xy 數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目： x-y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系部名稱： 機(jī)械電子工程系 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)電1班 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2014年12月摘 要X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)用方便而且能夠保證一定的精度。X-Y數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。因此，選擇X-Y數(shù)控工作臺(tái)作為課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，對(duì)機(jī)械電子專業(yè)的學(xué)生具有普遍意義。 本文結(jié)合普通數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)X-Y數(shù)控工作臺(tái)，為銑床的數(shù)控化奠定了基礎(chǔ)。首先，確定了X-Y數(shù)控工作臺(tái)

2、的總體設(shè)計(jì)方案，包括機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇如導(dǎo)軌副選用，絲桿螺母副的選用，減速裝置的選用，伺服電動(dòng)機(jī)的選擇等。其次，對(duì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行機(jī)械部分設(shè)計(jì)，包括直線導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型，滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型等。最后，對(duì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到數(shù)控工作臺(tái)的基本要求，因本人水平有限，錯(cuò)誤和不足之處，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。關(guān)鍵字：X-Y數(shù)控工作臺(tái)，機(jī)電一體化系統(tǒng)，滾珠絲杠螺母副，伺服電動(dòng)機(jī)目 錄第1章 概述。1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)。第2章 總體方案的確定2.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇2.1.1 導(dǎo)軌副的選用2.1.2 絲杠螺母副的選用2.1.3 減速

3、裝置的選用2.1.4 伺服電動(dòng)機(jī)的選用2.1.5 檢測(cè)裝置的選用2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第3章 繪制總體方案圖第4章 機(jī)械傳動(dòng)部分的計(jì)算與選型 4.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算4.2 銑削力的計(jì)算4.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型4.3.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 距離額定壽命的計(jì)算4.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 最大工作載荷Fm的計(jì)算 最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算 初選型號(hào) 傳動(dòng)效率的計(jì)算4.4.5 剛度的驗(yàn)算4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用4.6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型4.7 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用第5章 工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第6章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的使用

4、參考文獻(xiàn) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)題目：X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下： 1）立銑刀最大直徑d=15mm； 2）立銑刀齒數(shù)Z=3； 3）最大銑削寬度ae=15 mm； 4）最大背吃刀量ap=8 mm； 5）加工材料為碳素鋼； 6）X、Y方向的脈沖當(dāng)量x =y=0.005mm/脈沖； 7）X、Y方向的定位精度均為±0.01 mm； 8）工作臺(tái)導(dǎo)軌長(zhǎng)度為1260mm； 9）工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度； 10）工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度vxmax =vymax =3000 mm/min； 11）工作臺(tái)尺寸為230 mm×230 mm 12

5、）加工范圍偉250 mm×250 mm 二、總體方案的確定2.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 2.1.1導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 2.1.2絲桿螺母副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲桿螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量±0.01 mm和的定位精度，滑動(dòng)滑動(dòng)絲桿副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到。滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高，預(yù)緊后可消除反向

6、間隙。 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方式 選用墊片調(diào)隙式，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、裝卸方便，適用于一般精度的機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠的安裝 采用一端固定，一端游動(dòng)的方式，因其壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速較高。2.1.3減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙結(jié)構(gòu)。為此，決定采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速器。2.1.4伺服電動(dòng)機(jī)的選用 任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快速度也只有3000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服

7、電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。 2.1.5檢測(cè)裝置的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高的，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配?？紤]到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲桿螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)，以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。

8、2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1)設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 2)對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89C52作為控制系統(tǒng)的CPU，應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。 3)要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴(kuò)展程序儲(chǔ)存器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。4) 選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。 三、繪制總體方案圖 總體方案圖如圖所示 四、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型 4.1導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算

9、按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為800N。 4.2銑削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由表3-7查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為： (1) 今選擇銑刀直徑d=15mm，齒數(shù)Z=3，為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削的情況下，取得最大銑削寬度，背吃刀量，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min。則由(1)式求得最大銑削力： Fc=118×150.85×0.10.75×15-0.73×81.0×3000.13

10、×3 N1463 N 采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可由表查得，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為 Ff =1.1Fc1609N， Fe =0.38Fc556N，F(xiàn)fn =0.25Fc366N， 工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力Fz= Fe =556N，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力Fx= Ff=1609N，徑向銑削力Fy =Ffn= 366N4.3直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型4.3.1滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計(jì)中的X

11、-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： 其中，移動(dòng)部件重量G=800N，外加載荷F= Fz= 556N，得最大工作載荷PC=756N=0.756kN。查表3-41，根據(jù)工作載荷PC=0.756kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG15型，其額定動(dòng)載荷Ca=7.94 kN，額定靜載荷C0a=9.5 kN。4.3.2距離額定壽命L的計(jì)算 上述選取的KL系列JSALG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為HRC60，工作溫度不超過(guò)100攝氏度，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低

12、，載荷不大。查表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)=1.0、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)=0.81、精度系數(shù)=0.9、載荷系數(shù)=1.5，得距離壽命：遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。4.4滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型4.4.1最大工作載荷的計(jì)算 如前頁(yè)所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=1609N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）Fy = 366N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)垂直）Fz= 556N。已知移動(dòng)部件總重量G=800N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)=0.005 。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： 4.

13、4.2最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算 設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程=5 mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph = 80 r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)L0=72（單位為：106 r）查表3-30，取載荷系數(shù)fW =1.2，滾道硬度為HRC60時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0，求得最大載荷： 4.4.3初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-31，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2505-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm。循環(huán)滾珠為3

14、圈×1列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N。大于FQ，滿足要求。 4.4.4傳動(dòng)效率的計(jì)算 將公稱直徑，導(dǎo)程，代入= arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=4 33將摩擦角=10代入=tan / tan(+)，得傳動(dòng)效率=96.4%。 4.4.5剛度的驗(yàn)算 1)X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推單推”的方式，見書后插頁(yè)圖6-23。絲杠的兩端各采用一對(duì)推理角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為a=500mm ；鋼的彈性模量E2.1 Mpa；查表3-31，得滾珠直徑D=3.175mm，絲杠底徑，絲杠截面面積。忽略式（3-25）中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工

15、作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量. 根據(jù)公式Z( ) -3，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為，代入公式 Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力。則由式（3-27），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取。將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度500mm）0.0218 mm=21.8m。絲杠的有效行程為330mm，由表3-27知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25m，可見絲杠剛度足夠。 4.4.6壓桿穩(wěn)定性校核

16、根據(jù)公式（3-28）計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷。查表3-34，取支承系數(shù)=1；由絲杠底徑=16.2 mm求得截面慣性矩；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值500mm。代入式（3-28），得臨界載荷，遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求4.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也是為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與小齒輪連接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪連接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)

17、構(gòu)，采用圖3-8所以的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。 已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005 mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=5 mm，初選步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角=0.75°。根據(jù)式（3-12），算得減速比： i=(Ph)/(360)=(0.75×5)/(360×0.005)=25/12 本設(shè)計(jì)選用JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75：36，材料為45調(diào)制剛，齒表面淬硬后達(dá)55HRC。減速箱中心距為(75+36)×1/2 mm55.5 mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均10mm。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 （1）計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)

18、動(dòng)慣量已知：滾珠絲杠的公稱直徑=20 mm，總長(zhǎng)l =500mm，導(dǎo)程5mm，材料密度；移動(dòng)部件總重力G=800N；小齒輪度20mm，直徑=36 mm；大齒輪度20mm，直徑=75 mm；轉(zhuǎn)動(dòng)比i =25/12。如表4-1所示，算得各個(gè)零件部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過(guò)程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.617；拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.517；小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4.877 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，為兩相混合式，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角0.75º，從表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。則加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：= +(+)/=30.35

19、 (2)計(jì)算加子在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1） 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式(4-8)可知，包括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式(4-12)可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： =+ （3） 根據(jù)式(4-9)，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的最大加速轉(zhuǎn)矩： （4） 式中 對(duì)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/

20、min；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速到n轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。 其中： （5）式中空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為3000mm/min； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為； 脈沖當(dāng)量， =0.005mm/脈沖。將以上各值代入，算得nm=1250r/min設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需時(shí)間=0.4s，傳動(dòng)鏈總效率=0.7。則由式（4）求得：1.42（N·m）由式(4-10)可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （6） 式中導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005;垂直方向的銑銷力，空載時(shí)取0;傳動(dòng)鏈總效率，取0.7。則由式(6)，得：最后由式(3)求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)

21、轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： = + = 1.422 N 2)最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T由式(4-13)可知，T包括三部：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T;一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩T;還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T，T相對(duì)于T和T很小，可以忽略不計(jì)。則有： = Tt + Tf 其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T由式(4-14)計(jì)算。本例中在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷Fx=1609N，則有： 0.88（N·m）再由式(4-10)可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)

22、機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 最后由式(6-18)，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為： （3） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)T來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： 上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，由表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩?？梢?，滿足要求。（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書

23、給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度v=400mm/min，脈沖當(dāng)量 =0.005mm/脈沖，由式(4-16)求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率f=400/(60*0.005)Hz =1333hz。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖6-24可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。2)最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與最快空載移動(dòng)速度v=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為f=10000Hz。查表4-5可知90BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000Hz，可見沒有超出上限。3)起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不

24、帶任務(wù)負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率 (查表4-5)。則由式(4-17)可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于614Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100Hz(即100脈沖/s)。綜上所述，本例中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，滿足設(shè)計(jì)要求。4.7 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0。75°，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

25、一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出360/=480個(gè)步進(jìn)脈沖?？紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子，因此，編碼器的分辨力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。選擇編碼器型號(hào)為ZLKA12005VO10H：盤狀空心型?？讖?0mm，與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓+5V。每轉(zhuǎn)輸出120個(gè)A/B脈沖，信號(hào)為電壓輸出。 五、工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在硬件電路上需要考慮步進(jìn)電機(jī)（編碼器）反饋信號(hào)的處理，在軟件上實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)的控制算法 六、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的使用本設(shè)計(jì)中的X、Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為90BY

26、GC2602型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)有限公司，查表4-14，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓100VAC,相電流為4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我不僅把知識(shí)融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過(guò)程中也了解了許多課外知識(shí)，開拓了視野，認(rèn)識(shí)了將來(lái)機(jī)械電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬(wàn)事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為

27、只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。本論文是在我的指導(dǎo)老師萬(wàn)智輝老師的親切關(guān)懷與細(xì)心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到論文的最終完成，萬(wàn)老師始終都給予了細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，并且在耐心指導(dǎo)論文之余，萬(wàn)老師仍不忘拓展我們的技能掌握。值得一提的是，萬(wàn)老師對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他的身上，我們可以感受到一個(gè)學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無(wú)窮。希望借此機(jī)會(huì)向萬(wàn)老師表示最衷心的感謝！在此要感謝我們的指導(dǎo)老師萬(wàn)老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然