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江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第一章 概 述机械电子工程专业的课程设计，是对前阶段机电课程教学的一次设计性的训练过程，其后二周的综合训练则是将课程设计的设计成果进行物化的过程。整个过程应该能实现对理论教学内容的综合应用目的。所以，本指导书涉及了单片机原理及接口技术、机电一体化系统设计、电气控制与PLC、数控机床与编程技术、机械工程测试技术基础等多门机电课程知识，从机电系统及其电气原理图的设计与绘制，到动手制作控制电路及调试，对这些课程的诸多知识点在机电系统中的综合应用进行了简单的阐述。1.1 本次课程设计综合训练对象及内容本次设计任务是根据实验室的模拟数控平台，进行伺服传动系统设计及图形绘制、微控制器（单片机、可编程序控制器PLC、微机插卡）的接口电路设计、控制程序的编写、切削加工调试，初步掌握伺服控制系统的设计方法（可采用开环或闭环），完成数控车加工平台伺服系统零件的加工。本次设计和训练的具体内容如下：(1)根据指导老师给定的任务，绘制数控系统传动图形，选择系统所用步进电机、计算系统减速器传动比； (2)使用PROTEL绘图工具绘制微控制器接线图；(3)利用元气件制作微控制器及其接口控制电路；(4)编制和调试程序，加工出任务书中要求的零件类型；（5）编制说明书。1.2 课程设计综合训练任务书及要求 课程设计综合训练任务书及其格式见附录，其主要内容有：1设计训练题：分别给出课程设计和综合训练的题目，如课程设计的题目为“机电伺服传动系统设计及图形绘制”，综合训练的题目为“连接自制电路和机床进给电机驱动器实现第四象限直线插补加工”。2.主要设计参数及要求：可以给出具体的设计参数，如丝杠导程步进电机步距角、加工线型及走刀长度、脉冲当量、电机和折算到电机轴上等效转动惯量、空载启动时间、最大进给速度、大小拖板质量、主切削力、吃刀抗力、走刀抗力等参数；要求如选择电机型号、制作接口电路、编制程序，使其能进行两方向伺服驱动加工出所需要的零件等。3.设计内容及工作量：如课程设计内容要求“根据给定的任务参数，计算齿轮箱传动比，选择驱动中使用的步进电机，使用AutoCAD绘制数控系统传动图形；使用PROTEL绘图工具绘制微控制器接线图。” ；综合训练内容要求“利用元气件制作微控制器及其接口控制电路；编制和调试程序，加工出任务书中要求的零件类型；编制课程设计和综合训练说明书。”设计具体任务书由指导老师下达，要求每个学生完成的内容：（1）根据给定的脉冲当量选择传动比、电机后，设计伺服传动系统；（2）绘制微控制器电器接线图一张；（3）利用自制数控加工平台，编程插补加工出零件一个；（4）课程设计综合训练说明书1份：60008000字。第二章 机电伺服传动系统设计及图形绘制2.1步进电机的选择和齿轮传动比的计算系统总体设计非常重要，是对一部机器的总体布局和全局的安排。总体设计是否合理将对后面几步的设计产生重大影响，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能和设计质量。所以，在总体设计时应多花时间、考虑清楚，以减少返工现象。当伺服系统的负载不大、精度要求不高时，可采用开环控制。一般来讲，开环伺服系统的稳定性不成问题，设计时主要考虑精度方面的要求，通过合理的结构参数设计，使系统具有良好的动态响应性能。2.1.1 系统方案设计在机电一体化产品中，典型的开环控制位置伺服系统是简易数控机床（本实验室自制数控平台）及X-Y数控工作台等，其结构原理如图2-1所示。各种开环伺服系统在结构原理上大同小异，其方案设计实质上就是在图2-1的基础上选择和确定各构成环节的具体实现方案。 图2-1 开环伺服系统结构原理框图1.执行元件的选择 选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性及体积、成本等多方面要求。开环系统中可采用步进电机、电液脉冲马达等作为执行元件，其中步进电机应用最为广泛，一般情况下优先选用步进电机，当其负载能力不够时，再考虑选用电液脉冲马达等。2.传动机构方案的选择传动机构实质上是执行元件与执行机构以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换为直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂，后者因结构简单、制造容易而广泛使用。在步进电机与丝杠之间运动的传递有多种方式，可将步进电机与丝杠通过联轴器直接连接，其优点是结构简单，可获得较高的速度，但对步进电机的负载能力要求较高；还可以通过减速器连接丝杠，通过减速比的选择配凑脉冲当量、扭矩和惯量；当电动机与丝杠中心距较大时，可采用同步齿形带传动。3.执行机构方案的选择执行机构是伺服系统中的被控对象，是实现实际操作的机构，应根据具体操作对象及其特点来选择和设计。一般来讲，执行机构中都包含有导向机构，执行机构的选择主要是导向机构的选择。4.控制系统方案的选择控制系统方案的选择包括微控制器、步进电机控制方式、驱动电路等的选择。常用的微控制器有单片机、PLC、微机插卡、微机并行口、串行口和下位机等，其中单片机由于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方面的优越性，在伺服系统中得到广泛的应用。步进电机控制方式有硬件环行分配器控制和软件环行分配器控制之分，对多相电机还有X相单X拍、X相2X拍、X相双X拍和细分驱动等控制方式，如三相步进电机有3相单3拍、3相6拍、3相双3拍和细分驱动等控制方式，对于控制电路有单一电压控制、高低压控制、恒流斩波控制、细分控制等电路。5.本次课程设计和综合训练方案的选择对于我们这次的课程设计和综合训练，各种选择不一定与实际自制数控平台完全一致，可以根据任务书中给定的设计要求进行选择。执行元件选用功率步进电机，但步进电机的功率需要通过计算后选定电机的型号（其网址是：/offer/902824170.html）；传动方案选择带有降速齿轮箱的丝杠螺母传动机构，但在已知丝杠导程和步进电机步距角的情况下，必须计算降速齿轮箱传动比、查询丝杠的型号，以满足脉冲当量的要求；执行机构选用拖板导轨；控制系统中微控制器采用单片机、PLC、微机插卡、微机并行口、串行口和下位机通讯控制等方式均可，步进电机控制方式采用带有硬件环行分配器的驱动器，在共地的情况下，给该驱动器提供一路进给脉冲、另一路高（低）电平方向控制电位即可。2.1.2 传动比计算和步进电机的选择步进电动机是一种将脉冲信号变换成角位线（或线位移）的电磁装置，步进电机的角位移量和角速度分别与指令脉冲的数量和频率成正比，在时间上与输入脉冲同步，而且旋转方向决定于脉冲电流的通电顺序。因此只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电顺序，便可控制执行部件位移、速度和运动方向。在无脉冲输入时，在绕组电源激励下机按其输出扭矩的大小，可分为快速步进电动机与功率步进电动机；按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相；按其工作原理可以分为永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）。步进伺服结构简单，符合系统数字化发展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移动速度越低。特别是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。但近年发展起来PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术，使得步进伺服的性能提高到一个新的水平。1.减速器的传动比计算：其中：表示步进电机步距角，两个方向由任务书给出；：表示丝杠的导程，两个方向由任务书给出；：表示脉冲当量，两个方向由任务书给出。根据上述公式可以得出减速器传动比的大小。 X向：Z向：X方向脉冲个数: Z方向脉冲个数: 2.步进电机所需力矩计算：选择步进电机应按照电机额定输出转矩电机所需的最大转矩 的原则，首先计算电机所需的负载转矩。作用在步进电机轴上的总负载转矩T可按下面简化公式计算： 式中，为启动加速引起的惯性力矩；为拖板重力和拖板上其它力折算到电机轴上的当量摩擦力矩；为加工负载折算到电机轴上的负载力矩；为因丝杠预紧引起的力折算到电机轴上的附加摩擦转矩；为电机转动惯量；为折算到电机轴上的等效转动惯量；为启动时的角加速度；由任务书中给出；：由任务中的空载启动时间和最大进给速度计算得到；：为丝杠导程，由任务书中给出；：为拖板重力和主切削力引起丝杠上的摩擦力；，拖板重量由任务书中给出。注意：在计算纵向力时（选择纵向电机），拖板重量为两个拖板的重量之和；在计算横向力（选择横向电机）时，为小拖板重量，钢与钢的摩擦系数可查资料，一般为0.050.2左右；：在选择横向电机时，为工作台上的最大横向载荷，通过给定吃刀抗力得到；在选择纵向电机时，为工作台上的最大纵向载荷，通过给定吃刀抗力得到；：为丝杠螺母副的预紧力，设取的1/5 1/3 ；：为伺服进给系统的总效率，取为0.8 ；：为减速器传动比。启动时 1) ： 横向力 纵向力 2) ： 横向力 纵向力 3) ： 横向力 取 纵向力 取 由上式可得： 横向： 纵向： 启动时为空载，于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为：代入上式计算可得： 在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为： 代入上式计算可得： 计算出的总负载转矩根据驱动方式，选择电机时还需除以一系数，设为X相2X拍驱动方式，则总负载转矩取为： 3.由启动最大频率，步距角选取电动机：根据求出的负载转矩，和给定的步距角，上网查询步进电机型号。步进电机的步距角为，计算得出负载转矩分别为和查得静转矩为，步距角的步进电机型号为110BC380A。由网上查得参数见下图和表：表2-1 电机主要参数电机型号相数电流 电 阻电感 步距角 保持转矩转动惯量 重量尺寸说明L110BC38035.00.3712.50.75/6154 110BC380A36.00.4413.50.75/1.585.08.5 184110BC380B36.00.5613.50.75/1.5106.511204 图2-2 110BC380A步进电机尺寸4.确定齿轮传动(圆柱直齿齿轮减速器)由于，故采用一级圆柱齿轮减速器,联轴器连接电机与减速器。假设伺服进给系统的总效率为0.8，由机械设计表12-8,取，则丝杠传动的效率： X向电机各轴输入输出转矩电动机输出转矩 I轴输入转矩 II轴输入转矩 I轴输出转矩 II轴输出转矩 由于，故采用一级圆柱齿轮减速器,联轴器连接电机与减速器。假设伺服进给系统的总效率为0.8，由机械设计表12-8,取，则丝杠传动的效率： Z向电机各轴输入输出转矩电动机输出转矩 I轴输入转矩 II轴输入转矩 I轴输出转矩 II轴输出转矩 表2-2 输入输出分配表 轴号X向Z向转矩T 转矩T 输入输出输入输出电动机轴7.177.10I7.106.967.036.89II8.448.2713.9013.62传动比1.252.082.2圆柱齿轮减速器的设计计算2.2.1 X向齿轮减速器的设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动，8级精度材料选择。由表选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS； 大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS；二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数，传动比，则大齿轮齿数。2. 按齿面接触疲劳强度设计由设计公式进行试算，即：(1)确定公式内的各计算值试选载荷系数 由前面计算可知小齿轮上的转矩由表选取齿宽系数由表查得材料的弹性影响系数由图按齿面硬度查得，小齿轮的接触疲劳强度极限； 大齿轮的接触疲劳强度极限；计算应力循环次数 由图取接触疲劳寿命系数 ，计算疲劳许用应力取失效率，安全系数，由式（10-12）得 试算小齿轮分度圆直径d1t,带入式中较小的2）计算圆周速度3) 计算齿宽4) 计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 5) 计算载荷系数根据，7级精度，由图查得动载系数直齿轮 由表查得使用系数 由表用插补法查得7级精度小齿轮相对支承对称布置时，由，查图得 ；故载荷系数 6) 按实际的载荷系数校正所计算得的分度圆直径，得 7) 计算模数 圆整后取 (2)按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 确定公式内的各计算数值 1）查小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2）取弯曲疲劳寿命系数， 3) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 4）计算载荷系数 5) 查取齿形系数， 6) 查取应力校正系数， 7) 计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大 （3）设计计算 取 取 取 (4)几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 2）计算中心距 3）计算齿轮宽度 取 2.2.2 Z向齿轮减速器的设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动，7级精度材料选择。由表选择，小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS； 大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS；二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数，传动比，则大齿轮齿数。2. 按齿面接触疲劳强度设计由设计公式(10-9a)进行试算，即：(1)确定公式内的各计算值试选载荷系数 由前面计算可知小齿轮上的转矩由表选取齿宽系数由表查得材料的弹性影响系数由图按齿面硬度查得，小齿轮的接触疲劳强度极限； 大齿轮的接触疲劳强度极限；由式计算应力循环次数 由图取接触疲劳寿命系数 ，计算疲劳许用应力取失效率，安全系数，得 试算小齿轮分度圆直径d1t,带入式中较小的值2）计算圆周速度 3) 计算齿宽4) 计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 5) 计算载荷系数根据，7级精度，由图查得动载系数直齿轮由表查得使用系数由表用插补法查得7级精度小齿轮相对支承对称布置时，由，查图得；故载荷系数 6) 按实际的载荷系数校正所计算得的分度圆直径，得 7) 计算模数 圆整后取(3)按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 确定公式内的各计算数值 1）查小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2）取弯曲疲劳寿命系数 3) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 4）计算载荷系数 5) 查取齿形系数， 6) 查取应力校正系数， 7) 计算大、小齿轮的 并加以比较 大齿轮的数值大 2.设计计算 取 取 取 (4)几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 2）计算中心距 3）计算齿轮宽度 取，2.3 联轴器选择根据电机尺寸选择联轴器为弹性套柱销联轴器LT2，联轴器尺寸如下表所示：型号额定转矩许用转速 轴孔直径轴孔长度DD2A转动惯量质量LT216550016328030180.0011.642.4轴承选择假定轴承的寿命(1) X轴方向： 试选择角接触球轴承7204C型轴承 ， 所以所选轴承符合要求 。(2) Z 轴方向：同上选择角接触球轴承7204C型轴承2.5 键的选择（1）X轴方向: 1）高速轴：连轴器处：半圆键GB/T1099-1979，2）低速轴：齿轮连接处：圆头平键A型GB1096-79，（2）Z轴方向：1）高速轴：连轴器处：半圆键GB/T1099-1979，2）低速轴：齿轮连接处：圆头平键A型GB1096-79，2.6 齿轮结构设计X方向：，所以小齿轮做成实心的。虽然，但是大齿轮与丝杠连接，因此不能做成实心的，应根据丝杠来定。Z方向：同理：，所以小齿轮做成实心的虽然，但是大齿轮与丝杠连接，因此不能做成实心的，应根据丝杠来定。2.7传动系统结构设计和图形绘制图2-3 传动系统结构示意图由前面计算得到的传动比确定减速箱的传动级数，一般在，且总转动惯量与电机轴上的主动齿轮转动惯量之比时，考虑采用两级传动减速箱，即 ,采用等效转动惯量最小原则,传动比应该“前小后大”，也就是的布置方式，最后确定各齿轮模数、齿数、厚度及电机轴和丝杠的连接。第三章 机电伺服系统微控制器电器线路及程序设计3.1开环控制系统图3-1为开环机电伺服系统微控制器信号流动原理框图。开环系统是最简单的进给系统，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，驱动步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。这种系统不需要对实际位移和速度进行测量，更无需将所测得的实际位置和速度反馈到系统的输入端，与输入的指令位置和速度进行比较，故称之为开环系统。系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度、齿轮丝杠等传动元件的导程或节距精度以及系统的摩擦阻尼特性。此类系统的位移精度较低，其定位精度一般可达0.02 mm。如果采取螺距误差补偿和传动间隙补偿等措施，定位精度可提高到0. 0l mm。此外，由于步进电机性能的限制，开环进给系统的进给速度也受到限制，在脉冲当量为0.0lmm时，一般不超过5mmin。开环进给系统的结构较简单，调试、维修、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机床上曾得到广泛应用。20世纪60年代，日本生产的数控机床几乎全部采用功率步进电机和电液脉冲马达的开环进给系统。20世纪70年代初我国也曾仿造过这种开环进给系统的数控机床，但是欧美等国却很少采用开环进给系统。进入20世纪70年代中期，日本生产的数控机床也改用了直流或交流伺服电机的半闭环和闭环进给系统。图3-1 开环控制系统3.2 PLC控制步进电机时电器接线图设计3.2.1 PLC简介1.PLC概述PLC具有以下鲜明的特点。 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化； 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件；能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。2.PLC的选型方法因每种品牌配置不一样，所以它的选型方式也有所差异，下面着重介绍大家常用的大众品牌三菱PLC的选型方法，大家可以做一个参考来选择使用PLC。（1）分析被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对三菱PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。（2）如何确定三菱PLC的输入/输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。 （3）如何选择三菱PLC三菱 PLC选择包括对三菱PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。（4）PLC三菱PLC分配I/O点并设计三菱PLC外围硬件线路 1）分配I/O点 画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。 2）设计PLC外围硬件线路 画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。（5）三菱plc程序设计 1）程序设计 根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计三菱PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：初始化程序。在三菱PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。 2）程序模拟调试 程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。软件模拟法是在三菱PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。（6）三菱plc硬件实施硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。设计系统各部分之间的电气互连图。 根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此三菱PLC控制系统的设计周期可大大缩短。（7）三菱PLC联机调试联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从三菱PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。 全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。3.PLC硬件组态简介在windows“开始”项中找到启动程序GX Developer快捷方式，双击。点击空白页新建，PLC系列选择FXCPU，PLC选择FX3U（C），然后点击确定；系统将自动生成工程。3.2.2 三菱 PLC驱动电路设计图3-2 PLC驱动步进电机接线图与单片机要求相同，本电路应该能实现两个方向步进电机的插补进给，和进刀退刀的动作，由于使用晶体管输出使该快速发出脉冲的驱动设计成为可能。电路接线如图3-2所示，该驱动装置由PLC系统（包括：机价、电源、CPU、输入模块、输出模块等）、步进电机驱动器、驱动器电源（小步进电机为2相电机，需要电源；大步进电机为3相电机，自带电源）、步进电机等组成。图中所示是驱动器中含有硬件环型分配器的驱动方式，其中使用Y4口线接CP+，提供一定频率的脉冲信号，驱动步进电机按与给定频率对应的转速运行，改变脉冲信号的频率便可以改变步进电机的转速；Y4口线接U/C+，通过高低电平转换改变步进电机的运行方向，如设Y1高电平为正转，则低电平为反转；电源直流地、步进电机驱动器地、U/C-、CP-、PLC地都连接在一起，其余接线如图3-2所示。接通电源后，PLC上的LED指示步进电机得电情况，两个输入按钮分别控制两个方向的反转后退，点击输入按钮使步进电机反转后退，若需要两个方向都能反转后退和前进进给，需再加上两个向前按钮。还可以增加控制主轴电机、根据光栅反馈控制插补运行速度的项目，也可以控制其它设备。电路中+24V电源由PLC提供，R选2.2千欧姆以上。硬件的调试可先使用计算机进行，调试完成后运行看是否按所编程序执行。注意一定经过指导教师检查同意后再接上电源！3.2.3 PLC程序设计1.PLC插补程序设计概述PLC控制步进电机程序的主要任务：（1）控制旋转方向（2）按顺序传送控制脉冲（3）判断步数是否走完。本课程设计和综合训练可根据给定数控平台X方向与Z方向的丝杠的导程和、步进电机步距、和脉冲当量、，若要让工作台向前行进，则步进电机需要运行的步数。本次设计由于指标中有最大进给速度，设步进电机步距角为，例如要求运行角速度为, 即300度/秒（400步/秒），则运行一步为 ，所以输出高低电平脉冲后各延时即可达到上述目的。步进电机刚启动时的响应频率比较低（100250步/秒）,而电机启动后进入稳态时的工作频率又远大于启动频率。所以必须采取启动时以低于响应频率的速度运行，然后慢慢加速，加速到响应频率后，就以此速率恒速运行。当快到达终点时，又使其慢慢减速，在低于响应频率的速率下运行，直到走完规定的步数后停机。因此，在启动或停机的过程中，可以均匀减少或增加延时时间（此次设计的延时可采用软件循环延时，也可以采用定时器延时）。2.逐点比较法直线插补根据学过的数控原理知识可知，偏差计算是逐点比较法关键的一步，下面以第四象限直线为例导出偏差的计算公式。如图所示，假定直线的起点为坐标原点，终点的坐标为（Xe，Ye），P（Xi，Yi）为加工点，如果P点正好处于OA直线上，那么下式成立： 图3-3 第四象限插补原理 若任意点P（Xi，Yi）在直线的下方（在直线与Y轴所成的夹角区域内），那么有下属关系成立： 若任意点P（Xi，Yi）在直线的上方（在直线与X轴所成的夹角区域内），那么有下属关系成立： 由此可以得到偏差判别函数由得数值（称为“偏差”）就可以判别出P点相对的位置。即： 当=0，点P（Xi，Yi）正好落在直线上； 当0，点P（Xi，Yi）落在直线下方； 当0，点P（Xi，Yi）落在直线上方。若0时，则向+X轴发一个脉冲，刀具从（Xi，Yi）点向X正方向前进一步，达到新加工点P（，Yi），=Xi+1，因此加工点P（，Yi）的偏差值为： （3-1）如果在某一时刻，加工点P（Xi，Yi）的0，则向-Y轴发出一个进给脉冲，从这一点向-Y方向前进一步，新加工点P（Xi，）的偏差值为： （3-2）根据式3-1,3-2可以看出，新加工点的偏差完全可以用前一点的偏差递推出来。综上所述，逐点比较的直线插补过程为每走一步要进行一下四个步骤，即判别、进给、运算、比较。（1）判别。根据偏差值确定刀具的位置是在直线上方（直线上），还是直线的下方。（2）进给。根据判别的结果，决定控制那个坐标（x或y）移动一步。（3）运算。计算刀具移动后的新偏差，提供下一个判别依据。根据式（3-1）、（3-2）来算新加工点的偏差，式运算大大简化，但是每一个新加工点的偏差是由前一点偏差推算出来的，悲切一直推算下去。这样就要知道开始加工的那一点偏差时多少。当开始加工时，我们手动操作将模拟刀具移到加工起点，既完成“对刀”，所以开始加工点的。（4）比较。在计算运算偏差的同时，还要进行一次终点比较，以确定是否到达终点。若已到达，即停止计算，并停机或转换新程序信号。 图3-4 逐点比较法第四象限程序流程图 使用MOV、ADD、SUB、CMP等编程指令，和一些控制指令进行相应的编程控制。3. 逐点比较法第一象限插补程序（1）程序（梯形图）图3-5 三菱PLC程序梯型图（2）用GX-Simulator仿真软件调试程序调试的基本步骤：1） 选择GX developer菜单项的工具梯形图逻辑测试启动，启动GX-Simulator。由GX developer创建的顺序程序和参数还将被自动写入到PLC中。2） 通过使用软件监视、更改软元件调试。3） 调试完后，修改顺序控制。4） 在初始窗口中设置执行状态为STOP5） 选择GX developer菜单项在线PLC写入，写入修改后的顺序控制至PLC中，再次调试程序时，重复上述步骤。知道软件满足要求为止。6） 退出GX developer软件，结束调试。调试运行状况如下：3.2.4调试过程中应注意的问题1、 在组态时要保证与实验室的元件型号相一致,否则程序不能下载到PLC上。2、 在下载组态前要保证PLC通电.但处于stop状态。3、 在运行程序前应保证接线正确。课程设计心得这次为期三个星期的机电专业课程设计，让我们在温故之前所学知识的同时，也让我学习到了很多新的知识，不得不说，这次课程设计让我受益匪浅。从一开始便开始认真地投入，经过自己的努力和老师以及其他同学的帮助之下，最终如期完成了设计。刚刚进去课程设计环节时，由于对理论知识掌握的不好加上没有太多实际的 动手能力和经验，一时不知道如何去