數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目錄前言2TOC\o"1-5"\h\z1、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)概述2.1.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述21.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類(lèi)31.3伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求31.4主要設(shè)計(jì)任務(wù)3.2.1確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程32.2確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷32.3預(yù)期額定動(dòng)載荷42.4確定允許的最小螺紋底徑62.5確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)72.6確定滾珠絲杠副預(yù)緊力72.7行程補(bǔ)償值與與拉伸力72.8確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號(hào)、規(guī)格82.9滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)82.10電機(jī)選擇9.2.11傳動(dòng)系統(tǒng)剛度112.12剛度驗(yàn)算及精度選擇122.13驗(yàn)算臨界壓縮載荷132.14驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速1.33、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)14控制部分的要求及硬件的選擇14PLC組成及工作原理14變頻器工作原理15編碼器工作原理16順序功能圖及硬件接線(xiàn)圖17PLC程序計(jì)算公式18HYPERLINK\h\zaam當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)膎升到n時(shí)：122兀(n—n)r二j€1——a60ta當(dāng)電機(jī)從靜止升至n時(shí)：max2兀nT—J€maxam60ta式中t-加速時(shí)間?(3-4)tamt-電機(jī)時(shí)間常數(shù)查得t=4.91msmmt取3.5tam求得T=12.54(N?M)aT=18.4(N?M)am電機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N?M)T—T+(T+T+T+T)i+TramfpbfeT=31.1r電機(jī)連續(xù)工作最大轉(zhuǎn)矩(N?M)T—(T+T+T+T)i+TmfpbfeT=12.7m6）確定電機(jī)aa代入得代入得我們選用120MB150A-001000交流伺服電機(jī)T=42.97>31.1rT=14.32>12.7m2.11傳動(dòng)系統(tǒng)剛度(1)絲杠抗壓剛度絲杠最小抗壓剛度K=6.6厶X10sminK:最小抗壓剛度N/msmind:絲杠底徑2L:固定支承距離1K=200N/msmin絲杠最大抗壓剛度K=6.6X10smaxK:最大抗壓剛度N/msmaxK=2600N/msmax支承軸承組合剛度由樣本查出一對(duì)預(yù)緊760306TN1軸承K=740N/mBO支承軸承組合剛度K=2KbBOK=1480N/mbK:支承軸承組合剛度N/mb滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度aa代入得代入得aa代入得代入得K=KCC(oFc1)3代入得代入得K:滾珠和滾道的接觸剛度N/"mCK:查樣本上的剛度N/mCF:滾珠絲杠副預(yù)緊力NPC:額定動(dòng)載荷Na由樣本查得：K=1410N/由樣本查得：K=1410N/Cm；C=34500N；aF=4300NP得K=1517N/mC2.12剛度驗(yàn)算及精度選擇TOC\o"1-5"\h\z已知W=830N，=0.2F166N0=F:靜摩擦力N0:靜摩擦系數(shù)W:正壓力N驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度KminK:傳動(dòng)系統(tǒng)剛度Nmin已知反向差值或重復(fù)定位精度為6K=200>44.3min傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差=0.8m確定精度V:任意300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量對(duì)半閉環(huán)系統(tǒng)言,300pVW0.8X定位精度-300p定位精度為12m/300代入得代入得V8.8“m300p絲杠精度取為2級(jí)=8mV8.8300p確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)已確定的型號(hào)：FFZD公稱(chēng)直徑：32導(dǎo)程：10P類(lèi)2級(jí)精度FFZD4010-3-P2.13驗(yàn)算臨界壓縮載荷d4F，kk2X105€Fc12lc2MAX1k=1k，4i322.14驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速n=fX10cn:臨界轉(zhuǎn)速r/mincf:與支承形式有關(guān)的系數(shù):絲杠底徑mm:臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度mmf=21.9由樣本得d=3225721>n=1500max2.15驗(yàn)算：D=DnnpwmaxD:滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑mmpwn:滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速r/minmaxD~41.4mmpwn=1500r/minmax41280V700003、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分的要求及硬件的選擇本次課程設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)PLC與交流電機(jī)、變頻器、編碼器接線(xiàn)圖，并實(shí)現(xiàn)加速-勻速-減速的速度曲線(xiàn)，可正反轉(zhuǎn)。PLC組成及工作原理PLC的硬件主要由CPU模塊、I/O端口組成。中央處理單兀CPU是PLC的核心，它是運(yùn)算、控制中心，將完成以下任務(wù)：接受并存儲(chǔ)用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)。診斷工作狀態(tài)。接受輸入信號(hào)，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái)。讀取用戶(hù)程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的各種操作。PLC中的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ)器I/O接口模塊的作用是將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)裝置與CPU模塊連接起來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量I/O接口模塊、模擬量I/O接口模塊、智能I/O接口模塊以及外設(shè)通訊接口模塊等。PLC工作過(guò)程一般可分為輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段。PLC按順序采樣所有輸入信號(hào)并讀入到輸入映像寄存器中存儲(chǔ)，在PLC執(zhí)行程序時(shí)被使用，通過(guò)對(duì)當(dāng)前輸入輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，再將其結(jié)果寫(xiě)入輸出映像寄存器中保存，當(dāng)PLC刷新輸出鎖存器時(shí)被用作驅(qū)動(dòng)用戶(hù)設(shè)備，至此完成一個(gè)掃描周期。PLC的掃描周期一般在100毫秒以?xún)?nèi)。PLC程序的易修改性，可靠性，通用性，易擴(kuò)展性，易維護(hù)性可和計(jì)算機(jī)程序相媲美，再加上其體積小，重量輕，安裝調(diào)試方便，使其設(shè)計(jì)加工周期大為縮短，維修也方便，還可重復(fù)利用。本次課程設(shè)計(jì)PLC選型為S7-200如圖3-1

?MM1u?VU”P(pán)JQ1CJM怙9.7IV1,-J9<5(S??OcS(Si(S(S?r.1kJT.}1.1LTlA1J*VL*jll*呂*?”如力孕J,W$#ML|注呎b臼70卡0方$枷?B*1$?TJ101*0000000000000000000000000000nwwwwwwJiYMnwwwwwwJiYM圖3TPLC3.3變頻器工作原理主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi)：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路整流器?大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。平波回路?在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量,可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。逆變器?同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率,以所確定的時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形?？刂齐娐肥墙o異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測(cè)電路：以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器（tg、plg等）的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞本次課程設(shè)計(jì)中選用的是3G3MZ變頻器并配置3G3AZ-CT01擴(kuò)展PG卡如圖3-2圖3-2變頻器3.4編碼器工作原理由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線(xiàn)，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)是在玻璃上沉積很薄的刻線(xiàn)，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤(pán)直接以通和不通刻線(xiàn)，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤(pán)是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率一編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線(xiàn)稱(chēng)為分辨率，也稱(chēng)解析分度、或直接稱(chēng)多少線(xiàn)，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用1024分辨率PNP型集電極編碼器圖3-3編碼器3.5順序功能圖及硬件接線(xiàn)圖根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求可以畫(huà)出順序功能圖，如圖3-4圖3-4代入得代入得根據(jù)所給定的硬件進(jìn)行硬件接線(xiàn)，如圖3-5代入得代入得代入得代入得mi鶴抽器1131>S2.咖￥5L2S-?；疪sT代入得代入得代入得代入得3-5硬件接線(xiàn)圖3.6PLC程序計(jì)算公式設(shè)Vl=3000mm/mina為10mm/s勻速運(yùn)行時(shí)間為10sVmax=8000mm/min3-6運(yùn)行速度圖D€320003-6運(yùn)行速度圖D€32000maxvt=i=5sa脈沖當(dāng)量0.01mm偽加速減速時(shí)間maxV€DV11max=12000D加速變勻速時(shí)的數(shù)字脈沖量1AD=D1=240AD為每個(gè)脈沖所累加值L100ms

3.7PLC程序梯形圖網(wǎng)絡(luò)1VW1D0B零代入得代入得代入得代入得SM0.1MOV_WENENO0-INOUT-W100代入得代入得M0.4M0.4M0.5M0.4*I—I_C)Q0.2J§)1代入得代入得網(wǎng)絡(luò)9M0.5T40J1INTON11M0.61-PT100msM0.7圖3-7梯形圖代入得代入得結(jié)束語(yǔ)為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，應(yīng)該說(shuō)對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(jì)以及PLC控制方面還是有不小的收獲。在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，完成了主軸的參數(shù)設(shè)計(jì)，以及用PLC控制交流電機(jī)的加減速正反轉(zhuǎn)程序。當(dāng)然編寫(xiě)