機(jī)電綜合課程設(shè)計(jì)--X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、北京信息科技大學(xué)機(jī)電綜合課程設(shè)計(jì) -X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)題 目： X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 王 小 保 班級(jí)/學(xué)號(hào)： 機(jī)械1001 / 2010010015 指導(dǎo)老師： 李 天 劍 起止時(shí)間： 2014/ 01 /05 2014/ 01/17 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)4二、總體方案的確定41、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇.4(1)絲杠螺母副的選用5(2)導(dǎo)軌副的選用5(3)伺服電動(dòng)機(jī)的選用52、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53、繪制總體方案圖6四、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型61、 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算62、銑削力的計(jì)算6五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選

2、型101、傳動(dòng)計(jì)算102、計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq103、計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq114、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定13六、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型151、塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取152、距離額定壽命L的計(jì)算15七、 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖16八、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)16九、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源選用19結(jié) 束 語19參考文獻(xiàn).20一、設(shè)計(jì)任務(wù)題目：X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：1、 工作臺(tái)和工件總重量：W= 1310 N ；2、 X-Y行程：400mm；工作臺(tái)面尺寸300 mm ×300 mm3、 進(jìn)給速度：V=10mm500

3、mm /min，空載快速移動(dòng)速度V=2000 mm /min，啟動(dòng)時(shí)間T啟=0.4s。4、 最大切削分力：FZ= 3070 （垂直方向）；FX= 3500 （橫向）；FY= 3500 （縱向）；5、 定位精度：0.01mm；6、 脈沖當(dāng)量 =0.005mm/step7、 設(shè)計(jì)壽命：15000h。二總體方案的確定1、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇(1)導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)數(shù)控車床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便好且精度保持性等優(yōu)點(diǎn)。選滾珠導(dǎo)軌，適合用于導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)部件重量小于200kg的機(jī)床，摩擦阻力小，制造容易，成

4、本較低。(2)絲杠螺母副的選用伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足±0.001mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副不能達(dá)到要求，因此選用滾珠絲桿副，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方式：選用墊片調(diào)隙式，這種方法結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、裝卸方便，適用于一般精度的機(jī)構(gòu)滾珠絲杠的安裝：采用一端固定，一端游動(dòng)的方式，因其壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速較高 (3)伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書規(guī)定的定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有因此2000mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)

5、機(jī)。以降低成本，提高性價(jià)比。2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1）設(shè)計(jì)的X-Z工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控車床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，鍵盤與顯示電路，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型1、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾

6、具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等,估計(jì)重量約為1310N。2、銑削力的計(jì)算最大切削分力：FZ= 3070 （垂直方向）； FX= 3500 （橫向）； FY= 3500 （縱向）；3直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型1）、滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： 其中，移動(dòng)部件重量1310N，外加載荷F=Fz=3070N，代入上式，得最大工作載荷=3397.5N=3

7、.3975kN。查表3-41，根據(jù)工作載荷=3.3975kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的LG35型，其額定動(dòng)載荷Ca為35.1 KN，額定靜載荷COa為47.2 KN。任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為300 mm ×300 mm，加工范圍為400 mm ×400 mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為840mm。2、距離額定壽命L的計(jì)算上述所取的KL系列LG35系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表3-36至3-40，分別取硬度系數(shù)f=1.0，溫度系數(shù)f=1

8、.00，接觸系數(shù)f=0.81，精度系數(shù)fR=0.9，載荷系數(shù)f=1.5，代入式（3-33），得距離壽命：L=6328.805739Km遠(yuǎn)大于期望值50Km，故距離額定壽命滿足要求。4滾珠絲杠杠螺母副的計(jì)算與選型（1）最大工作載荷Fm的計(jì)算 在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=3500N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）Fy =3500N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz =3070N。已知移動(dòng)部件總質(zhì)量G=1310N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K為1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)為0.005.求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm=KFx+(Fz

9、+Fy+G)=1.13500+0.005(3070+3500+1310)N3889.4N（2）最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算 設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=500mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=6mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=500/6 r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)L0=75 (單位為：106r)。查表3-30，取載荷系數(shù)fW=1.2，滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0，求得最大動(dòng)載荷： FQ19682.68205N（3）初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-32，選3206-5型滾珠絲杠副

10、，為外循環(huán)插管埋入式單螺母非預(yù)緊，其公稱直徑d0為32mm，導(dǎo)程Ph為6mm，循環(huán)列數(shù)CM為2X2.5，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為24373N，大于FQ滿足要求。（4）傳動(dòng)效率的計(jì)算 將公稱直徑d0=32mm，導(dǎo)程Ph=6mm，代入=arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=3°25。將摩擦角=10，代入=tan/tan(+)，得傳動(dòng)效率=96.3375229%。（5）剛度的驗(yàn)算1）X-Y 工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支撐均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支撐的中心距離約為a=800mm；鋼的彈性模量E=2.1×105MP

11、a；查表3-32，得滾珠直徑DW=3.969mm，絲杠底徑d2=27.2mm，絲杠截面積S= d22/4=581.0689772mm2。忽略式（3-25）中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量：1=Fma/(ES)= 3889.4×800/(2.1×105×581.0689772)0.025499144mm。2）根據(jù)公式Z=(d0/DW) ，求得單圈滾珠數(shù)Z=26；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為2X2.5，代入公式：Z= Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z=130。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FYJ =Fm/3=1

12、296.466667N。根據(jù)公式（3-27），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形20.002458760585mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力,且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減少一半，取2=0.001229380293mm。3)將以上算出的1和2代入總=1+2，求得絲杠總變形量(對(duì)應(yīng)跨度800mm)總=0.026728524mm=26.728524m。本例中，絲杠的有效行程為466mm，由表3-27知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在400500mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到27m，可見絲杠剛度足夠。（6）壓桿穩(wěn)定性校核 根據(jù)公式（3-28）計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷FK。查表3-34，取支承系數(shù)fk為1，由絲杠底

13、徑d2=27.2 mm，求得截面慣性矩I=26868.62951。壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值800mm。代入（3-28），得臨界載荷FK=29004.36263 N >Fm,故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選滾珠絲杠滿足要求。5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（1）、計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩情況不同，負(fù)載慣量只能由已計(jì)算精確地得到。由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有運(yùn)動(dòng)部件，無論是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是直線運(yùn)動(dòng)部件，都成為電動(dòng)機(jī)的負(fù)載慣量，總的慣量以通過計(jì)算各個(gè)被驅(qū)動(dòng)部件的慣量，并以一定規(guī)律將其加起來即可。滾珠絲杠的公稱直徑d0=32mm，

14、總長L=800mm，導(dǎo)程Ph=6mm，材料密度=7.8510-3kg/;移動(dòng)部件總重力G=1310N；查表4-1可知： 圓柱體慣量，當(dāng)圓柱體圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，其慣量：J1=6.464864867 kg·cm2 沿直線軸移動(dòng)物體的慣量： J2=1.218955873 kg·cm2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG2602,由常州市德利來電器有限公司生產(chǎn)，五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為0.75°，從表查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0=15kg·cm2。 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： Jeq = J1 +J2 +J0。其中J0為初選電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為

15、15 kg·cm2。 代入數(shù)據(jù)得： Jeq=22.68380454 kg·cm2（2）、計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq 分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式（4-8）可知，包括三部分;一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式（4-12）可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：=+T0 （6-13）根據(jù)式（4-9），考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算空載起動(dòng)

16、時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩：= (6-14)其中： =833.33333333r/min (6-15)式中空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為2000mm/min；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.75；脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間T=0.4s，傳動(dòng)鏈總效率。則由式(6-14)求得：=0.706976921 Nm由式知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 式中導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005垂直方向的銑削力，空載時(shí)取0傳動(dòng)鏈效率，取0.7最后由式（6-16）,得： =0.008935413234 Nm 最后由式（6-13）求得快速空載起

17、動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： =+=0.715912334 Nm (6-17)2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式（4-13）可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： =+ （6-18）其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式（4-14）計(jì)算。本次設(shè)計(jì)任務(wù)中對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷FX=3500 N，則有： Tt=4.774648293 N再由式（4-10）計(jì)算垂

18、直方向承受最大工作負(fù)載（Fz=3070 N）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： Tf=0.029875656 N最后由式（6-18），求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： =+=4.804523949 N·m （6-19）最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Teq =maxTeq1,Teq2=4.804523949N·m（3）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取K=4,

19、則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：=3×0.9435=19.2180958 N.m初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG2602，由表查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=20Nm。可見，滿足要求。（4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=500mm/min，脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為fmaxf=【500/（60X0.005）】Hz=1666.66667 Hz 。 從110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性表（4-7）可以看出在1000Hz頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=15.0 Nm，在2000Hz頻率下，=14 N

20、m，所以在頻率1666.66667Hz下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=4.804523949 Nm，滿足要求。2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=2000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率fmax=【2000/（60X0.005）】Hz=6666.666667 Hz。從110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性表（4-7）可以看出在6000Hz頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=10.0 Nm，在8000Hz頻率下，=8 Nm，所以在6666.666667 Hz頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.715912334 Nm，滿足要求。3）最快空載

21、移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度=2000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為fmax=6666.666667 Hz。從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性表（4-7）可以看出在110BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)6666.66667，可見沒有超出上限。4）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=22.68380454 kg·cm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=15 Nm，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq=1800Hz（查表4-5）。由式（4-17）可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：fL=1135.640215 Hz上述說明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任

22、何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于1135.640215 Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100 Hz。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。6、增量式螺旋編碼器的選用本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式螺旋編碼器，用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。增量式螺旋編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為0.75°，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出480個(gè)步進(jìn)脈沖?？紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，因此，編碼器的分辨

23、力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。本任務(wù)中選擇編碼器的型號(hào)為ZLK-A-120-05VO-10-H:盤狀空心型，孔徑10 mm，與電動(dòng)機(jī)尾部出軸匹配，電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出120個(gè)A/B脈沖，信號(hào)為電壓輸出。四、工作臺(tái)機(jī)械裝配圖的繪制在完成直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，滾珠絲杠螺母副，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以及編碼器的計(jì)算與選型后，就可以著手繪制工作臺(tái)的機(jī)械裝配圖了。七、 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖5.1所示。伺服電動(dòng)機(jī)工作臺(tái)滾珠絲杠圖5.1 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖八、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)原理框圖如圖6.1所示。 圖6.1 控制系統(tǒng)

24、原理框圖 六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 本例中X、Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為110BYG2602型。查表4-14，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓100VAC，相電流4A ,分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的連線方式如圖6-25所示。 目 錄第一章 概述1第二章 課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)2第三章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟3.1 程序流程圖及分析3 3.2 開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制模塊功能分析；及注意事項(xiàng)43.3 編程思路與獨(dú)特設(shè)計(jì)53.4 控制軟件與顯示屏的分工63.5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)83.6 其他編程中發(fā)現(xiàn)和解決的問題10第四章 調(diào)試手段、過程及結(jié)果說明11第五章 課設(shè)總結(jié).12第一章 概述PLC是一種

25、數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。單軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制，要求可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定最少三段多行程的控制工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)；可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)；人機(jī)界面設(shè)計(jì)有相應(yīng)操作手段（左右按鈕、手動(dòng)自動(dòng)切換按鈕、回原點(diǎn)等），有當(dāng)前位置實(shí)時(shí)顯示（動(dòng)畫）人機(jī)界面設(shè)計(jì)有相應(yīng)輸入界面。1第二章 課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)要求：1要求可以實(shí)現(xiàn)設(shè)

26、定最少三段多行程的控制工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)，且具有回原點(diǎn)功能2. 要求可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)3人機(jī)界面設(shè)計(jì)有相應(yīng)操作手段（左右按鈕、手動(dòng)自動(dòng)切換按鈕、回原點(diǎn)等），有當(dāng)前位置實(shí)時(shí)顯示（動(dòng)畫）人機(jī)界面設(shè)計(jì)有相應(yīng)輸入界面。2.2 課程設(shè)計(jì)目的及要求：1完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方案規(guī)劃與硬件選型。2完成控制軟件編程與調(diào)試。3完成人機(jī)界面規(guī)劃與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在線仿真。4完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)說明書編寫：含接線原理圖，程序流程圖，人機(jī)界面說明及設(shè)計(jì)說明書 。2第三章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟3.1程序流程圖及分析： 實(shí)驗(yàn)要求分別實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）在自動(dòng)循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)三段進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并返回原點(diǎn)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)；（2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)和手

27、動(dòng)控制的功能；（3）在手動(dòng)控制下，利用人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)左行和右行功能，并具有回原點(diǎn)的功能；（4）在手動(dòng)和自動(dòng)控制下，能夠利用人機(jī)界面輸入脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的功能；（5）通過人機(jī)界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；33.2開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制模塊功能分析及注意事項(xiàng) ： 通過主程序調(diào)用子程序以實(shí)現(xiàn)各種功能，子程序如下：包絡(luò)1，包絡(luò)2，包絡(luò)3，回程包絡(luò)，自動(dòng)循環(huán)，手動(dòng)控制，手動(dòng)向右，手動(dòng)向左，脈沖計(jì)數(shù)，回原點(diǎn)，回原點(diǎn)2。脈沖計(jì)數(shù)，記錄當(dāng)前所走的脈沖數(shù)43.3控制軟件與顯示屏的分工 以V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6為主要編程軟件，編寫單軸運(yùn)動(dòng)控制程序，另用PanelMaster，設(shè)計(jì)人機(jī)界

28、面來實(shí)現(xiàn)顯示控制功能。53.4編程思路與獨(dú)特設(shè)計(jì)：下面是主程序，網(wǎng)絡(luò)2將高速脈沖計(jì)數(shù)器HC0賦予VD100，網(wǎng)絡(luò)4與網(wǎng)絡(luò)5通過I0.2 來控制工作臺(tái)的自動(dòng)循環(huán)和手動(dòng)控制，網(wǎng)絡(luò)6網(wǎng)絡(luò)7和網(wǎng)絡(luò)8通過位存儲(chǔ)器M0.7控制工作臺(tái)回原點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)9和網(wǎng)絡(luò)10 完成設(shè)定值輸入功能。673.5人機(jī)界面設(shè)計(jì)： 如上圖，人機(jī)界面共有3個(gè)按鈕，分別為控制工作臺(tái)回原點(diǎn)、左行、右行；3個(gè)狀態(tài)顯示燈，分別為控制工作臺(tái)手動(dòng)自動(dòng)顯示燈、啟動(dòng)顯示燈、緩?fù)ｏ@示燈；用柱狀圖實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)位置。83.6其他編程中發(fā)現(xiàn)和解決的問題 （1）問題:高速計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)的使用 解決方案：正確查表，查得加計(jì)數(shù)2#10011000對(duì)應(yīng)的16#98和減計(jì)數(shù)2#10010000對(duì)應(yīng)的