小型立式銑床工作臺(tái)升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要2第一章 總體設(shè)計(jì)方案擬定31.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定與伺服系統(tǒng)的選擇31.2機(jī)械傳動(dòng)方式31.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇3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42.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力42.2.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷52.2.3 滾珠絲杠螺母副的選型52.2.4 傳動(dòng)效率計(jì)算62.2.5 剛度的驗(yàn)算62.2.6 穩(wěn)定性驗(yàn)算82.2.7 滾珠絲杠副的幾何參數(shù)92.3滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇10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12步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用12步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型13第三章 微機(jī)

2、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183.3可編程邏輯控制器193.4工作臺(tái)升降控制20主要參考文獻(xiàn)22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)

3、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)；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)?？紤]到工作臺(tái)實(shí)際位移的檢測(cè)，補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，采用開環(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

4、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 三菱PLC具有結(jié)構(gòu)靈活，傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，范圍廣，低成本，適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。因此我們采用三菱PLC。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/mim；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/

5、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 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： （2-1）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

6、（2-2） 計(jì)算最大動(dòng)載荷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： （2-3） （2-4）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3-26，=1.3；可靠性系數(shù)，查表3-27，取=0.62，可靠度為95。初選導(dǎo)程=5，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 =20 （2-5） （2-6） （

7、2-7） 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GD2004-3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)。 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率： （2-8）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GD2004-3的滾珠絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)可知絲杠螺旋升角為： （2-9）代入公式計(jì)算得 ： （2-10） 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=16mm,絲

8、杠螺紋長度取= 250+162+72=354mm,支撐跨度= 550mm,絲杠的全長L=650mm。圖2-1 Z向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)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： （2-11）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。 （2-12）計(jì)算得 （2-13）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

9、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： （2-14）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。 （2-15） （2-16） （2-17） （2-18）根據(jù)以上計(jì)算得： （2-19）由表3-27得4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0.01mm合乎設(shè)計(jì)的要求。 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： （2

10、-20）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： （2-21） 絲杠兩支承端距離，我所選用滾珠絲杠的支承方式是雙推-雙推,則查指導(dǎo)書中的表3-34可知?jiǎng)t代入數(shù)據(jù)算得： = （2-22） （2-23）滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.7 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

11、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

12、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 （2-24）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： （2-25）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。使用壽命用公式 （2-26）式中 單向行程，=250；N每分鐘往返次數(shù)。 （2-27）初選直線導(dǎo)軌副型參為SBG

13、15FL 額定動(dòng)載C=8500N。代入公式計(jì)算得： （2-28）2、壽命時(shí)間的計(jì)算 >15000h （2-29） 故初選型號(hào)滿足設(shè)計(jì)要求。 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，算得減速比： （2-30） 本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF

14、-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（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 （2-31）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

15、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： （2-32）2）工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 其公式為： （2-33）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 （2-34）3）小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （2-35）4）大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （2-36）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： （2-37）（2）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

16、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，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，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： （2-38）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)矩為： （2-39） 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。 （2-40）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)

17、為； 脈沖當(dāng)量。將以上各值代入得 （2-41）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 （2-42）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： （2-43）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： （2-44）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，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， 相對(duì)于和很小，

18、可以忽略不計(jì)，則有： （2-45）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： （2-46）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： （2-47）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： （2-48）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: （2-49）（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)

19、。取，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： （2-50）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?？梢姡瑵M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)矩校核工作臺(tái)最快工進(jìn)速度為，脈沖當(dāng)量為，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為 （2-51）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 （2-52）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

20、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。則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為： （2-53）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，

21、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)于步進(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

22、貴，甚至遠(yuǎn)高于主控單元?？刂撇竭M(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)

23、電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移。在自動(dòng)控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，故又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。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)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求。 二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。 三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控

24、制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。測(cè)速電機(jī)是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，并傳遞到輸入端作為反饋信號(hào)。測(cè)速電機(jī)為一種輔助型電機(jī)，在普通直流電機(jī)的尾端安裝測(cè)速電機(jī)，通過測(cè)速電機(jī)所產(chǎn)生的電壓反饋給直流電源，來達(dá)到控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測(cè)和速度反饋，亦可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動(dòng)記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式、反應(yīng)式和混合式。永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一

25、般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大?；旌鲜讲竭M(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，混合式步進(jìn)電機(jī)隨著相數(shù)（通電繞組數(shù)）的增加，步進(jìn)角減小，精度提高，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求和計(jì)算選用90BYG2602型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，查表4-14，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)器為BD28Nb。3.3可編程邏輯控制器PLC即可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC具有以下鮮明的特點(diǎn)： (1) 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，