機械電子工程課程設(shè)計機電Z陸偉

1、JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY課程設(shè)計與綜合訓(xùn)練說明書伺服驅(qū)動系統(tǒng)與數(shù)控圓弧直線插補程序設(shè)計學(xué)院名稱：機械工程學(xué)院專 業(yè)：機械電子工程 班 級：12機電1Z 姓 名：陸偉 指導(dǎo)老師姓名：朱巧榮 2016年1月課程設(shè)計與綜合訓(xùn)練任務(wù)書題目設(shè)計題目：伺服驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計（順圓?。┎逖a程序設(shè)計（微機插卡）訓(xùn)練題目：連接電路和機床進給電機驅(qū)動器實現(xiàn)第四象限順圓弧插補加工主要設(shè)計參數(shù)及要求主要設(shè)計參數(shù)： 走刀長度：90mm X絲杠導(dǎo)程：8mm Z絲杠導(dǎo)程：10mm 脈沖當(dāng)量：5 步距角：0.6 最大進給速度：40r/min 等效慣量：800 空啟動時間：8

2、0ms X向拖板質(zhì)量：150NZ向拖板質(zhì)量：400N 主切削力Fz：1200N 吃刀抗力Fy：900N 走刀抗力Fx：400N設(shè)計要求： 選擇電機型號、繪出接口電路、編制程序。設(shè)計內(nèi)容及工作量課程設(shè)計內(nèi)容及工作量（三周）：（1）根據(jù)給定任務(wù)參數(shù)選擇傳動比、步進電機型號，設(shè)計并繪制伺服傳動系統(tǒng)；（2）使用繪圖工具繪制微控制器接線圖一張；（3）編制插補程序。綜合訓(xùn)練內(nèi)容及工作量（三周）：（1）利用設(shè)備及元氣件制作微控制器及其接口控制電路；（2）調(diào)試所編制插補程序；主要參考文獻1楊龍興編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計實驗指導(dǎo)書. 校印版.2006.2鐘肇新，彭侃編.可編程控制器原理及應(yīng)用M. 廣州:華南理工大

3、學(xué)出版社,1999.3黃平、朱文堅編.機械設(shè)計教程M. 北京: 清華大學(xué)出版社.課程設(shè)計題目:伺服驅(qū)動系統(tǒng)與數(shù)控圓弧直線插補程序設(shè)計綜合訓(xùn)練題目:連接電路和機床進給電機驅(qū)動器實現(xiàn)第四象限順圓弧插補加工摘要：通過對插卡的學(xué)習(xí)進行了為期三周的課程設(shè)計，本次課程設(shè)計是以第四象順圓弧插補為例。插卡在工業(yè)控制應(yīng)用非常廣泛，主要是因為其穩(wěn)定可靠。本設(shè)計即根據(jù)自制的車數(shù)控平臺（雙軸平臺），通過插補運算， 利用插卡發(fā)出脈沖，從而控制伺服電機的運行，按照插補程序畫出軌跡。從而初步掌握伺服電機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，仿真數(shù)控車加工平臺加工零件的加工軌跡。關(guān)鍵詞： AMPCI-9102；伺服電機; 插補;目 錄第一章

4、機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計題目 1 1.1 課程設(shè)計綜合訓(xùn)練對象及內(nèi)容1 1.2課程設(shè)計綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求2第2章 機械電子工程綜合訓(xùn)練題目 3 2.1系統(tǒng)設(shè)計方案3 2.2伺服電機的選擇和齒輪傳動比計算 3 2.2.1傳動比計算機和伺服電機的選擇 32.3聯(lián)軸器的選擇 82.4軸承的選擇82.5鍵的選擇 92.6齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇 92.7絲杠的選擇與計算 92.7.1設(shè)計X方向的滾珠絲杠滾珠螺母機構(gòu) 92.7.2絲杠的計算及選擇 102.7.3設(shè)計Z方向的滾珠絲杠滾珠螺母機構(gòu) 122.7.4絲杠的選擇及計算 132.8開環(huán)控制系統(tǒng)介紹說明 142.9設(shè)計電路152.10 設(shè)計VB插補程序

5、152.11程序運行 20參考文獻 21附錄 22第1章 機械電子工程課程設(shè)計題機械電子工程專業(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。整個過程應(yīng)該能實現(xiàn)對理論教學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)用目的。所以，本次課程設(shè)計涉及了機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、電氣控制與插卡、數(shù)控機床與編程技術(shù)、機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)等多門機電課程知識，從機電系統(tǒng)及其電氣原理圖的設(shè)計與繪制，到動手制作控制電路及調(diào)試，對這些課程的諸多知識點在機電系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用進行了簡單的闡述。1.1 本次課程設(shè)計綜合訓(xùn)練對象及內(nèi)容本次設(shè)計任務(wù)是根據(jù)實驗室的模擬數(shù)控平臺，進行伺服傳動系統(tǒng)

6、設(shè)計及圖形繪制、微控制器（微機插卡）的接口電路設(shè)計、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)計方法（半閉環(huán)），完成數(shù)控車加工平臺伺服系統(tǒng)零件的加工。本次設(shè)計和訓(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)，使用AUTOCAD繪制數(shù)控系統(tǒng)傳動圖形，選擇系統(tǒng)所用伺服電機、計算系統(tǒng)減速器傳動比； (2)控制電路接線圖；(3)利用元氣件制作微控制器及其接口控制電路；(4)編制和調(diào)試程序；(5)編制說明書。1.2 課程設(shè)計綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求 課程設(shè)計綜合訓(xùn)練任務(wù)書及其格式見附錄，其主要內(nèi)容有：設(shè)計訓(xùn)練題：分別給出課程設(shè)計和綜合訓(xùn)練的題目，如課程設(shè)計的題目為“步進驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)控直線插

7、補單片機程序設(shè)計”，綜合訓(xùn)練的題目為“連接自制電路和機床進給電機驅(qū)動器實現(xiàn)第一象限直線插補加工”。主要設(shè)計參數(shù)及要求：可以給出具體的設(shè)計參數(shù)，如絲杠導(dǎo)程p、伺服電機步距角、加工線型及走刀長度、脈沖當(dāng)量p、電機和折算到電機軸上等效轉(zhuǎn)動慣量（Jm+Je）、空載啟動時間t、最大進給速度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)；要求如選擇電機型號、制作接口電路、編制程序，使其能進行兩方向伺服驅(qū)動加工出所需要的零件等。3、設(shè)計內(nèi)容及工作量：如課程設(shè)計內(nèi)容要求“根據(jù)給定的任務(wù)參數(shù)，計算齒輪箱傳動比，選擇驅(qū)動中使用的伺服電機，使用AUTOCAD繪制數(shù)控系統(tǒng)傳動圖形；

8、使用AUTOCAD繪圖工具繪制微控制器接線圖?！?；綜合訓(xùn)練內(nèi)容要求“利用元氣件制作微控制器及其接口控制電路；編制和調(diào)試程序，；編制課程設(shè)計和綜合訓(xùn)練說明書?！痹O(shè)計具體任務(wù)書由指導(dǎo)老師下達， 要求每個學(xué)生完成的內(nèi)容：(1)根據(jù)給定的脈沖當(dāng)量選擇傳動比、電機后，設(shè)計并繪制伺服傳動系統(tǒng)AutoCAD傳動圖一張；（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，編程和調(diào)試程序；（4）課程設(shè)計綜合訓(xùn)練說明書1份：60008000字。第2章 機械電子工程綜合訓(xùn)練題2.1系統(tǒng)方案設(shè)計在機電一體化產(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)

9、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)計實質(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)的具體實現(xiàn)方案。圖2-1電機主要參數(shù)2.2 伺服電機的選擇和齒輪傳動比的計算系統(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。總體設(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。當(dāng)伺服系統(tǒng)的負(fù)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)設(shè)計，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能。2.2.1傳動比計算機

10、和伺服電機的選擇1.選精度等級、材料及齒數(shù)1） 材料及熱處理；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。2） 精度等級選用7級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù)z120，大齒輪齒數(shù)z254的；傳動比為2.7.2.按齒面接觸強度設(shè)計按公式計算，即 （2-1）（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（2） 試選1.3（3）由機械設(shè)計書表107選取尺寬系數(shù)d1（3） 由機械設(shè)計書表106查得材料的彈性影響系數(shù)189.8Mpa（5）由機械設(shè)計書圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim1600MPa；大齒輪的解除疲勞強

11、度極限Hlim2550MPa；（6）由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（6）由機械設(shè)計書圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.90；0.95（7）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式（1012）得H10.90×600MPa540MPaH20.95×550MPa522.5MPa （2-2）（8）計算圓周速度（9）計算齒寬b及模數(shù)（10）計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1；根據(jù)v=0.51m/s,7級精度，由機械設(shè)計書圖108查得動載系數(shù)=0.9；直齒輪由機械設(shè)計書表103查得= =1.2；由機械設(shè)計書表104用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.

12、310 由，=1.310查機械設(shè)計圖10-13得。 故載荷系數(shù)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得（11）計算模數(shù)3. 按齒根彎曲強度設(shè)計 由式 （2-3）確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù)（2） 由機械設(shè)計圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限（3） 由機械設(shè)計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，(4)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力； 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，有(5)查取齒型系數(shù)由表105查得Yfa1=2.80；Yfa2=2.30（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Ysa1=1.55；Ysa2=1.71(7)計算大、小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大。(8

13、)設(shè)計計算對比計算結(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)0.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=0.8mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=15.19mm，算出小齒輪齒數(shù):大齒輪齒數(shù) 4.幾何尺寸計算（1）計算中心距2）計算大、小齒輪的分度圓直徑（3）計算齒輪寬度2.3 聯(lián)軸器選擇根據(jù)電機尺寸選擇聯(lián)軸器為彈性套柱銷聯(lián)軸器TL2，聯(lián)軸器尺寸如下表所示：表2-1聯(lián)軸器型號額定轉(zhuǎn)矩Tn（N.m）許用轉(zhuǎn)速n（r/min）軸孔直徑d/mm軸孔長度D/m

14、mD2*/mmML1L2ST27.41200016353018M41113 2.4軸承選擇假定軸承的壽命(1) X軸方向： （2-4）=2×5660tan20/20=884N試選擇角接觸球軸承7003C型軸承 d=20mm, D=47mm , B=14mmC=11.2KN ， 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7003C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, bhL=47.5192）低速軸：齒輪連接處：圓頭平鍵A型GB1096-79, bhL=8728（2）Z軸方向：1）高速軸：連軸器處：半

15、圓鍵GB/T1099-1979, bhL=47.5192）低速軸：齒輪連接處：圓頭平鍵A型GB1096-79, bhL=87282.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇X方向：d1160mm，所以小齒輪做成實心的。雖然d2160mm，但是大齒輪與絲杠連接，因此不能做成實心的，應(yīng)根據(jù)絲杠來定。Z方向：同理：d1160mm，所以小齒輪做成實心的雖然d2160mm，但是大齒輪與絲杠連接，因此不能做成實心的，應(yīng)根據(jù)絲杠來定。由前面計算得到的傳動比確定減速箱的傳動級數(shù)，一般在3，且總轉(zhuǎn)動量與電機軸上的主動齒輪轉(zhuǎn)動慣量之比5時，考慮采用兩級傳動減速箱，即,采用等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則,傳動比應(yīng)該“前小后大”，也就是的布置方式

16、，最后確定各齒輪模數(shù)、齒數(shù)、厚度及電機軸和絲杠的連接。2.7絲杠的選擇及計算2.7.1設(shè)計X方向的滾珠絲杠螺母機構(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（W1、W2）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（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：FF=u54 N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 ； Y方向軸向工作載荷 N ； 導(dǎo)軌與工作臺滑板

17、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0.050.2 ； W1X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：F=600+54=654N 2.7.2絲杠設(shè)計計算及選擇一設(shè)計X方向的滾珠絲杠螺母機構(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（W1、W2）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（W1、W2）和Z方向的軸向載

18、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 ； Y方向軸向工作載荷 N ； 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0.050.2 ； W1X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：當(dāng)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

19、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。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， 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推算最大動載荷Ca，由機械設(shè)計可知 （2-5）或 式中 Ca最大（基本）額定動載荷（N），其值查附表5 計算額定動載荷F絲杠所受總的軸向工作載荷（N）L10基本額定壽

20、命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）（1）、按額定靜載荷選擇：按F 的原則選擇絲杠：d016mm（2）、按疲勞壽命選擇 =60×n×T/100000060×888.9×15000/1000000=800（百萬轉(zhuǎn)）(3) （硬度系數(shù)）由2表取1.0，（運轉(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）、(2)、(3)，查滾珠絲杠副的表5，根據(jù)導(dǎo)程L04mm 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d016，2.5圈×1列，Ca=6300N，鋼球直徑Dw（d

21、b）=2.381mm,=4°33，精度等級為E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6m，絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8 。由上述計算可知，應(yīng)選d016、基本導(dǎo)程L04mm、基本長度為40cm的滾珠絲杠。2.7.3設(shè)計Z方向的滾珠絲杠螺母機構(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（W1、W2）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（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：F式中 F絲杠所受的總軸向力 N

22、 ； 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 ； Y方向軸向工作載荷 N ； 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0.050.2 ； W1X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：2.7.4絲杠設(shè)計計算及選擇當(dāng)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杠副就會

23、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。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， 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推算最大動載荷Ca，由機械設(shè)計可知 或 式中 Ca最大（基本）額定動載荷（N），其值查附表5 計算額定動載荷F絲杠所受總的軸向工作載荷（N）L10基本額定壽命（以一百萬轉(zhuǎn)為一個單位）L預(yù)期使用壽命（以一百萬轉(zhuǎn)

24、為一個單位）（1）、按額定靜載荷選擇：按F 的原則選擇絲杠：d016mm（2）、按疲勞壽命選擇 =60×n×T/100000060×600×15000/1000000=540（百萬轉(zhuǎn)）(3) （硬度系數(shù)）由2表取1.0，（運轉(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）、(2)、(3)，查滾珠絲杠副的表5，根據(jù)導(dǎo)程L06mm 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d020，2.5圈×1列，Ca=13100N，鋼球直徑Dw（d b）=3.969mm,=5°24，精度等級為

25、E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6m，絲杠大徑表面粗糙度為Ra0.8 。2.8開環(huán)控制系統(tǒng)介紹說明 半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構(gòu)中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)將移動部件的傳動絲杠螺母不包括在環(huán)內(nèi)，所以傳動絲杠螺母機構(gòu)的誤差仍會影響移動部件的位移精度，由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)試維修方便，穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用比較廣泛。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構(gòu)所能達到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構(gòu)，為大多數(shù)

26、中小型數(shù)控機床所采用。圖2-2半閉環(huán)系統(tǒng)圖2.9設(shè)計電路與單片機要求相同，本電路應(yīng)該能實現(xiàn)兩個方向伺服電機的插補進給，和進刀退刀的動作，由于使用晶體管輸出使該快速發(fā)出脈沖的驅(qū)動設(shè)計成為可能。電路接線如圖3-1所示，該驅(qū)動裝置由 AMPCI-9102板、伺服電機驅(qū)動器、開關(guān)電源、伺服電機等組成。圖中所示是驅(qū)動器中含有硬件環(huán)型分配器的驅(qū)動方式，其中使用Y0(Y1)口線接PUL-，提供一定頻率的脈沖信號，驅(qū)動伺服電機按與給定頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速運行，改變脈沖信號的頻率便可以改變伺服電機的轉(zhuǎn)速；Y2(Y3)口線接DIR-，通過高低電平轉(zhuǎn)換改變伺服電機的運行方向，如設(shè)Y2(Y3)高電平為正轉(zhuǎn)，則低電平為反轉(zhuǎn)；

27、PUL+、DIR+、ENA+、開關(guān)電源+24v都連接在一起，其余接線如圖3-1所示。接通電源后，PLC上的LED指示伺服電機得電情況，兩個輸入按鈕分別控制兩個方向的反轉(zhuǎn)后退，點擊輸入按鈕使伺服電機反轉(zhuǎn)后退，若需要兩個方向都能反轉(zhuǎn)后退和前進進給，需再加上兩個向前按鈕。2.10 設(shè)計VB插補程序根據(jù)以前學(xué)過的知識可知，偏差計算是逐點比較法關(guān)鍵的一步，下面以第二象限圓弧為例導(dǎo)出偏差的計算公式。 如圖所示，假定順圓弧SR3的起點為S(XS,YS)，終點E的坐標(biāo)為（xe, ye）。當(dāng)動點在圓弧上或在圓弧外側(cè)區(qū)域時， 應(yīng)+X方向進給一步；當(dāng)動點在圓弧內(nèi)側(cè)區(qū)域時，應(yīng)+Y方向進給一步；當(dāng)時向（+y）軸進給一部

28、，則新的動點坐標(biāo)為：新動點偏差函數(shù)為 當(dāng)時，向（-X）方向進給一步，則新的動點坐標(biāo)為新的動點偏差函數(shù)為圖2-3四個象限圓弧插補偏差計算與進給方向 （1）SR1 NR2 （X軸反向）； SR1 NR4 （Y軸反向）； SR1 SR3 （X軸、Y軸同時反向）； SR1、 NR2、 SR3和NR4這四種線型的偏差計算公式都相同。 NR1 SR2 （X軸反向）； SR1 SR4 （Y軸反向）； SR1 NR3 （X軸、Y軸同時反向）； NR1、 SR2、 NR3和SR4這四種線型的偏差計算公式也都相同。 （2） SR1 NR1 （ X、Y對調(diào)）； NR1 SR1 （ X、Y對調(diào)）； 可見，通過對調(diào)X、

29、Y信號和改變進給方向，各個象限不同走向的圓弧插補運動都可以通過進行第一象限順圓弧的插補計算或第一象限逆圓弧的插補計算來完成。如圖所示，設(shè)要加工圓弧SE，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點，圓弧的起點S（XS,YS）、終點E（XE,YE）,圓弧半徑為R。令瞬時加工點為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。Ri2=Xi2+yi2R2=x02+y02因此可得圓弧偏差判別式如下： Fi=Ri2-R2=xi2+yi2-R2 （2-6）若Fi=0,表明加工點i在圓弧上；Fi>0, 表明加工點i在圓弧外；Fi<0,表明加工點i在圓弧內(nèi)。若Fi0,為逼近圓弧，下一步向+Y軸

30、向進給一步，并算出新的偏差； Fi<0，為逼近圓弧，下一步向-X軸向進給一步，并算出新的偏差.如此一步步計算和一步步進給，在到達終點后停止運算，就可插補出如圖所示第三象限順圓弧。 為簡化計算，下面進一步推導(dǎo)偏差計算的遞推公式。設(shè)加工點正處于i(xi,yi)點，其判別式為 Fi=xi2+yi2-R2 （2-7）若Fi0，應(yīng)沿+Y軸向進給一步，到i+1點，其坐標(biāo)值為 Xi+1=Xi Yi+1=Yi+1 新加工點的偏差為： Fm=Xi+12+Yi+12-R2=xi2+(y-1)-R2=Fi-2Yi+1 (2-8)若Fi<0，應(yīng)沿-X軸向進給一步，到i+1點，其坐標(biāo)值為Xi+1=Xi-1

31、Yi+1=Yi 新加工點的偏差為： Fi=Xi+12+Yi+12-R2=(x-1)+yi2-R2=Fi+2Xi+1 (2-9）根據(jù)式（3-1） 和（3-2）可以看出，只要知道前一點偏差和坐標(biāo)，就可以求出新的一點的偏差。公式中只有乘2運算，計算大為簡化了。由于加工是從圓弧的起點開始的，起點的偏差為0，坐標(biāo)為（x0,y0），所以新的加工點的偏差完全可以用前一加工點的偏差遞推出來。綜上所述，逐點比較的逆圓弧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。（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）進給。根據(jù)判別的結(jié)果，決定控制哪個坐標(biāo)（x或y）移動一步。（3）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 （3-1） 及式 （3-2）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的那一點的偏差是多少。當(dāng)開始加工時，我們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(dāng)然沒有偏差，所以開始加工點的Fi,i=0。 （4）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