PLC直線插補(bǔ)課程方案設(shè)計(jì)書

1、封面作者：PanHon glia ng僅供個(gè)人學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)課程給運(yùn)計(jì)馬與動綜統(tǒng)設(shè)計(jì)練綜合訓(xùn)練：數(shù)控第明象書艮直線插補(bǔ) PLC 程序 設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工學(xué)院名稱：專業(yè)：班 級：姓 名：指導(dǎo)老師：2011 年 12 月課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練任務(wù)書題設(shè)計(jì)題目：進(jìn)給運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)訓(xùn)練題目：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)數(shù)控PLC西門子插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)與第三象限直線插 補(bǔ)加工主要設(shè)計(jì)參數(shù)及要求mm900900 mnNmnN o.lnowo.lnow 1rn5F1rn5Fo o : :301301力序刑4 4* *: :加懈杠.顧紐MM緒爲(wèi)吃編給濁N N mm小他口8888最msms廠接融8 80 0亦納曲6 6纟II IIO

2、 O間UBUB一、祐：寸切焉絞角主型巨動幾: :mm J J工000N000N觀數(shù)0 0mm0044000440塢參9 9 5 5 8 8譯X:X:曲、sjw:sjw:期裁刀沖效mm刀卅主走脈等Z Z走設(shè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量札；口0000電張接-8-8進(jìn)一其0000気釦S S及0000:多戔：戢6 6周！|O O周洲你(傳制(微書擇控作；明量選微量制序說作數(shù)制作件程練工參繪。工氣補(bǔ)訓(xùn)史務(wù)具序史元插合粒任工程粒S-S-制綜墟定圖補(bǔ)墟?zhèn)渚幱?jì)吶給繪插訥設(shè)所設(shè)計(jì)據(jù)用制2.32a）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值4)試選=1.3（4）由機(jī)械設(shè)計(jì)書表10-7選取尺寬系數(shù)d=1（4）由機(jī)械設(shè)計(jì)書表10-6查得材料的彈性影

3、響系數(shù)二189.8Mpa4）由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限（THliml=600MPa大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限cHlim2=550MPa4）由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)一級二級（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90;=0.95（7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式（10-12）得cH1= =0.90X600MP豐540MPacH2= =0.95X550MP豐522.5MPab）計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑d1t與d3t。計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬b及模數(shù),計(jì)算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù),7級精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)書圖

4、108查得動載系數(shù) 直齒輪由機(jī)械設(shè)計(jì)書表103查得=1.2；由機(jī)械設(shè)計(jì)書表104用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布 置時(shí)，=1.310。由b/h=8.89，=1.310由書表1013查得=1.27故載荷系數(shù)：按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式(1010a)得d1=mm=24.13mm計(jì)算模數(shù)m3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式mn確定計(jì)算參數(shù)(1)計(jì)算載荷系數(shù)(2)由圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限(T F1=500Mpa查得大齒輪的 彎曲疲勞強(qiáng)度極限(7 F2=380MPa(3)由圖10-18取彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=0.87，=0.9(4)查取齒型系數(shù)由表105查得Yfa

5、1=2.80;Yfa2=2.52;Yfa3=2.80;Yfa4=2.345(5)查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.55;Ysa2=1.625。Ysa3=1.55;Ysa4=1.6796)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力(7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大。(8)設(shè)計(jì)計(jì)算mr對比計(jì)算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì) 算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而 齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算 得模數(shù)0.66并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m仁m2=0.8mm按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=21.33mm d2=1

6、8.75mm算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)4.幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算中心距2)計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑3）計(jì)算齒輪寬度=21mm。=25mm=20mm。=24mm14絲杠的選擇一設(shè)計(jì)X方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) ：1、X方向絲杠受力分析：X、Z方向的工作臺滑板及其組件重量（WWW）以及Z方向的軸向工作載 荷主要由導(dǎo)軌承擔(dān)，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：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（対和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：F= +式中F絲杠所受的總軸向力N; 導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力N；X方向的軸向

7、工作載荷N;丫方向軸向工作載荷N;卩一一導(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 卩二0.050.2;WX方向工作臺滑板及其組件重量N;W2y方向工作臺滑板及組件重量N ;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：2、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)蝕現(xiàn)象，隨著麻點(diǎn)的擴(kuò)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(jì)滾珠絲

8、杠副時(shí)，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(shí)，在它的滾道上由于受滾道的壓力而不至于出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，此 時(shí)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。設(shè)計(jì)在較高速度下長時(shí)間工作的滾珠絲杠副時(shí)，因疲勞點(diǎn)蝕是其主要的破 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(jì)算方法，首先從工作載荷F推算最大 動載荷Ca,由機(jī)械設(shè)計(jì)可知或式中Ca最大（基本）額定動載荷（N）,其值查附表5計(jì)算額定動載荷F絲杠所受總的軸向工作載荷（N）Lio基本額定壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）（1）、按額定靜載荷選擇：按三F的原則選擇絲杠：do=16

9、mm（2）、按疲勞壽命選擇=60XnxT/1000000=60X888.9X15000/1000000=800（百萬轉(zhuǎn)）（3）（硬度系數(shù)）由2表取1.0,（運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)）由表3取1.2,T使用壽命由表4取為15000h由已知條件（1）、（3），查滾珠絲杠副的表5,根據(jù)導(dǎo)程L=4mm和的原則，并參考同類型設(shè)備的實(shí)際情況，得出設(shè)計(jì)選用：外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d=16,2.5圈X1列，Ca=6300N鋼球直徑Dw（db）=2.381mmQ=433，精度等級為E，基本導(dǎo)程極限偏差為土6 11 m,絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8。由上述計(jì)算可知，應(yīng)選d=16、基本導(dǎo)程L=4mm基本長度為40cm的滾珠絲杠

10、設(shè)計(jì)Z方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：1、Z方向絲杠受力分析：X、Z方向的工作臺滑板及其組件重量（W、W）以及X方向的軸向工作載 荷主要由導(dǎo)軌承擔(dān)，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（W、対和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：F= +式中F絲杠所受的總軸向力N; 導(dǎo)軌與工作臺滑板之間的摩擦力N；X方向的軸向工作載荷N;丫方向軸向工作載荷N;卩一一導(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 卩二0.050.2;WiX方向工作臺

11、滑板及其組件重量N;W2y方向工作臺滑板及組件重量N ;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：2、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇當(dāng)滾珠絲杠副承受軸向載荷時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)蝕現(xiàn)象，隨著 麻點(diǎn)的擴(kuò)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(jì)滾珠絲杠副時(shí)，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(shí)，在它的滾道上由于受滾道的壓力而不至于出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，此 時(shí)所能承受的軸向載荷，稱為這種滾珠絲杠副的最大（基

12、本）額定動載荷Ca。設(shè)計(jì)在較高速度下長時(shí)間工作的滾珠絲杠副時(shí)，因疲勞點(diǎn)蝕是其主要的破壞形式， 命選用，并采用與滾動軸承同樣的計(jì)算方法，首先從工作載荷F推算最大 動載荷Ca,由機(jī)械設(shè)計(jì)可知或式中Ca最大（基本）額定動載荷（N）,其值查附表5計(jì)算額定動載荷F絲杠所受總的軸向工作載荷（N）Lio基本額定壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個(gè)單位）（1）、按額定靜載荷選擇：按三F的原則選擇絲杠：do=16mm（2）、按疲勞壽命選擇=60XnxT/1000000=60X600X15000/1000000=540（百萬轉(zhuǎn)）（3）（硬度系數(shù)）由2表取1.0, （運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)）由表3取1.2

13、,T使用壽命由表4取為15000h由已知條件（1）、（3），查滾珠絲杠副的表5,根據(jù)導(dǎo)程L=6mm和 的原則，并參考同類型設(shè)備的實(shí)際情況，得出設(shè)計(jì)選用：外循環(huán)滾珠絲杠，故應(yīng)按疲勞壽公稱直徑d=20,2.5圈X1列，Ca=13100N鋼球直徑Dw（db）=3.969mmQ=524，精度等級為E，基本導(dǎo)程極限偏差為土6 11 m,絲杠大徑表面粗糙度 為Ra0.8。由上述計(jì)算可知，應(yīng)選d=20、基本導(dǎo)程L=6mm基本長度為40cm的滾 珠絲杠。第二章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)第三象限直線PLC插補(bǔ)程序 設(shè)計(jì)和插補(bǔ)加工圖2-1為開環(huán)機(jī)電伺服系統(tǒng)微控制器信號流動原理框圖。開環(huán)系統(tǒng) 是最簡單的進(jìn)給系統(tǒng)，這種系統(tǒng)

14、的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(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)動電路控制和功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)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(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，于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)償和傳動間隙補(bǔ)償?shù)却胧?，定位精度可提高?. 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

15、度也受到 限制，在脈沖當(dāng)量為0.0lmm時(shí)，一般不超過5mmin。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。圖2-1一個(gè)進(jìn)給方向開環(huán)控制示意圖2.1 PLC控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)電器接線圖設(shè)計(jì)圖形接線圖：圖2-2 PLC驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)接線圖2.2三菱PLC空制插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)221逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)根據(jù)已學(xué)的知識可知，偏差計(jì)算是逐點(diǎn)比較法關(guān)鍵的一步，下面以第 一象限直線導(dǎo)出偏差的計(jì)算公式。如圖所示，假定直線0A的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)A的坐標(biāo)為，P為加 工點(diǎn)，如P點(diǎn)正好處于0A的直線上那么下式 成立；即。圖2-3第三相限直線插補(bǔ)示意

16、圖若任意點(diǎn)P在直線0A勺上方（嚴(yán)格地說在直線OAfy軸所成的夾角區(qū)域 內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立： ；即若任意點(diǎn)P在直線0A的下方（嚴(yán)格地說在直線0A與x軸所成的夾角區(qū)域內(nèi)），那么有下述關(guān)系成立；亦即由此可以得偏差判別函數(shù)為當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線上當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線上方；當(dāng)時(shí)，點(diǎn)P落在直線下方；若時(shí)，則向+x軸發(fā)一個(gè)脈沖，刀具從點(diǎn)向x方向前進(jìn)一步，到達(dá)新加工點(diǎn)P,因此新加工點(diǎn)P）的偏差值為：（2-1）如果在某一時(shí)刻,加工點(diǎn)P（xi,yi）的,則向y軸發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖,刀 具從這一點(diǎn)向y方向前進(jìn)一步，新加工點(diǎn)P（，）的偏差值為：即（2-2）根據(jù)5-1和5-2可以看出，新加工點(diǎn)的偏差完全可以用前一加工點(diǎn)

17、的偏差遞推 出來。綜上所述，逐點(diǎn)比較的直線插補(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。（4）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。（5）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）移動一步。（6）運(yùn)算。計(jì)算刀具移動后的新偏差，提供給下一個(gè)判別依據(jù)。根據(jù)式（2-1）及式（2-2）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)

18、的。(7)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)行計(jì)算，并發(fā)出停機(jī)或轉(zhuǎn)換新程 序的信號。根據(jù)式3-1和3-2看出，新加工點(diǎn)的偏差完全可以用前一加工點(diǎn)的偏差遞 推出來。綜上所述，逐點(diǎn)比較的直線插補(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。(1)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。(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)移動一步。(3)運(yùn)算。計(jì)算刀具移動后的新偏差，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

19、 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。(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。逐點(diǎn)比較法第三象限插補(bǔ)程序流程圖如下：圖2-4第三象限插補(bǔ)程序流程圖2.2.2 PLC程序設(shè)計(jì)(8)GX Developer簡介1.雙擊GX Developer圖標(biāo)，打開MELSOF系列編程軟件。2.新建工程3.編程頁面第三章輸入

20、程序5.檢查傳輸設(shè)置情況6. PLC寫入7.梯形圖邏輯測試8.軟元件測試（強(qiáng)制X000與X011閉合，強(qiáng)制X000打開。）三測試完畢程序調(diào)試結(jié)果：強(qiáng)制X000與X011閉合，附初值強(qiáng)制X000打開，使程序開 始運(yùn)行，按照流程圖開始進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。.插補(bǔ)元件說明軟元件軟元件注釋X000啟動X001停止X002復(fù)位X005搖柄X+X006搖柄X-X007搖柄丫+X010搖柄丫-X011緊停X014X左限位X015X右限位X016丫前限位X017丫后限位Y000丫軸脈沖Y001X軸脈沖Y002丫方向Y003X方向Y006啟動指示Y007停止扌曰示2第三象限直線插補(bǔ)的PLC程序參考文獻(xiàn)1趙松年，張奇鵬機(jī)

21、電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，19962汪木蘭.數(shù)控原理與系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20043楊龍興.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書Z .20094楊龍興.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練指導(dǎo)書Z.2007濮良貴,紀(jì)明剛等.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社,20066陸玉，何在州等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有This article in eludes some parts, in cludi ng text,pictures, and desig n. Copyrigh

22、t is Pan Hon glia ngs pers onalown ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律的規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以夕卜，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí)，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人的書面許可，并支付報(bào)酬。Users may use the contents or services of this article for pers onalstudy, research or appreciati on, and other non-commercial or non-profitpurposes, but at the same time, the