【正文】 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 課程設(shè)計(jì)題目 : 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控圓弧插補(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)現(xiàn)第二象限逆圓弧插補(bǔ)加工 學(xué)院名稱： 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2021 年 1 月 課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 說明書 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 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 設(shè)計(jì)題目： 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控圓弧插補(bǔ)三菱 PLC 程序設(shè)計(jì) 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)第二象限逆圓弧插補(bǔ)加工 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 走刀長(zhǎng)度 (mm)： 40 X 絲杠導(dǎo)程 (mm)： 4 Z 絲杠導(dǎo)程 (mm)：5 脈沖當(dāng)量 δp (um)： 30 步距角 α （ 186。）： 最大進(jìn)給速度 Vmax (r/min)： 50 等效慣量 (Jm+Je) (N/m178。)： 1000179。 104 空啟動(dòng)時(shí)間 Δt (ms)： 100 主切削力 Fz(N)： 1000 吃 刀 抗 力 Fy(N) ： 800 走 刀 抗 力 Fx （ N ）： 500 X 方向工作臺(tái)滑板及組件重量（ N）： 200 Z 方向工作臺(tái)滑板及組件重量（ N）： 600 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（一周）： （ 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罚? （ 2）調(diào)試所編制插補(bǔ)程序； （ 3）課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練說明書 1 份： 6000～ 8000 字。 主要參考文獻(xiàn) 1． PLC 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． Solidworks 繪圖方面的參考書 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 課程設(shè)計(jì)題目 :步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控圓弧 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)現(xiàn)第二象限逆圓弧插補(bǔ)加工 摘要： 通過對(duì)微控制器 PLC 的學(xué)習(xí)進(jìn)行了為期三周的課程設(shè)計(jì)，本次課程設(shè)計(jì)是以第二象限逆圓弧插補(bǔ)為例。 PLC在工業(yè)控制應(yīng)用非常廣泛，主要是因?yàn)槠浞€(wěn)定可靠。本設(shè)計(jì)即根據(jù)自制的車數(shù)控平臺(tái)（雙軸平臺(tái)），通過插補(bǔ)運(yùn)算， 利用FX3uPLC 發(fā)出脈沖，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，按照插補(bǔ)程序畫出軌跡。從而初步掌握步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，仿真數(shù)控車加工平臺(tái)加工零件的加工軌跡。 關(guān)鍵詞： FX3U64M 。 步 進(jìn)電機(jī) 。 NR2 插補(bǔ) 。 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 目錄 第一章 概 述 ..................................... 5 本次課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練對(duì)象及內(nèi)容 ......................... 5 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求 .......................... 5 第二章 機(jī)電伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制 .................. 7 步進(jìn)電機(jī)的選擇和齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算 ...................... 7 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ..................................... 7 傳動(dòng)比計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的選擇 .......................... 9 圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................ 15 X 向齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................ 15 Z 向齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................ 17 絲杠的選擇 ...........................................19 聯(lián)軸器選擇 ............................................. 24 軸承選擇 ............................................... 24 鍵 ..................................................... 25 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇 ...................................... 25 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖形繪制 ............................... 25 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) ........ 27 開環(huán)控制系統(tǒng) .............................................. 27 三菱 PLC 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ..................................... 28 PLC 插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)概述 .......................................... 30 程序設(shè)計(jì)調(diào)試 ..................................................35 參考文獻(xiàn) ................................................... 43 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 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)行物化的過程。整個(gè)過程應(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，本次課程設(shè)計(jì)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。 本次課程設(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)自制的車數(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)，使用 AUTOCAD 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罚? (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）編制說明書。 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 課程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練任務(wù)書及要求 課程設(shè)計(jì)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(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”。 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α、加工線型及走刀長(zhǎng)度、脈沖當(dāng)量δ 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Δ t、最大進(jìn)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(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等。 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 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，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)并 繪制伺服傳動(dòng)系統(tǒng) AutoCAD 傳動(dòng)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(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)練說明書 1 份： 6000～ 8000 字。 江蘇理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)與綜合訓(xùn)練 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第二章 機(jī)電伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖形繪制 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(jì)時(shí)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(jì)，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 在機(jī)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(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床（本