小型立式銑床工作臺(tái)升降和制動(dòng)裝置.doc

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)電裝備課程設(shè)計(jì)摘 要【摘要】：小型立式銑床工作臺(tái)升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機(jī)的平面移動(dòng)系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等,盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同,但基本原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個(gè)有機(jī)整體。本文通過對(duì)小型立式銑床工作臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計(jì),闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中共性和關(guān)鍵的技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)和研究小型立式銑床工作臺(tái)及其電氣原理圖。確定小型立式銑床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)，選擇了螺旋傳動(dòng)，驗(yàn)算了螺旋傳動(dòng)的剛度、穩(wěn)定性，壽命等參數(shù)；還設(shè)計(jì)了導(dǎo)軌，根據(jù)其用途和使用要求，選擇了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，確定了其類型、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！娟P(guān)鍵詞】：小型立式數(shù)控銑床；滾珠絲杠螺母副；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；AbstractAbstract: small vertical milling machine table lift and brake design. CNC machining systems, warehouse stacker in the plane Yidong systems, flat plotter graphics system, etc., although the structure and function vary, but the same basic principles. Mechatronic systems is the mechanical systems and microelectronics systems combine to form an organic whole. Based on the small vertical milling machine table of the mechanical system, control system and interface circuit design, describes the design of mechatronic systems and critical technologies the Chinese Communists.The curriculum design, the main design and research of small vertical milling machine table and electrical schematics. Small vertical milling machine table to determine the transmission, select the screw drive, screw drive checking the stiffness, stability, life and other parameters; also designed a guide, according to its purpose and use requirements, choose the Linear Rolling Guide to determine its type, rotating torque, moment of inertia.Key words: small vertical milling machine; ball screw nut; Linear Rolling Guide; stepping motor;目 錄第一章 總體設(shè)計(jì)方案擬定41.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定與伺服系統(tǒng)的選擇41.2機(jī)械傳動(dòng)方式41.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇4第二章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算42.1 設(shè)計(jì)參數(shù)42.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型52.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇102.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的額定壽命102.3.2 直線導(dǎo)軌副的參數(shù)122.4 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇13第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)183.1 控制系統(tǒng)183.2步進(jìn)電機(jī)介紹193.2.1繪制電氣控制系統(tǒng)框圖193.2.2正反轉(zhuǎn)工作原理20主要參考文獻(xiàn):22第一章 總體設(shè)計(jì)方案擬定1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定與伺服系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。為了滿足小型立式銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)定位,暫停,急停等功能,故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)和半閉環(huán)。考慮到工作臺(tái)實(shí)際位移的檢測(cè)，補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，故采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。1.2機(jī)械傳動(dòng)方式 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠。為了保證一定的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除傳動(dòng)間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇 采用三菱PLC伺服系統(tǒng)第二章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)1、工作臺(tái)尺寸：長*寬=500*3202、工作臺(tái)升降行程：250 3、工作臺(tái)總重：4、最高運(yùn)行速度：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式：空載：0.5m/mim：切削：0.1m/min；交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式：空載：8m/min：切削：2m/min；5、系統(tǒng)分辨率：開環(huán)模式0.01mm/step；半閉環(huán)模式0.005mm/step；6、系統(tǒng)定位精度：開環(huán)模式0.10mm；半閉環(huán)模式0.01mm；7、切削負(fù)載：X向600N；Y向800N；Z向 1200N； 2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型2.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型式有關(guān)，由于在設(shè)計(jì)中采用的是加有導(dǎo)軌塊的滾動(dòng)導(dǎo)軌，所以選擇的計(jì)算公式為矩形導(dǎo)軌的計(jì)算公式。計(jì)算公式為：式中 -X向切削分力（N）； -Y向切削分力（N）； -Z向切削分力（N）； -移動(dòng)工作臺(tái)總重（N） -導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同； -顛覆力矩影響系數(shù)；矩形導(dǎo)軌的,式中，,代入計(jì)算得 2.2.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷C選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載，用下式計(jì)算選擇： 式中 -額定壽命，15000h； -絲杠轉(zhuǎn)速，； -溫度系數(shù)，查表3-23，工作溫度小于100，取=1 -硬度系數(shù)，查表3-24，=1；-精度系數(shù)，查表3-25，取=0.9； -負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，查表326， =1.3-可靠性系數(shù)，查表327，取=0.62，可靠度為95初選導(dǎo)程=6，由任務(wù)書可知最大切削力下的速度，則代入公式可計(jì)算得 =16.67 2.2.3 滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)以上算得的最大動(dòng)負(fù)載在設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中選用型號(hào)為GD2505-3的滾珠絲杠，其名義直徑為,滾珠的排列為4圈2列，額定動(dòng)載荷為，滿足前面進(jìn)給方向的要求。精度等級(jí)按機(jī)電裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-15選為4級(jí)。2.2.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率： 式中 -絲杠螺旋升角； -摩擦角，滾珠絲杠的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。由選用的GD2505-3的滾珠絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)可知絲杠螺旋升角代入公式計(jì)算得 2.2.5 剛度的驗(yàn)算先畫出此進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖,如圖所示.最大牽引力為, 滾珠絲杠的有效行程=250mm，滾珠絲杠的余程=18mm,絲杠螺紋長度取= 250+182+72=358mm,支撐跨度= 540mm,絲杠的全長L=630mm。圖2-2 Z向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖 G ML滾珠絲杠副的軸向變行會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：1)、絲杠的拉伸或壓縮變形量在總的變形量中占的比重較大,可以用計(jì)算方法或查圖表的方法決定，查圖4-6，根據(jù)下式計(jì)算： 式中 絲杠的最大工作載荷，單位為N;a滾珠絲杠兩支承間的距離；E絲杠材料的彈性模量，鋼的；S絲杠按底經(jīng)確定的截面積，單位為；計(jì)算得 2)、滾珠與螺紋滾道間接觸變形絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊,預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3.由于一端雙向推力球軸承，一端采用深溝球軸承，而且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍實(shí)際變形量有預(yù)緊時(shí)按下式計(jì)算：式中 滾珠直徑，單位為mm； 滾珠總數(shù)量，； 單圈滾珠數(shù)，（內(nèi)循環(huán)），（外循環(huán)）； 預(yù)緊力，單位為N。根據(jù)以上計(jì)算由表3-274精度滾珠絲杠的有效行程在315以下時(shí)，行程允許的偏差為，小于要求的定位精度，符合設(shè)計(jì)的要求。2.2.6 穩(wěn)定性驗(yàn)算 對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載用下式計(jì)算： 式中 絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼； 截面慣性矩,絲杠截面慣性矩(為絲杠螺紋的底徑)；絲杠兩支承間距離；絲杠的支承方式系數(shù)，由表3-34，取=1；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.54，取=3。根據(jù)前面的相關(guān)數(shù)據(jù)可知上式中的截面慣性矩：絲杠兩支承端距離，我所選用滾珠絲杠的支承方式是單推-單推,則查指導(dǎo)書中的表3-34可知?jiǎng)t代入數(shù)據(jù)算得 = 滿足設(shè)計(jì)要求2.2.8 滾珠絲杠副的幾何參數(shù)表2-1滾珠絲杠的幾何參數(shù)名稱符號(hào)公式WD4506螺紋滾道公稱直徑20導(dǎo)程4接觸角鋼球直徑2.381滾道法面半徑1.238偏心距0.003螺紋升角螺桿螺桿外徑19.524螺桿內(nèi)徑17.533螺桿接觸直徑17.624螺母螺紋直徑22.467螺母內(nèi)徑20.4762.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇目前，滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用非常廣泛，因?yàn)槠淠Σ料禂?shù)=；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，幾乎不受運(yùn)動(dòng)速度的變化的影響，運(yùn)動(dòng)輕便、靈活，所需驅(qū)動(dòng)功率小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好；低度運(yùn)動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高，所以選用滾動(dòng)導(dǎo)軌。2.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的額定壽命(1)、滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷的計(jì)算：由于要計(jì)算額定動(dòng)載荷首先需要計(jì)算出作用在滾動(dòng)導(dǎo)軌副上的載荷,由資料文獻(xiàn)可知作用在滾動(dòng)導(dǎo)軌副上的載荷計(jì)算公式如下：圖2-3 工作臺(tái)及導(dǎo)軌塊的放置 式中的為作用于同一平面內(nèi)的若干套導(dǎo)軌副的總載荷在這里我的設(shè)計(jì)任務(wù)中指出了，。則式中、分別取，,，將上面的數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的公式中可得到滑塊上的工作載荷根據(jù)工作載荷選型號(hào)為SBG15FL的導(dǎo)軌，其參數(shù)為。 (2)、滾動(dòng)導(dǎo)軌副的額定壽命1、額定壽命計(jì)算其計(jì)算公式如下： 式中 -額定壽命； -額定動(dòng)載荷； -滑塊上的工作載荷；-溫度系數(shù)；運(yùn)行時(shí)的溫度小于100查相關(guān)資料可的；-接觸系數(shù)；導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)為2查相關(guān)資料；-精度系數(shù)；精度等級(jí)為4級(jí)查相關(guān)資料；-載荷系數(shù)；.3；-硬度系數(shù)；滾道硬度不得低于HRC58故通常取。使用壽命 -單向行程，=250；n-每分鐘往返次數(shù)，初選直線導(dǎo)軌副型參為SBG15FL 額定動(dòng)載C=8500N代入公式計(jì)算得：2、壽命時(shí)間的計(jì)算 15000h 故初選型號(hào)滿足設(shè)計(jì)要求。2.3.2 直線導(dǎo)軌副的參數(shù)2.4 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇2.4.1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，增大的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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)轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，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)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪連接，滾珠絲桿的軸頭與大齒輪連接。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量 ，滾珠絲桿的導(dǎo)程為，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為根據(jù)式3-10，算得減速比：本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm,齒數(shù)比為75:45，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面硬后達(dá)55HRC。減速箱中心距為，小齒輪厚度為20mm，大齒輪厚度為20 mm。2.4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型2.4.2.1計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量已知：滾珠絲桿的公稱直徑，總長為，導(dǎo)程為，材料密度，工作臺(tái)總重為，小齒輪寬度為，直徑為，大齒輪寬度為，直徑為；傳動(dòng)比為。由表4-1，算得各部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：1滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 式中 -圓柱體直徑； -圓柱體長度或原度； -鋼材的密度從設(shè)計(jì)的零件中可知絲杠的公稱直徑為2cm，把絲杠近似的看成一個(gè)圓柱體則，考慮到我的任務(wù)書中的尺寸比較大，對(duì)與絲杠支撐端以外的絲杠對(duì)總體的影響較小所以忽略不記，則取。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)代入公式算得 2工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 其公式為：式中 -工作臺(tái)重量；， -重力加速度（9.8m/s2）； -絲杠導(dǎo)程 ;代入公式3小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為4大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為90BYG2602，為兩相混合式，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4-5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)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：2.4.2.1計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 分快速空載啟動(dòng)和承受最大工作載荷兩種情況計(jì)算。1）快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式4-8可知，包括三部分：一部分是快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)的轉(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)的轉(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)的轉(zhuǎn)軸上的附加。因?yàn)闈L珠絲杠副的傳動(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：根據(jù)式4-9，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：式中 對(duì)應(yīng)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； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。其中 式中 空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為0.5； 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。將以上各值代入得設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，傳動(dòng)鏈的總效率。則由式4-10可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.004； 垂直方向的銑削力，空載為0； 傳動(dòng)鏈的總效率。則得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：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，由式4-13可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(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)的轉(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)的轉(zhuǎn)軸上的附加。因?yàn)闈L珠絲杠副的傳動(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：其中，折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式4-14計(jì)算。在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算時(shí)，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷，則：再計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載的情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：最后求得最大工作負(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：則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:2.4.2.3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)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取，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差得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為?？梢?，滿足要求。2.4.2.4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)矩校核工作臺(tái)最快工進(jìn)速度為，脈沖當(dāng)量為，由式4-16求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，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)輸出轉(zhuǎn)矩校核工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度為，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核與最快空載移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率。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。4）啟動(dòng)頻率計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載啟動(dòng)頻率。則由式4-17可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率：上式說明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于1107Hz.綜上所述，工作臺(tái)選用的90BYG2602電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等，有人將其稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(即PIE，機(jī)器人，CADCAM)之一。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具。由于步進(jìn)電機(jī)具有精度高、慣性小、工作可靠，能實(shí)現(xiàn)高精度快速開環(huán)控制的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種不同的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)作為一種常用的電氣執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域。對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制通常有兩種方法：一種是采用專用控制器，這種控制器主要由脈沖信號(hào)發(fā)生器、環(huán)形脈沖分配器和功率放大器組成；另一種是用PLC主控單元加位控單元實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制，該方法提高了通用化程度，單位控單元價(jià)格昂貴，甚至遠(yuǎn)高于主控單元。控制步進(jìn)電機(jī)電源的脈沖與方向信號(hào)源常用數(shù)控系統(tǒng)，但對(duì)于一些在運(yùn)行過程中移動(dòng)距離和速度均需確定的具體設(shè)備，采用PLC是一種理想的技術(shù)方案。在操作面板上設(shè)定移動(dòng)距離、速度和方向，通過PLC的運(yùn)算產(chǎn)生脈沖、方向信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，達(dá)到對(duì)距離、速度、方向控制的目的。操作面板上的位置旋鈕控制移動(dòng)的距離，速度旋鈕控制移動(dòng)的速度，方向按鈕控制移動(dòng)的方向，啟停按鈕控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止。在實(shí)際系統(tǒng)中，位置與速度往往需要分成幾擋，故位置、速度旋鈕可選用波段開關(guān)，通過對(duì)波段開關(guān)的不同跳線進(jìn)行編碼，可減少操作面板與PLC的連線數(shù)量，同時(shí)也減少了PLC的輸入點(diǎn)數(shù)，節(jié)省了成本。3.2步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應(yīng)用。3.2.1繪制電氣控制系統(tǒng)框圖數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效的運(yùn)行。圖 3-1 僅用PLC控制