步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控第四象限圓插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（可編輯）

1、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控第四象限圓插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 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)控第四象限順圓插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)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)與第四象限順圓插補(bǔ)加工 學(xué) 院: 機(jī) 械 與 汽 車 學(xué) 院 專 業(yè): 機(jī) 械 電 子 工 程 班 級(jí): 09東機(jī)電 姓 名: 黃 欣 學(xué) 號(hào): 09804108指導(dǎo)教師: 楊龍興 設(shè)計(jì)時(shí)間: _2013年1月14日課程設(shè)計(jì)題目:步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控第四象限圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)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)與第四象限順圓插補(bǔ)加工 摘要:本說(shuō)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), 設(shè)計(jì)并繪制出進(jìn)給

2、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。 + 關(guān)鍵詞: 步進(jìn)驅(qū)動(dòng);三菱PLC;圓弧插補(bǔ)課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練任務(wù)書合訓(xùn)練題目課程設(shè)計(jì)綜課程設(shè)計(jì)題目:步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)控第四象限圓弧線插補(bǔ)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)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)第四象限圓弧插補(bǔ)加工主要設(shè)計(jì)參數(shù)及要求主要設(shè)計(jì)參數(shù)(選自附錄1): 走刀長(zhǎng)度mm:50; X絲杠導(dǎo)程mm:4; Z絲杠導(dǎo)程mm:6;脈沖當(dāng)量p um:20 步距角(o):1.5最大進(jìn)給速度V r/min40;等效慣量Jm+Je N/m2:0.08;空啟動(dòng)時(shí)間t ms:80

3、主切削力FzN:1200 吃刀抗力FyN:900走刀抗力FxN:400 X向拖板質(zhì)量N:150Z向拖板質(zhì)量N:400 設(shè)計(jì)要求: 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設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量(三周): (1)根據(jù)給定任務(wù)參數(shù)選擇傳動(dòng)比、步進(jìn)電機(jī)型號(hào),設(shè)計(jì)并繪制伺服傳動(dòng)系統(tǒng)AutoCAD傳動(dòng)圖一張; (2)使用PROTEL繪圖工具繪制微控制器接線圖一張; (3)編制插補(bǔ)程序。綜合訓(xùn)練內(nèi)容及工作量(兩周): (1)利用設(shè)備及元?dú)饧谱魑⒖刂破骷捌浣涌诳刂齐娐? (2)調(diào)試所編制插補(bǔ)程序; (3)加工出任務(wù)書中要求的零件一只; (4)課程設(shè)計(jì)綜

4、合訓(xùn)練說(shuō)明書1份:60008000字。主要參考文獻(xiàn)1.單片機(jī)(或PLC、插卡)編程控制方面的參考書;2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面的參考書;3.PROTEL繪圖方面的參考書;4.AutoCAD繪圖方面的參考書。 目 錄 概述1 1.1 本次課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練對(duì)象及內(nèi)容 1 1.2 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求 11.3 本次設(shè)計(jì)參數(shù) 2 2 3第二章 機(jī)電伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制 4 2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算 4 4 6 2.2 連軸器的選擇 10 2.3 各齒輪的設(shè)計(jì)11 2.4 軸承的選擇18 2.5 鍵的選擇 19 2.6 絲杠的選擇 22第三章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)第三象限直線PL

5、C插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工 233.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線設(shè)計(jì)243.2 三菱PLC控制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 37參考文獻(xiàn) 3第一章 概述 機(jī)械電子工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì),是對(duì)前階段機(jī)電課程教學(xué)的一次設(shè)計(jì)性的訓(xùn)練過(guò)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(guò)程。整個(gè)過(guò)程應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)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(duì)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)行了簡(jiǎn)單的闡述。 1.1 本次

6、課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練對(duì)象及內(nèi)容 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(kāi)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。 本次設(shè)計(jì)和訓(xùn)練的具體內(nèi)容如下: 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; 2使用PROTEL繪圖工具繪制微控制器接線圖; 3利用元?dú)饧谱魑⒖刂破骷捌浣涌诳刂齐娐? 4編制和調(diào)試程序,加工出任務(wù)書中要求的零件類型; 5編制說(shuō)明書。 1.2 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)

7、書及要求 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及其格式見(jiàn)附錄,其主要內(nèi)容有: 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)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”。 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、加工線型及走刀長(zhǎng)度、脈沖當(dāng)量p、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t、最大進(jìn)給速度V、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(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

8、所需要的零件等。 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?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(shuō)明書?！?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: (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); (2)繪制微控制器電器接線圖一張; (3)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); (4)課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練說(shuō)明書1份:600

9、08000字。 機(jī)電伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)非常重要,是對(duì)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(duì)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。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(kāi)環(huán)控制。一般來(lái)講,開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性不成問(wèn)題,設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮精度方面的要求,通過(guò)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。 在機(jī)電一體化產(chǎn)品中,典型的開(kāi)環(huán)控制位置伺服系統(tǒng)是簡(jiǎn)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-

10、1所示。各種開(kāi)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。 圖2-1 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖 1.執(zhí)行元件的選擇 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(kāi)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。 2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇 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

11、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(jiǎn)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(guò)聯(lián)軸器直接連接,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可獲得較高的速度,但對(duì)步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力要求較高;還可以通過(guò)減速器連接絲杠,通過(guò)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)。 3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對(duì)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(duì)象及其特點(diǎn)來(lái)選擇和設(shè)計(jì)。一般來(lái)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

12、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇。 4.控制系統(tǒng)方案的選擇 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(duì)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(duì)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。 5.本次課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練方案的選擇

13、 對(duì)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。 傳動(dòng)方案選擇帶有降速齒輪箱的絲杠螺母?jìng)鲃?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。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)變換成角位線(或線位移)的電磁裝置,步進(jìn)電機(jī)的角位移量和

14、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(wú)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(HB)。步進(jìn)伺服結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)PWM驅(qū)動(dòng)、

15、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。 1.減速器的傳動(dòng)比計(jì)算: 其中 :表示步進(jìn)電機(jī)步距角,兩個(gè)方向由任務(wù)書給出; :表示絲杠的導(dǎo)程,兩個(gè)方向由任務(wù)書給出; :表示脈沖當(dāng)量,兩個(gè)方向由任務(wù)書給出。 根據(jù)上述公式可以得出減速器傳動(dòng)比的大小。 X向: i1p/(360p)1.5×4/360× Z向: i2p/(360p)1.2×6/360× X方向脈沖個(gè)數(shù):n5000 Z方向脈沖個(gè)數(shù):n5000 2.步進(jìn)電機(jī)所需力矩計(jì)算: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)所需的最大轉(zhuǎn)矩T 的原則,首先計(jì)算電機(jī)所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。作用在

16、步進(jìn)電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可按下面簡(jiǎn)化公式計(jì)算:式中, 為啟動(dòng)加速引起的慣性力矩;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;為加工負(fù)載折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩; 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; 為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; 為折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; 為啟動(dòng)時(shí)的角加速度; 由任務(wù)書中給出; 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; :為絲杠導(dǎo)程,由任務(wù)書中給出; :為拖板重力和主切削力引起絲杠上的摩擦力,拖板重量由任務(wù)書中給出,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(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

17、料,一般為0.050.2左右;: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(guò)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(guò)給定吃刀抗力Fx得到; :為絲杠螺母副的預(yù)緊力,設(shè)取的1/51/3 ; :為伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率,取為0.8 ; :為減速器傳動(dòng)比。0.8,取 0.1 啟動(dòng)時(shí) 52.36rad/m2 Fu:橫向力 Fumg+Fz×u 100+1500×0.1160N 縱向力 Fu mg+Fz×u 100+300+1500×0.1190NFw:橫向力 Fwmg+Fy×u100+1200×0.1130N縱向

18、力 Fwmg+Fx×u300+800×0.1110N Fo:橫向力 FoFw(1/51/3) 2643.3N取Fo40N縱向力 FoFw(1/51/3)2236.7N 取Fo36N 由下式可得: 橫向:(+)×0.7× 縱向: +×0.7× 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:+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: +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:Tx5.9/0.8;0.678/0.30.5 7.3.由啟動(dòng)最大頻率,步距

19、角選取電動(dòng)機(jī): 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(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(jiàn)下圖和表:表2-1電機(jī)主要參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角DEG相電流A保持轉(zhuǎn)矩N.m轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Kg 2重量(kg)外形尺寸110BYG40440.75/1.54.0870008132*112*112 圖2-3 86BYG350BH-0201步進(jìn)電機(jī)尺寸 圖2-4 110BYG404系列型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線圖 由于i3,故采用一級(jí)圓柱齒輪減速

20、器,聯(lián)軸器連接電機(jī)與減速器. 假設(shè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率為0.8 由機(jī)械設(shè)計(jì)表12-8,取10.99,20.98,30.97 則絲杠傳動(dòng)的效率X向電機(jī)各軸輸入輸出轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 Td8N.m I軸輸入轉(zhuǎn)矩 TITd×14.7× II軸輸入轉(zhuǎn)矩 TIITI×2×3×i18×0.98×0.97× I軸輸出轉(zhuǎn)矩 TI8× II軸輸出轉(zhuǎn)矩 TII12.7× 由于i3,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. 假設(shè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的總效率為0.8 由機(jī)械設(shè)計(jì)表12-8,取10.99,20.98,

21、30.97 則絲杠傳動(dòng)的效率Z向電機(jī)各軸輸入輸出轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Td8N.m I軸輸入轉(zhuǎn)矩TI2Td2×18×II軸輸入轉(zhuǎn)矩TI2TI2×2×3×i212.7×0.98× I軸輸出轉(zhuǎn)矩TI27.544× II軸輸出轉(zhuǎn)矩 TII2 12.10×表2-2 輸入輸出分配表 軸號(hào)X向Z向轉(zhuǎn)矩T(N.m)轉(zhuǎn)矩T(N.m)輸入輸出輸入輸出電動(dòng)機(jī)軸88I7.927.847.927.393II12.712.44612.1011.858傳動(dòng)比i1.671.67 2.2圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材

22、料及齒數(shù) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng),7級(jí)精度 材料選擇。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。 選小齒輪齒數(shù)Z120,傳動(dòng)比i1.67,則大齒輪齒數(shù)Z230。 2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算,即 1確定公式內(nèi)的各計(jì)算值試選載荷系數(shù) Kt1.3選取齒寬系數(shù)d1.2材料的彈性影響系數(shù)ZE189.8MPa 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hliml600Mpa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2550Mpa; 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n1.3×1600/360×60350r/min Nl

23、60nljLh60×350×1×12×8×300×159.07 × N2N1/i9.07×× 取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN10.90 KHN20.98計(jì)算疲勞許用應(yīng)力取失效率1%,安全系數(shù)S1 H1 KHN1×Hliml/S0.90×600/1540Mpa H2 KHN2×Hlim2/S0.98×550/1522.5Mpa計(jì)算1)試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入式中較小的值 2.32×12.930.12mm2)計(jì)算圓周速度 m/s3 計(jì)算齒寬 bd×

24、;d1t1.2×4048mm4 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù)mt d1t/Z140/202 mm 齒高h(yuǎn)2.25 mt2.25×24.5 mm根據(jù) V0.45m/s,7級(jí)精度,查得動(dòng)載系數(shù) Kv1.12直齒輪 KHKF1使用系數(shù) KA1用插補(bǔ)法查得7級(jí)精度小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí),KH1.421由b/h8.89 ,KH1.421 ,得 KF1.32;故載荷系數(shù) KKA×Kv×KH×KH1×1.12×1×6 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算得的分度圓直徑, 7 計(jì)算模數(shù)md1/Z132/201.6圓整后取2 3按齒根彎

25、曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)查小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1500MPa,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2 2)取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN10.85,KFN20.88 3 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4 4)計(jì)算載荷系數(shù)KKKA×Kv×KH×KH1×1.12×1×d×d1t1.240mm48mm取B248mmB150mm 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng),7級(jí)精度 材料選擇:選擇小齒輪材料為40Cr,硬度為280HBS; 大齒輪材料為45鋼,硬度為24

26、0HBS, 二者材料硬度差為40HBS。 選小齒輪齒數(shù)Z124,傳動(dòng)比i2,則大齒輪齒數(shù)Z248。 2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 進(jìn)行試算,即 1確定公式內(nèi)的各計(jì)算值試選載荷系數(shù) Kt1.3選取齒寬系數(shù)d1.0查得材料的彈性影響系數(shù)ZE189.8MPa?按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hliml600Mpa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2550Mpa; 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n1.3×1600/360×60350r/min Nl60nljLh60×350×1×12×8×300×159.07 × N2

27、N1/i9.07×× 取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN10.90 KHN20.98計(jì)算疲勞許用應(yīng)力取失效率1%,安全系數(shù)S1 H1 KHN1×Hliml/S0.90×600/1540Mpa H2 KHN2×Hlim2/S0.98×550/1522.5Mpa計(jì)算1)試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入式中較小的值 2.32×12.428.8mm2)計(jì)算圓周速度 m/s計(jì)算齒寬 bd×d1t1.2×4048mm4 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù)mt d1t/Z128.8/201.44 m5 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) V0.45

28、m/s,7級(jí)精度,查得動(dòng)載系數(shù) Kv1.12直齒輪 KHKF1查得使用系數(shù) KA1用插補(bǔ)法查得7級(jí)精度小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí),KH1.421由b/h8.89 ,KH1.421得 KF1.32;故載荷系數(shù) KKA×Kv×KH×KH1×1.12×1×6 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算得的分度圓直徑,得7 計(jì)算模數(shù) md1/Z130.81/201.54圓整后取2 3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1)查小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1500MPa,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2380MPa 2)取彎曲疲勞壽命系

29、數(shù)KFN10.85,KFN20.88 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.44)計(jì)算載荷系數(shù)KKKA×Kv×KH×KH1×1.12×1×d×d1t1.240mm48mm 取B248mmB150mm2.3 聯(lián)軸器選擇 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:型號(hào)額定轉(zhuǎn)矩Tn(N.m)許用轉(zhuǎn)速n(r/min)軸孔直徑d/mm軸孔長(zhǎng)度D/mmD2*/mmA/mm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kgm2質(zhì)量/kgLT216760016328030180.00081.2 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)

30、選手冊(cè)選擇的。2.4軸承選擇 假定軸承的壽命 1 X軸方向: 176.5N 試選擇角接觸球軸承7204C型軸承 d20mm, D47mm , B14mm C11.2KN , <11.2KN 所以所選軸承符合要求 。 Z 軸方向:同上選擇角接觸球軸承7204C型軸承2.5 鍵的選擇(1)X軸方向: 1)高速軸:連軸器處:半圓鍵GB/T1099-1979, bhL47.519 2)低速軸:齒輪連接處:圓頭平鍵A型GB1096-79,bhL8728(2)Z軸方向: 1)高速軸:連軸器處:半圓鍵GB/T1099-1979, bhL47.519 2)低速軸:齒輪連接處:圓頭平鍵A型GB1096-7

31、9,bhL8728 2.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) X方向: d1160mm,所以小齒輪做成實(shí)心的。雖然d2160mm,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(lái)定。 Z方向: 同理:d1160mm,所以小齒輪做成實(shí)心的雖然d2160mm,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(lái)定。 2.7傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖形繪制圖2-5X軸和Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 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)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

32、及電機(jī)軸和絲杠的連接。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)3.1開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 圖3-1為開(kāi)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)是最簡(jiǎn)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(guò)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(duì)實(shí)際位移和速度進(jìn)行測(cè)量,更無(wú)需將所測(cè)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(kāi)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

33、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?定位精度可提高到±0. 0l mm。此外,由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制,開(kāi)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(guò)5m/min。開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代初我國(guó)也曾仿造過(guò)這種開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,但是歐美等國(guó)卻很少采用開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代中期,日本生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)

34、床也改用了直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。 下面以PLC作為微控制器,說(shuō)明電器接線圖和程序的設(shè)計(jì)方法。圖3-1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 3.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì) 一、PLC概述 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(kāi)關(guān)量控制為其特長(zhǎng);也能進(jìn)行連續(xù)過(guò)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(guò)程的綜合自動(dòng)化; 使用方便,編程簡(jiǎn)單,采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言,而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí),因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短,現(xiàn)場(chǎng)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),

35、可靠性強(qiáng),遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。 二、PLC的選型方法 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(lái)選擇使用plc。 分析被控對(duì)象并提出控制要求 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn),了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合,提出被控對(duì)象對(duì)三菱PLC控制系統(tǒng)的控制要求,確定控制方案,擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。 如何確定三菱PLC的輸入/輸出設(shè)備 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(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)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,

36、以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 三 如何選擇三菱PLC 三菱 PLC選擇包括對(duì)三菱PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇,詳見(jiàn)本章第二節(jié)。 (四)三菱PLC分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)三菱PLC外圍硬件線路 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。 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。 (五)三菱PLC程序設(shè)計(jì) 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(lái)設(shè)計(jì)三菱PLC

37、程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線,逐一編寫實(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(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零,對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù),對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位,對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。2)檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)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,。 2. 程序模

38、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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的信號(hào),并將這些信號(hào)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(chǎng)信號(hào),其簡(jiǎn)單易行,但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過(guò)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。 (六)三菱PLC硬件實(shí)施 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(chǎng)施工。主要內(nèi)容有:1 設(shè)計(jì)控制柜和操

39、作臺(tái)等部分的電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(chǎng)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。 (七)三菱PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過(guò)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(guò)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)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求,則對(duì)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(guò)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。 二、PLC硬件組態(tài)簡(jiǎn)介 在windows“開(kāi)始

40、”項(xiàng)中找到啟動(dòng)程序GX Developer快捷方式,雙擊。 點(diǎn)擊空白頁(yè)新建,PLC系列選擇FXCPU,PLC選擇FX3U(C),然后點(diǎn)擊確定; 系統(tǒng)將自動(dòng)生成工程。圖3-2PLC驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)接線圖 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(duì)

41、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(guò)高低電平轉(zhuǎn)換改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向,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。 電路中+24V電源由PLC提供。硬件的調(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(guò)指導(dǎo)教師檢查同意

42、后再接上電源! 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。 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x、z和脈沖當(dāng)量x、z,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 / x(z)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)剛啟動(dòng)時(shí)的響應(yīng)頻率比較低(100250步/秒),而電機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的

43、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(guò)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))。 根據(jù)以前學(xué)過(guò)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。 如圖所示,假定順圓弧SR1的起點(diǎn)為SXS,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; 當(dāng)動(dòng)點(diǎn)在圓弧內(nèi)側(cè)區(qū)域時(shí),應(yīng)+X方向進(jìn)給

44、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:新動(dòng)點(diǎn)偏差函數(shù)為當(dāng)時(shí),向(+x)方向進(jìn)給一步,則新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為 新的動(dòng)點(diǎn)偏差函數(shù)為圖3-4四個(gè)象限圓弧插補(bǔ)偏差計(jì)算與進(jìn)給方向 (1)SR1 NR2 (X軸反向); SR1 NR4 (Y軸反向); SR1 SR3 (X軸、Y軸同時(shí)反向); SR1、 NR2、 SR3和NR4這四種線型的偏差計(jì)算公式都相同。 NR1 SR2 (X軸反向); SR1 SR4 (Y軸反向); SR1 NR3 (X軸、Y軸同時(shí)反向); NR1、 SR2、 NR3和SR4這四種線型的偏差計(jì)算公式也都相同。 (2) SR1 NR1 ( X、Y對(duì)調(diào)); NR1 SR1 ( X、

45、Y對(duì)調(diào)); 可見(jiàn),通過(guò)對(duì)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(guò)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(lái)完成。 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。Ri2Xi2+yi2R2x02+y02因此可得圓弧偏差判別式如下:FiRi2-R2xi2+yi2-R2若Fi0,表明加工點(diǎn)i在圓弧上; Fi0,表明加工點(diǎn)i在圓弧外; Fi0,表明加工點(diǎn)i在圓弧內(nèi)。若Fi0,為逼近圓弧,下一步向-y軸向進(jìn)給

46、一步,并算出新的偏差; Fi0,為逼近圓弧,下一步向+x軸向進(jìn)給一步,并算出新的偏差。 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。 為簡(jiǎn)化計(jì)算,下面進(jìn)一步推導(dǎo)偏差計(jì)算的遞推公式。 設(shè)加工點(diǎn)正處于ixi,yi點(diǎn),其判別式為 Fixi2+yi2-R2 若Fi0,應(yīng)沿-y軸向進(jìn)給一步,到i-1點(diǎn),其坐標(biāo)值為 Xi+1Xi Yi+1Yi-1 新加工點(diǎn)的偏差為: FmXi+12+Yi+12-R2xi2+yi-12-R2Fi-2Yi+1 2-1 若Fi0,應(yīng)沿+y軸向進(jìn)給一步,到i+1點(diǎn),其坐標(biāo)值為 Xi+1Xi +1 Yi+1Yi 新加工點(diǎn)的偏差為: FiXi+