0.491/(0.3～0.5)}</p><p>　　= max (7.765,1.225) N.m=7.765N.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)

42、矩，和給定的步距角，上網(wǎng)查詢步進(jìn)電機(jī)型號(hào)。步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.6°，計(jì)算得出負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為7.735N·m 和 7.765N·m查得靜轉(zhuǎn)矩為8N·m，步距角0.6°的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BYG404。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>　　圖2-3 86BYG350BH-0201步進(jìn)電機(jī)尺

43、寸 </p><p>　　圖2-4 110BYG404系列型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線圖</p><p>　　由上圖可知，當(dāng)脈沖頻率在100～1000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(jí)圓柱齒輪減速器,聯(lián)軸器連接電機(jī)與減速器.

44、</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>　　則絲杠傳動(dòng)的效率</b></p><p>　?、賆向電機(jī)各軸輸入輸出轉(zhuǎn)矩</p><p>　　電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 Td

45、=8N.m</p><p>　　I軸輸入轉(zhuǎn)矩 TI=Td×η1=4.7×0.99=7.92N.m</p><p>　　II軸輸入轉(zhuǎn)矩 TII=TI×η2×η3×i1=8×0.98×0.97×1.67=12.7N.m</p><p>　　I軸輸出轉(zhuǎn)矩 TI=8

46、5;0.98=7.84N.m</p><p>　　II軸輸出轉(zhuǎn)矩 TII=12.7×0.98=12.446N.m</p><p>　　由于i<3,故采用一級(jí)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

47、=0.98,η3=0.97</p><p><b>　　則絲杠傳動(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 Td=8N.m</p><p>　　I軸輸入轉(zhuǎn)矩 TI2=Td2×η1=8×0.99=7.92N.m</p>

48、<p>　　II軸輸入轉(zhuǎn)矩 TI2=TI2×η2×η3×i2=12.7×0.98×0.972=12.10N.m</p><p>　　I軸輸出轉(zhuǎn)矩 TI2=7.544×0.98=7.393N.m</p><p>　　II軸輸出轉(zhuǎn)矩 TII2= 12.10×0.98=11.858N.m

49、</p><p>　　表2-2 輸入輸出分配表 </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(jí)、材料及齒數(shù) </p><p>　　選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，7級(jí)精度</p><p>　　材料

50、選擇。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，</p><p>　　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=1.67，則大齒輪齒數(shù)Z2=30。</p><p>　　2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>

51、;　　由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算，即</p><p>　　(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=4.653N.m=4653N.mm</p><p>　　選取齒寬系數(shù)Φd=1.2</p><p>　　材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8M

52、Pa½</p><p>　　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>

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

54、lt;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</p><p>　　[σH1]= KHN1×σHliml/S=0.90×600/1=540Mpa</p><p>　　[σH2]= KHN2×σHlim2/S=0.98×550/1=522.5Mpa</p>

55、<p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　1）試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入式中較小的值</p><p>　　= </p><p>　　=2.32×12.9</p><p><b>　　=30.12mm</b></p><p&g

56、t;<b>　　2）計(jì)算圓周速度</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　3) 計(jì)算齒寬</b></p><p>　　b=Φd×d1t=1.2×40=48mm</p><p>　　4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h<

57、;/p><p>　　模數(shù) mt= d1t/Z1=40/20=2 mm</p><p>　　齒高 h=2.25 mt=2.25×2=4.5 mm</p><p>　　b/h=48/4.5=10.67 </p><p><b>　　5) 計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)

58、V=0.45m/s，7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) Kv=1.12</p><p>　　直齒輪 KHα=KFα=1</p><p><b>　　使用系數(shù) KA=1</b></p><p>　　用插補(bǔ)法查得7級(jí)精度小齒輪相對支承對稱布置時(shí)，KHβ=1.421</p><p>　　由b/h=8.89 ，KHβ=1.421 ，得 KF

59、β=1.32；</p><p>　　故載荷系數(shù) K=KA×Kv×KHα×KHβ=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， </p><p><b>　　7) 計(jì)算模數(shù)</b></p><p>

60、　　m=d1/Z1=32/20=1.6圓整后取2</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.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</p><p>　　2）取

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

62、5;1×1.32=1.478</p><p><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

63、) 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=1</b></p><p><b>　　取=20</b></p>

64、<p><b>　　取=30</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</b></p><p><b>　　2）計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　3）計(jì)

65、算齒輪寬度</b></p><p>　　b=Φd×d1t=1.240mm=48mm</p><p>　　取B2=48mm B1=50mm </p><p>　　2.2.2 Z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(jí)、材料及齒數(shù) </p><p>　　選用直齒圓柱齒輪傳

66、動(dòng)，7級(jí)精度</p><p>　　材料選擇：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，</p><p>　　二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　　選小齒輪齒數(shù)Z1=24，傳動(dòng)比i=2，則大齒輪齒數(shù)Z2=48。</p><p>　　2. 按齒面

67、接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　進(jìn)行試算，即</b></p><p>　　(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=4.653N.m=4653N.mm</p><p>　　選取齒寬系數(shù)Φd=1.

68、0</p><p>　　查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa½</p><p>　　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>　　計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) </p><p>　　n=1.

69、3×1600/360×60=350r/min</p><p>　　Nl=60nljLh=60×350×(1×12×8×300×15)=9.07 ×</p><p>　　N2=N1/i=9.07×/2.5=3.63×</p><p>　　取接觸疲勞壽命系數(shù) K

70、HN1=0.90 KHN2=0.98</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</p><p>　　[σH1]= KHN1×σHliml/S=0.90×600/1=540Mpa</p><p>　　[σH2]= KHN2×

71、σHlim2/S=0.98×550/1=522.5Mpa</p><p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　1）試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入式中較小的值</p><p>　　= </p><p>　　=2.32×12.4</p><p><

72、b>　　=28.8mm</b></p><p><b>　　2）計(jì)算圓周速度</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　計(jì)算齒寬</b></p><p>　　b=Φd×d1t=1.2×40=48mm&l

73、t;/p><p>　　4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h</p><p>　　模數(shù) mt= d1t/Z1=28.8/20=1.44 m</p><p>　　齒高 h=2.25 mt=2.25*2=5 mm</p><p>　　b/h=48/4.5=10.67 </p><p><b>　　5) 計(jì)算載荷系數(shù)

74、</b></p><p>　　根據(jù) V=0.45m/s，7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) Kv=1.12</p><p>　　直齒輪 KHα=KFα=1</p><p>　　查得使用系數(shù) KA=1</p><p>　　用插補(bǔ)法查得7級(jí)精度小齒輪相對支承對稱布置時(shí)，KHβ=1.421</p><p>　　由b/h=8.

75、89 ，KHβ=1.421得 KFβ=1.32；</p><p>　　故載荷系數(shù) K=KA×Kv×KHα×KHβ=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，得 </p><p><b>　　7) 計(jì)算模數(shù)</b>&l

76、t;/p><p>　　m=d1/Z1=30.81/20=1.54圓整后取2 </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.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=3

77、80MPa</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><p><b>　　4）計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　K=KA×Kv

78、5;KHα×KHβ=1×1.12×1×1.32=1.478</p><p><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

79、=1.722</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=2</b></p><p><b&g

80、t;　　取=20</b></p><p><b>　　取=50</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</b></p><p><b>　　2）計(jì)算中心距</b></

81、p><p><b>　　3）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p>　　b=Φd×d1t=1.240mm=48mm</p><p>　　取B2=48mm B1=50mm</p><p><b>　　2.3 聯(lián)軸器選擇</b></p><p>　　根據(jù)電機(jī)尺寸選擇聯(lián)軸器

82、為彈性套柱銷聯(lián)軸器LT2，聯(lián)軸器尺寸如下表所示：</p><p>　　該聯(lián)軸器是根據(jù)王建石主編的《機(jī)械通用零部件優(yōu)選手冊》選擇的。</p><p><b>　　2.4軸承選擇</b></p><p><b>　　假定軸承的壽命</b></p><p><b>　　(1) X軸方向：<

83、/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</p><p>　　C=11.2KN ， &

84、lt;/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></p><p><b>　?。?）X軸

85、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>　?。?）Z軸方向：</b></p><p>　　1）高速軸：連軸

86、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><p>　　d1≤160mm，所以小齒輪做成實(shí)心的。雖然d2

87、≤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>　　2.7傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖形繪制</p>&l

88、t;p>　　圖2-5 X軸和Z軸傳動(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(jí)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(jí)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)、厚度及電機(jī)軸和絲杠的連接。</p><p

89、>　　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(hào)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

90、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)±0.02 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

91、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年代初我國也曾仿造過這種開環(huán)進(jìn)給系</p><p>　　下面以PLC作為微控制器，說明電器接線圖和程序的

92、設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　圖3-1 開環(huán)控制系統(tǒng)</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>　　3.2.1 PLC簡介</p><p><b>　　一、PLC概述</b></p><p>　　PLC 具有以下鮮明的特點(diǎn)。 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量

93、控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回 路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化； 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件；能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。</p><p>　　二、PLC的選型方法&

94、lt;/p><p>　　因每種品牌配置不一樣，所以它的選型方式也有所差異，下面著重介紹大家常用的大眾品牌三菱PLC的選型方法，大家可以做一個(gè)參考來選擇使用plc。 　　</p><p>　　分析被控對象并提出控制要求</p><p>　　詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對象對三菱PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定

95、設(shè)計(jì)任務(wù)書。 　　</p><p>　　如何確定三菱PLC的輸入/輸出設(shè)備</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與三菱PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 　　</p><p>　　(三) 如何選擇三菱PL

96、C</p><p>　　三菱 PLC選擇包括對三菱PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇，詳見本章第二節(jié)。 　　</p><p>　?。ㄋ模┤釶LC分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)三菱PLC外圍硬件線路</p><p>　　1.分配I/O點(diǎn)，畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在第2步中進(jìn)行。 　　</p><p>

97、　　2.設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路，畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 </p><p>　　（五）三菱PLC程序設(shè)計(jì) 　　</p><p>　　1. 程序設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)三菱PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編

98、寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： 　　1）初始化程序。在三菱PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。2）檢測、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。3）保護(hù)和連

99、鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂，。 　　</p><p>　　2. 程序模擬調(diào)試，程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。1）硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號(hào)，并將這些信號(hào)

100、以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。2）軟件模擬法是在三菱PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號(hào)，其簡單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。 　　</p><p>　?。┤釶LC硬件實(shí)施</p><p>　　硬件實(shí)施方面主要是進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。主要內(nèi)容有：1) 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電

101、器布置圖及安裝接線圖。2)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖。3)根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。 　　由于程序設(shè)計(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行，因此三菱PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短。 　　</p><p>　?。ㄆ撸┤釶LC聯(lián)機(jī)調(diào)試</p><p>　　聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過程應(yīng)循序漸進(jìn)，從三菱PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)

102、載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。 　　全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。</p><p>　　二、PLC硬件組態(tài)簡介</p><p>　　在windows“開始”項(xiàng)中找到啟動(dòng)程序GX Developer快捷方式，雙擊。</p><p>

103、　　點(diǎn)擊空白頁新建，PLC系列選擇FXCPU，PLC選擇FX3U（C），然后點(diǎn)擊確定；</p><p>　　系統(tǒng)將自動(dòng)生成工程。</p><p>　　3.2.2 三菱 PLC驅(qū)動(dòng)電路設(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

104、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)成為可能。電路接線如圖3-2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、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Y0口線接PUL+，提供一定頻率的脈沖信號(hào)，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(hào)的頻率便可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；Y1口線接PUL+，通過高低電平轉(zhuǎn)換改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行

105、方向，如設(shè)Y1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,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。</p><p>　　電路中+24V電源由PLC提供。硬

106、件的調(diào)試可先使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，調(diào)試完成后運(yùn)行看是否按所編程序執(zhí)行。注意一定經(jīng)過指導(dǎo)教師檢查同意后再接上電源！</p><p>　　3.2.3 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.3.1 PLC插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)概述</p><p>　　PLC控制步進(jìn)電機(jī)程序的主要任務(wù)：（1）控制旋轉(zhuǎn)方向（2）按順序傳送控制脈沖（3）判斷步數(shù)是否走完。</p><

107、p>　　本課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練可根據(jù)給定數(shù)控平臺(tái)X方向與Z方向的絲杠的導(dǎo)程Lx和Lz、步進(jìn)電機(jī)步距角αx、αz和脈沖當(dāng)量δx、δz，若要讓工作臺(tái)向前行進(jìn)amm，則步進(jìn)電機(jī)需要運(yùn)行a / δx（δz）的步數(shù)。本次設(shè)計(jì)由于指標(biāo)中有最大進(jìn)給速度，設(shè)步進(jìn)電機(jī)步距角為0.9度，例如要求運(yùn)行角速度為50r/min, 即300度/秒（400步/秒），則運(yùn)行一步為2500us ，所以輸出高低電平脈沖后各延時(shí)1250us即可達(dá)到上述目的。步進(jìn)電機(jī)剛啟

108、動(dòng)時(shí)的響應(yīng)頻率比較低（100～250步/秒）,而電機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。所以必須采取啟動(dòng)時(shí)以低于響應(yīng)頻率的速度運(yùn)行，然后慢慢加速，加速到響應(yīng)頻率后，就以此速率恒速運(yùn)行。當(dāng)快到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，又使其慢慢減速，在低于響應(yīng)頻率的速率下運(yùn)行，直到走完規(guī)定的步數(shù)后停機(jī)。因此，在啟動(dòng)或停機(jī)的過程中，可以均勻減少或增加延時(shí)時(shí)間（此次設(shè)計(jì)的延時(shí)可采用軟件循環(huán)延時(shí)，也可以采用定時(shí)器延時(shí)）。</p><p>　　3

109、.2.3.2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)</p><p>　　根據(jù)以前學(xué)過的知識(shí)可知，偏差計(jì)算是逐點(diǎn)比較法關(guān)鍵的一步，下面以第一象限直線為例導(dǎo)出偏差的計(jì)算公式。 </p><p>　　如圖所示，假定順圓弧SR1的起點(diǎn)為S(XS,YS)，終點(diǎn)E的坐標(biāo)為（xe, ye）。當(dāng)動(dòng)點(diǎn)在圓弧上或在圓弧外側(cè)區(qū)域時(shí)， 應(yīng)—Y方向進(jìn)給一步； </p><p>　　當(dāng)動(dòng)點(diǎn)在圓弧

110、內(nèi)側(cè)區(qū)域時(shí)，應(yīng)+X方向進(jìn)給一步；當(dāng)時(shí)向（-y）軸進(jìn)給一部，則新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為：</p><p>　　新動(dòng)點(diǎn)偏差函數(shù)為 </p><p>　　當(dāng)時(shí)，向（+x）方向進(jìn)給一步，則新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為 </p><p><b>　　新的動(dòng)點(diǎn)偏差函數(shù)為</b></p

111、><p>　　圖3-4四個(gè)象限圓弧插補(bǔ)偏差計(jì)算與進(jìn)給方向</p><p>　　（1）SR1 → NR2 （X軸反向）；</p><p>　　SR1 → NR4 （Y軸反向）；</p><p>　　SR1 → SR3 （X軸、Y軸同時(shí)反向）；</p><p>　　SR1、 NR2、 SR3和NR4這四種線型的偏差計(jì)算公式都相

112、同。</p><p>　　NR1 → SR2 （X軸反向）；</p><p>　　SR1 → SR4 （Y軸反向）；</p><p>　　SR1 → NR3 （X軸、Y軸同時(shí)反向）；</p><p>　　NR1、 SR2、 NR3和SR4這四種線型的偏差計(jì)算公式也都相同。</p><p>　?。?） SR1 → NR1

113、 （ X、Y對調(diào)）；</p><p>　　NR1 → SR1 （ X、Y對調(diào)）；</p><p>　　可見，通過對調(diào)X、Y信號(hào)和改變進(jìn)給方向，各個(gè)象限不同走向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)都可以通過進(jìn)行第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算或第一象限逆圓弧的插補(bǔ)計(jì)算來完成。</p><p>　　如圖所示，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）、終點(diǎn)E（XE,YE）,圓

114、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 </p>

115、<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-y軸向進(jìn)給一步，并算出新的偏差；</p><p>　　Fi<0，為逼近圓弧，下一步向+x軸向進(jìn)給一步，并

116、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順圓弧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</p><p

117、>　　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><p>　　Fm=Xi+12+Yi+12-R2=xi2+(y

118、i-1)2-R2=Fi-2Yi+1 (2-1)</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>　　Xi+1=Xi +1</p><p>　　Yi+1=Yi </p><p><b>　　新加工點(diǎn)的偏差為：</b></p><p>　　

119、Fi=Xi+12+Yi+12-R2=xi2+(Xi+1)2-R2=Fi+2Xi+1 (2-2)</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><p>　　綜上

120、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>　　（2）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>　　（3）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 （3-

121、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,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(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>　?。?）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

122、計(jì)算，并發(fā)出停機(jī)或轉(zhuǎn)換新程序的信號(hào)。</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>　　逐點(diǎn)比較法第一象限插補(bǔ)程序流程圖如下： </p><p>　　圖3-5第四象限順圓弧插補(bǔ)流程圖</p><p>　　使用MOV、ADD_I、SUB_I等編程模塊，和一些控制指令進(jìn)行，注意到了規(guī)定的進(jìn)給

123、總步數(shù)后應(yīng)跳過進(jìn)給段。</p><p>　　3.2.3.3逐點(diǎn)比較法第四象限順圓弧插補(bǔ)程序：</p><p><b>　　T形圖如下：</b></p><p>　　圖3-6三菱PLC程序T型圖</p><p>　　表3-1雙軸位置控制系統(tǒng)I/O地址分配表</p><p>　　3.2.4用GX-Si