銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

沈 陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 機(jī)電一體化 課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 題 目 ： 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 所屬系部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2016 年 6 月 12 日 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 目錄 摘要 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 4 . 4 械傳動(dòng)部件的選擇 . 4 . 5 . 5 . 4 . 5 . 5 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 5 制總體方案圖 . 6 . 6 軌上移動(dòng)部件的重量估算 . 6 削力的計(jì)算 . 6 線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向） . 6 承受工作載荷 計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 . 7 離額定壽命 . 7 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 . 7 大工作載荷 . 7 大動(dòng)工作載荷 . 7 選型號(hào) . 8 動(dòng)效率的計(jì)算 . 8 度的驗(yàn)算 . 8 桿穩(wěn)定性校核 . 9 進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 . 9 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 . 10 算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 . 10 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 . 11 進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 . 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 . 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用 . 14 5. 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 . 15 6 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) . 15 7. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源選用 .得體會(huì) .謝 .考文獻(xiàn) .錄 . 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 摘要 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征 的發(fā)展階段。 題目： 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供應(yīng)式數(shù)控銑床使用的 控工作臺(tái)，外形如下 1所示，主要參數(shù)如下： （ 1） 立銑刀最大直徑的 d=15 （ 2） 立銑刀齒數(shù) Z=3; （ 3） 最大銑削寬度5（ 4） 最大背吃刀量（ 5） 加工材料為碳素鋼活有色金屬。 （ 6） X、 Y 方向的脈沖當(dāng)量=沖 ; （ 7） X、 Z 方向的定位精度均為 （ 8） 工作臺(tái)面尺寸為 2 3 0 m m 2 3 0 m m ，加工范圍為 2 5 0 m m 2 5 0 m m ; （ 9） 工作臺(tái)空載進(jìn)給最快移動(dòng)速度：m a x m a x 3 0 0 0 m m / m i ; （ 10） 工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度 :m a x m a x 4 0 0 m m / m i nx f z ; 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 1控工作臺(tái)外形圖 械傳動(dòng)部件 的選擇 軌副的選用 設(shè)計(jì)數(shù)控車床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(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，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 杠螺母副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)絲杠副為能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，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)緊后可消除反向間隙。 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)有消間隙機(jī)構(gòu)，選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 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 位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有因此 3000mm/本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的私服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性價(jià)比。 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(kāi)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，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)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。 考慮到 X、 受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量， X、 杠螺母副、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。 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1）設(shè)計(jì)的 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)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 列的 8位單片機(jī) 為控制系統(tǒng)的 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 要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，鍵盤與顯示電路， I/D/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。 制總體方案圖 總體方案圖如圖 示。 微型機(jī)接口電路功放電路執(zhí)行元件機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖 總體方案圖 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 軌上移動(dòng)部件的重量估算 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、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌座等 ,估計(jì)重量約為 800N. 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 3參考文獻(xiàn) 1）查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為： 0 . 8 5 0 . 7 5 0 . 7 3 1 . 0 0 . 1 3c e z 8 a f d a n (4今選擇銑刀的直徑為 d=15數(shù) Z=3,為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度為5背吃刀量每齒進(jìn)給量銑刀轉(zhuǎn)速 n 300r/。則由式（ 4的最大銑削力： 0 . 8 5 0 . 7 5 0 . 7 3 1 . 0 0 . 1 3c 1 1 8 1 5 0 . 1 1 5 7 3 0 0 3 N 1 2 8 0 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 3參考文獻(xiàn) 1）查得，結(jié)合圖 3慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：. 1 F 1 4 0 8 N, . 3 8 F 4 8 6 N，f n . 2 5 F 3 2 0 N。圖 3臥銑情況，現(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力 4 8 6 N，受到水平方向的銑削力分別為將水平方向較大的銑削力分配給 工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力 1 4 0 8 N，徑向銑削力為y 3 2 0 N。 線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向） 承受工作載荷 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。本例中的 用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]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： (4其中，移動(dòng)部件重量 800N，外加載荷 486N，代入式（ 4得最買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 大工作載荷86N= 查表 3參考文獻(xiàn) 1），根據(jù)工作載荷選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 列的 ，其額定動(dòng)載荷額定靜載荷0 任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為 2 3 0 m m 2 3 0 m m ，加工范圍為 2 5 0 m m 2 5 0 m m ，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表 3標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 520 離額定壽命 L 的計(jì)算 上述所取的 列 列導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60作溫度不超過(guò)100 C，每根 導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表3 3參考文獻(xiàn) 1），分別取硬度系數(shù) 度系數(shù) 觸系數(shù) 度系數(shù) 荷系數(shù) 入式（ 3得距離壽命： L= 6 2 550)( 3m a x 遠(yuǎn)大于期望值 50距離額定壽命滿足要求。 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 大工作載荷 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）408N,受到橫向載荷（與絲杠軸線垂直） 20N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直） 86N. 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顛覆力矩影響系數(shù) K=動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) =得滾珠絲 杠副的最大工作載荷： (y+G)=1408+(486+320+800)N 1557N 大動(dòng)工作載荷 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/選絲杠導(dǎo)程此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/0r/ 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h,代入 006,得絲杠壽命系數(shù) 2（單位為： 106r）。 查表 3參考文獻(xiàn) 1） ，取載荷系數(shù) 道硬度為 60，取硬度系數(shù) 入式 FQ=，求得最大動(dòng)載荷： 7733 0 選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表 3參考文獻(xiàn) 1） ，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G 系列 2005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 20程為 5環(huán)滾珠為 3 圈 *1系列，精度等級(jí)取 5級(jí)，額定動(dòng)載荷為 9309N，大于 足要求。 動(dòng)效率的計(jì)算 將公稱直徑 0程 入 =h/( ，得絲杠螺旋升角 =433 。將摩擦角 =10 ，代入 = + ),得傳動(dòng)效率 = 度的驗(yàn)算 (1) 推 方式，見(jiàn) 書后插頁(yè)圖 6杠的兩端各采用 對(duì)面組配，左、右支承的中心距約為 a=500的彈性模量 E=05表 3滾珠直徑杠底徑 杠截面積 S= 22d/4=m 。 忽略式（ 3的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷 壓變形量 51 / ( ) 1 5 5 7 5 0 0 / ( 2 . 1 1 0 2 0 6 . 1 2 ) mF a E S (2) 根據(jù)公式0( / ) 3WZ d D，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 3 1，代入公式 ZZ 圈數(shù) 列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 Z=60。絲杠預(yù) 緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力YJ 3=519N。則由式（ 3見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2 因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 2= (3) 將以上算出的1和2代入12 總，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度 500總 =9.2 m 本例中，絲杠的有效行程為 330表 3參考文獻(xiàn) 1）知， 5 級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在 315400程偏差允許達(dá)到 25 m ，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。 桿穩(wěn)定性校核 根據(jù)公式（ 3算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 查表 3參考文獻(xiàn) 1） ，取支承系數(shù)；由絲杠底徑 2 / 6 4 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) （絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 00入式（ 3（見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1） ，得臨界載荷 557N，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。 進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 為了滿足脈沖當(dāng)量的的設(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)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速，采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用圖 3示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。 已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量 =沖，滾珠絲杠的的導(dǎo)程 初選 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 =根據(jù)式（ 3見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1），算得減速比： ( ) / ( 3 6 0 ) =（ 5） /（ 360 =25/10 本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的 小齒輪模數(shù)均為 1數(shù)比為 75： 30，材料為 45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)到 55速箱中心距為 （ 75+30） 1/27齒輪厚度為 20片大齒輪厚度均為10 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知：滾珠絲杠的公稱直徑 0長(zhǎng) l=500程 料密度 =10移動(dòng)部件總重力 G=800N；小 齒輪齒寬 0直徑 0小齒輪齒寬 0徑 5動(dòng)比 i=25/10。 如表 4得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： 22S 22Z s=板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 初選 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 90兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為 從表（ 4（見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1） 查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 則加在 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 212( ) /e q m Z Z W J J J J i = 計(jì)算加在 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 分快速空載和承受最大負(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14見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1）可知，1一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0T。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式（ 4知，0以忽略不計(jì)。則有： 14 根據(jù)式（ 4考慮傳動(dòng)鏈的總效率 ，計(jì)算空載起動(dòng) 時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩： 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 2 160eq (4其中： = (4式中空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為 3000mm/ 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，本例 =沖。 設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至傳動(dòng)鏈總效率 。則由式（ 6得： 42 5 . 0 8 7 1 0 1 5 6 2 . 5 0 . 2 9 76 0 0 . 4 0 . 7 由式（ 4，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： () 0 . 0 0 5 ( 0 8 0 0 ) 0 . 0 0 5 0 . 0 0 1 82 2 0 . 7 2 5 / 1 0 P (4式中 導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0 傳動(dòng)鏈效率，取 后由式（ 6見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1）求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 1m (4 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24見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1）可知，2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0T，0以忽略不計(jì)。則有： 2tT+4 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 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4算。有： 1 4 0 8 0 . 0 0 5 0 . 6 42 2 0 . 7 2 5 / 1 0 再由式（ 4見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1）計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載 ( 556 )況下， 圖 3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： () 0 . 0 0 5 ( 4 8 6 8 0 0 ) 0 . 0 0 5 0 . 0 0 2 92 2 0 . 7 2 5 / 1 0 最后由式（ 6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： 2tT+m （ 4 最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 12m a x , 0 . 6 4 3e q e q e T N m 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)要考慮安全系數(shù)。取 K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： m a x 4 4 0 . 6 4 3 2 . 5 7 2j e N m （ 4 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 90表 4得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩N m?？梢?jiàn)，滿足要求。 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)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度00mm/沖當(dāng)量 /脈沖，由式（ 4出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率m a x 4 0 0 / ( 6 0 0 . 0 0 4 ) 1 6 6 7 。從 90動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖 動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 作負(fù)載轉(zhuǎn)矩2m，滿足要求。 2）最 快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度000mm/出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率m a x 3 0 0 0 / ( 6 0 0 . 0 0 4 ) 1 2 5 0 0f H Z 。此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩1m，滿足要求。 3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度000mm/應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為m a x 12500f H Z。查表 4參考文獻(xiàn) 1）可知 900000見(jiàn)沒(méi)有超出上限。 4）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 25 7kg ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 24mJ kg ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率1800（查表 4見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1）。由式（ 4知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為： 1 1 9 4 . 2 41/q (4說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，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 100 綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用 90全滿足設(shè)計(jì)要求。 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 ，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出 360 / 480 個(gè)步進(jìn)脈沖。考慮到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的 A、 B 相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，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)。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 此次設(shè)計(jì)選用的編碼器型號(hào)為： 狀空心型，孔徑 10電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓 +5V，每秒輸出 120 個(gè) A/B 脈沖，信號(hào)為電壓輸出。 5. 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖 伺服電動(dòng)機(jī) 主動(dòng)齒輪從動(dòng)齒輪滾珠絲杠工作臺(tái)圖 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 6控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能： （ 1） 接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制 （ 2） 接受操作面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信息； （ 3） 接受車床限位開(kāi)關(guān)信號(hào)； （ 4） 接受電動(dòng)卡盤夾緊信號(hào)與電動(dòng)刀架刀位信號(hào)； （ 5） 控制 X， （ 6） 控制主軸的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)與停止； （ 7） 控制多速電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸有級(jí)變速； （ 8） 控制交流變頻器，實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速； （ 9） 控制切削液泵啟動(dòng) /停止； （ 10） 控制電動(dòng)卡盤的夾緊與松開(kāi)； （ 11） 控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀； （ 12） 與 列的 8位單片機(jī) 用 8279，和 6264芯片做為 I/放監(jiān)控程序； 6264用來(lái)擴(kuò)展 8279用做鍵盤和 盤主要是輸入工作臺(tái)方向， 示器顯示當(dāng)前工作臺(tái)坐標(biāo)值；系買 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 統(tǒng)具有超程報(bào)警功能，并有越位開(kāi)關(guān)和報(bào)警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路。 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 復(fù)位電路晶振電路螺紋光柵信號(hào)操 作 面 板 開(kāi) 關(guān) / 按 鈕 信 號(hào)隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)刀架電動(dòng)機(jī)卡盤電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)切削電動(dòng)機(jī)方刀架位信號(hào)限位開(kāi)關(guān)信號(hào)交流變頻器 主軸電動(dòng)機(jī)單片機(jī)并行接口芯片8 2 5 5/ 轉(zhuǎn)換芯片 0832芯片芯 片 6 2 6 4鍵盤與顯示接口芯 片 8 2 7 9串行口芯片 233圖 制系統(tǒng)原理框圖 設(shè)計(jì)中 X、 0，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司。查表 4擇與之匹配的驅(qū)動(dòng)電源為 ，輸入電壓為 1000電流為 4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖 示。 圖 7 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 心得體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)是綜合性的課程設(shè)計(jì)，將以前所學(xué)到的機(jī)械與電氣的知識(shí)結(jié)合到一起，可以說(shuō)是綜合性的訓(xùn)練。這次課程設(shè)計(jì)跨越機(jī)械和電氣兩大學(xué)科。在設(shè)計(jì)時(shí)要聯(lián)系機(jī)械部分 和電氣控制部分作為一個(gè)有機(jī)的整體來(lái)考慮，本次設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械和電氣有機(jī)組合的系統(tǒng)是一個(gè)整體。如果單方面考慮其中一項(xiàng)必定是做不出來(lái)的。 這次課程設(shè)計(jì)涉及到機(jī)電 一體化 的 知識(shí) ，與以前單純的機(jī)械設(shè)計(jì)不一樣，有了更多的收獲，體會(huì)也很多。在這次設(shè)計(jì)中我 也學(xué)會(huì)了很多新東西，包括一些軟件的應(yīng)用。當(dāng)然最重要的是學(xué)到了 機(jī)電 一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本方法。加深了對(duì)機(jī)電一體化 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解，初步了解了一些常用工業(yè)控制元器件和掌握它們的使用方法。知道了設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)需要考慮到哪些方面，做個(gè)部分設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該先哪里后哪里的先后 順序，讓我在以后的設(shè)計(jì)中會(huì)有一個(gè)清晰地思路，而避免走太多彎路。這次設(shè)計(jì)中那我了解了運(yùn)動(dòng)控制卡、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)的基本特性、使用方法，以及它們之間所需要的匹配關(guān)系。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我深深地意識(shí)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，任何一個(gè)都不能單獨(dú)存在。平時(shí)理論知識(shí)學(xué)的很好，但是在課程設(shè)計(jì)中并不能得心應(yīng)手，會(huì)遇到很多不能解決的實(shí)際問(wèn)題，這就需要加強(qiáng)實(shí)踐能力，一個(gè)同學(xué)的知識(shí)變成多個(gè)同學(xué)的知識(shí)，多個(gè)同學(xué)的知識(shí)變成一個(gè)同學(xué)的知識(shí)，這樣才能互相促進(jìn)、相互提高。另外，經(jīng)過(guò)復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專業(yè)知識(shí)使得設(shè)計(jì)思路清晰系統(tǒng)。通過(guò)設(shè) 計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。 還有很重要的一點(diǎn)是讓我體會(huì)到了一個(gè)設(shè)計(jì)者的精神。在設(shè)計(jì)過(guò)程中既要自己不斷思考、創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。 通過(guò)對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)， 使我 掌握了一般機(jī)電一體化 的程序 設(shè)計(jì) 和 基本 方法，有助于樹(shù)立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的 設(shè)計(jì)能力。 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中 遇到問(wèn)題及解決方案如下：