幸貴武課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：ZX5型數(shù)控鉆銑床工作臺(tái)設(shè)計(jì) 課程名稱： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名： 幸貴武 學(xué) 號(hào)： 1008030218 年 級(jí)： 2010 任課教師： 胡月明 楊文杰 2013年12月28日貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)誠信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的課程論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。課程論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生信息學(xué)號(hào)1008030218學(xué)院機(jī)械學(xué)院班級(jí)姓名幸貴武專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)自

2、103教師信息姓名胡月明職稱副教授學(xué)歷碩士教師信息姓名楊文杰職稱副教授學(xué)歷碩士任務(wù)書發(fā)出時(shí)間2013年12月9日設(shè)計(jì)題目ZX5型數(shù)控鉆銑床工作臺(tái)設(shè)計(jì)論文（設(shè)計(jì)）起止時(shí)間2013年12月16日2014年1月3日共需周數(shù)3主要內(nèi)容: 設(shè)計(jì)一套數(shù)控鉆銑床XY工作臺(tái) 結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求擬定總體機(jī)械和電氣控制設(shè)計(jì)方案。 根據(jù)擬定的機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行XY坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和元件的選用。 根據(jù)擬定的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)方案框圖設(shè)計(jì)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)元器件選用。 完成工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的工程圖和相關(guān)電氣原理圖的繪制。 編寫設(shè)計(jì)說明書。主要要求: 方案擬定正確，設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)來源可靠，

3、計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。 元?dú)饧x用正確規(guī)范符合國(guó)家頒布標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)械裝配圖紙及相關(guān)電氣圖紙的繪制要求視圖完整、符合最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔、質(zhì)量高。 機(jī)械和電氣部份圖紙折合總量不低于 1 張“0”號(hào)圖量，其中必須含工作臺(tái)機(jī)械裝配圖1張、電氣控制原理框圖、相關(guān)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制電路等電氣原理圖12張。 課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)闡述整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：如課題來源現(xiàn)實(shí)意義、總體方案確定、系統(tǒng)框圖分析、電氣元件選用說明、機(jī)械傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、選用以及機(jī)械和電氣的其它部分。說明書要突出重點(diǎn)，圖文并茂、文字通暢、計(jì)算正確、字跡清晰、內(nèi)容完整。說明書頁數(shù)不少于 20 頁。預(yù)期目標(biāo):設(shè)計(jì)出符合任務(wù)書要求的的數(shù)控鉆銑床XY聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)、

4、電氣控制原理框圖、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，撰寫不低于20頁左右設(shè)計(jì)論文，并附錄相關(guān)資料及設(shè)計(jì)圖紙。計(jì)劃進(jìn)程:序號(hào)計(jì)劃時(shí)間進(jìn)程112.912.16課題調(diào)研及資料收集，研究問題及提出初步總體方案212.1612.17總體方案論證及確定312.1712.23機(jī)械部分方案論證確定及計(jì)算412.2312.30電氣部分方案論證確定及設(shè)計(jì)512.301.1撰寫論文及繪制相關(guān)圖紙61.3答辯主要參考文獻(xiàn):1李斌. 數(shù)控技術(shù)M.華中科技大學(xué)出版社，2013.12尹志強(qiáng).機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，2007.73成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本· 機(jī)械傳動(dòng))M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.14沈愛琴

5、. 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書Z. 貴陽：貴州工業(yè)大學(xué)機(jī)電教研室，1998.95張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：高等教育出版社，2004.16機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.97陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)M. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10ZX5型數(shù)控鉆銑床工作臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)說明參數(shù)指標(biāo)單位量綱鉆銑床型號(hào)ZX1ZX2ZX3ZX4ZX5ZX6ZX7ZX8加速時(shí)間TS0.10.10.20.20.30.30.40.4Y向以上質(zhì)量（含臺(tái)面、工件及夾具等）Kg5055606570758090X向坐標(biāo)行程 mm100150200200

6、240250250300Y向坐標(biāo)行程 80100120150160200240250工作臺(tái)面(X×Y)mm2120×100180×150220×150220×180280×200280×220280×260320×280工作臺(tái)最快快速進(jìn)給速度（快進(jìn)）mm/min1000150020002500工作臺(tái)最大切削進(jìn)給速度（工進(jìn)）400500500600脈沖當(dāng)量mm/pulse0.01定位精度mm0.05重復(fù)定位精度mm0.03步進(jìn)電機(jī)步距角°自定導(dǎo)軌類型自定滾珠絲杠螺距自定控制系統(tǒng)類型自定設(shè)備使用壽命

7、10年；年均工作280天；每天8小時(shí)加工參數(shù)立銑刀最大直徑D=15mm立銑刀齒數(shù)Z=3大銑削寬度銑削深度每齒進(jìn)給量0.1mm銑刀轉(zhuǎn)速500r/min加工材料碳素鋼或有色金屬ZX5型數(shù)控鉆銑床工作臺(tái)設(shè)計(jì)摘 要數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)與制造技術(shù)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、

8、CIMS、敏捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識(shí)是現(xiàn)代機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹了數(shù)控銑床的特點(diǎn)、電機(jī)選型、減速箱的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)部件計(jì)算及選型、滾珠絲杠選型、軸承選型、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度計(jì)算、以及程序?qū)嵗?。關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電氣控制，減速箱，機(jī)械傳動(dòng)貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 34 頁目 錄摘 要 I第一章 前 言11.1 數(shù)控銑床X-Y工作臺(tái)概述11.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析11.3 工作臺(tái)的應(yīng)用21.4 發(fā)展趨勢(shì)21.5 數(shù)控鉆銑床系統(tǒng)XY工作臺(tái)設(shè)計(jì)的目的 2第二章 數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 32.1 導(dǎo)

9、軌副的選用42.2 伺服電機(jī)的選用42.3 絲杠螺母副的選用5 2.4 減速裝置的選用5 2.5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5第三章 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型 63.1 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算63.2 計(jì)算切削力83.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與類型93.3.1 工作載荷的計(jì)算93.3.2 小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算93.3.3 距離額定壽命計(jì)算93.3.4 額定動(dòng)載荷計(jì)算103.3.5 產(chǎn)品選型103.3.6 距離額定壽命L的計(jì)算113.4 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)選擇113.4.1 最大工作載荷的計(jì)算113.4.2 最大動(dòng)工作載荷的計(jì)算123.4.3 初選型號(hào)123.4.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算123.4

10、.5 剛度的驗(yàn)算 133.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核133.4.7 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算143.4.8 滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定143.5 確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào)15第四章 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 164.1 計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度 164.2 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度 174.3 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度 174.4 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K184.5 滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 18第五章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 19第六章 步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選用 206.1 加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量206.2 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 2

11、1 6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 23 6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 246.5 其余附件的選擇 246.5.1 聯(lián)軸器的選擇246.5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用25第七章 驅(qū)動(dòng)電路及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 257.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)267.2 驅(qū)動(dòng)電路流程設(shè)計(jì)267.3 驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)間常數(shù)277.4 電源電路的確定277.5 元器件的確定287.5.1 確定三極管287.5.2 確定R2和R3287.6 驅(qū)動(dòng)電源的選用及驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式287.7 進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖307.8 鉆銑床的加工程序舉例 30第八章 結(jié) 論31第九章 參考文獻(xiàn) 32致 謝32第一章 前 言1.

12、1 數(shù)控銑床X-Y工作臺(tái)概述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。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其外觀形式如圖1.1。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。

13、1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析國(guó)家的繁榮是以其先進(jìn)機(jī)器作為輔助，機(jī)床包括床身、立柱、工作臺(tái)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。從一開始為了滿足加工簡(jiǎn)單的零件而設(shè)計(jì)的直線運(yùn)動(dòng)的XY工作臺(tái)，到現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置從原來的機(jī)械驅(qū)動(dòng)變?yōu)橐簤候?qū)動(dòng)，現(xiàn)在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源。由于工作臺(tái)是一臺(tái)機(jī)床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國(guó)都有對(duì)其進(jìn)行研究，我國(guó)在工作臺(tái)的研究開發(fā)方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。1.3 工作臺(tái)的應(yīng)用目前工作臺(tái)的種類繁多，傳統(tǒng)的

14、工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。并且目前部分工作臺(tái)還可以作為機(jī)床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機(jī)床的性能。1.4 發(fā)展趨勢(shì)隨著國(guó)際上各種技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，工作臺(tái)的功能也向多功能復(fù)合化發(fā)展，工作臺(tái)也會(huì)不斷采用數(shù)控技術(shù)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著運(yùn)行高速化、加工高精化、功能復(fù)合化、控制智能化等方向發(fā)展。1.5 數(shù)控鉆銑床系統(tǒng)XY工作臺(tái)設(shè)計(jì)的目的1.使工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控控制：讓數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工；提升機(jī)床的加

15、工精度、柔性、生產(chǎn)率和操控，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；提升機(jī)床自動(dòng)化程度，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。2.能夠正確運(yùn)用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論的有關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定、比較、分析及進(jìn)行必要的計(jì)算；通過對(duì)設(shè)備改造機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握數(shù)控設(shè)備典型零件的計(jì)算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；通過設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，掌握簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)的基本方法；通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，初步樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)自己分析問題和解決問題的能力；提高自己應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)以及編寫文件等資料的能力。第二章 數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)機(jī)床設(shè)計(jì)的第一步，是總體設(shè)計(jì)。總體設(shè)計(jì)

16、是機(jī)床和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)影響較大。因此必須全面地、周密的考慮，使總體設(shè)計(jì)在技術(shù)上合理先進(jìn)，同時(shí)盡量降低他的成本，提高機(jī)床的效率。機(jī)床的總體設(shè)計(jì)主要包括下列的主要內(nèi)容：1.擬訂機(jī)床的總體方案。2.確定機(jī)床主要參數(shù)，如計(jì)算和選擇尺寸參數(shù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)，動(dòng)力參數(shù)等。把機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟歸納一下可以分成下面的步驟如圖所示。（1）主要的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)是后續(xù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)設(shè)計(jì)認(rèn)為的來源不同。（2）總體方案設(shè)計(jì)總體方案的設(shè)計(jì)主要包括運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)、基本參數(shù)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、總體布局設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（3）總體方案的綜合評(píng)價(jià)與選擇在總體方案的設(shè)計(jì)階段，對(duì)其各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中

17、選擇較好的方案（4）總體方案的設(shè)計(jì)修改或優(yōu)化對(duì)所選的方案進(jìn)行進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，確定最終方案上面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中要交叉進(jìn)行。（5）詳細(xì)設(shè)計(jì)包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖的設(shè)計(jì)、分析計(jì)算或優(yōu)化（6）機(jī)床綜合評(píng)價(jià)對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行整機(jī)性能分析和綜合評(píng)價(jià)。上面步驟可以反復(fù)進(jìn)行，一直達(dá)打設(shè)計(jì)結(jié)果滿意為止。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)反復(fù)進(jìn)行，可以提高依次設(shè)計(jì)成功率。同時(shí)設(shè)計(jì)的過程中盡量要考慮機(jī)床的操作部位的布局，要求達(dá)到人機(jī)達(dá)到和諧。設(shè)計(jì)任務(wù)機(jī)床主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體方案綜合評(píng)價(jià)與選擇總體方案的設(shè)計(jì)修改（優(yōu)化）圖續(xù)：詳細(xì)設(shè)計(jì)機(jī)床整機(jī)的綜合評(píng)價(jià)滿足設(shè)計(jì)要求結(jié)束機(jī)床的總體方案的

18、依據(jù)包括：機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇、導(dǎo)軌副的選用等。 2.1 導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)數(shù)控銑床工作臺(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)。2.2 伺服電機(jī)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)來說還是偏低，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，空載最快移動(dòng)速度也只有2000mm/min,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。2.3 絲杠螺母副的選用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

19、的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足初選0.01mm脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪?#177;0.05mm，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)要有一定的精度損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是±0.017mm和±0.025mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無法做到，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。同時(shí)選用內(nèi)循環(huán)的形式，因?yàn)檫@樣摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。由于定位精度不高，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，裝卸方便。由于工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度V

20、xmax = Vymax =2000mm/min，所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即“一端固定，一端游動(dòng)”的軸承配置形式。2.4 減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，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)。為此，本例決定采用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。 考慮到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、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)擬采用相同的型號(hào)和規(guī)格。2.5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，選用MCS-5

21、1系列的8位單片機(jī)AT89S52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)。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)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路等。 步進(jìn)電機(jī)控制XY軸系統(tǒng)總體框圖第三章 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3.1 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量和。選擇碳鋼，密度為7.81-7.85g/cm3 ，故選約7.83 g/cm3。XY工作臺(tái)如圖所示:圖3.1X向拖板(上拖板)尺寸為: 長(zhǎng)×寬×高=320×280×40重量:按重量=體積*材料比重估算為: =

22、320×280×40×7.83×10-3×10-3×9.8=275NY向拖板(下拖板)尺寸為: 長(zhǎng)×寬×高=320×320×40重量=320×320×40×7.83×10-3×10-3×9.8=314N上導(dǎo)軌(含電機(jī))、臺(tái)面、 夾具及工件等估算重量為：70×9.8=686NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:W=275N+314N+686N=1275N按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速

23、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1275N。3.2 計(jì)算切削力根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：立銑刀 最大直徑的D=d=15mm立銑刀齒數(shù)Z=3大銑削寬度=15mm銑削深度=8mm設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。由數(shù)控加工工藝與編程中P13頁的表中，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進(jìn)給量fz=0.1mm銑刀轉(zhuǎn)速n=500r/min由金屬切削原理與刀具中P200,查得立銑時(shí)切削力計(jì)算公式為：代如上式得： FC =118×150.85×0.10.75 ×15-0.73&#

24、215;81.0×5000.1×3=1407N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金屬切削原理與刀具中查得，各銑削力之間的比值范圍如下：=(1.01.2) 取1.1/=(0.20.3) 取0.25/=（0.350.4） 取0.38考慮逆銑時(shí)的情況，因?yàn)槟驺姷那闆r的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險(xiǎn)的工況。由此可估算三個(gè)方向的銑削力分別為： Ff=1.1FC=1548N（與絲杠軸線平行） Ffn=0.25FC=352N（與工作臺(tái)面垂直） Fe=0.38FC=535N（與絲杠軸線垂直）考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為和。今將水平

25、方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。FX=Ff=1548N Fy= Ffn=352NFZ=Fe=535N3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與類型3.3.1 工作載荷的計(jì)算工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(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)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： 其中，移動(dòng)部件重量G=1275N,外加載荷外加載荷F=Fe=535N。得最大工作載荷Fmax=853.75N=854N=0.854KN查機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)查表341表根據(jù)工作載荷=0.854kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為

26、KL系列的JSA-LG15型，其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷。3.3.2 小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算預(yù)期工作臺(tái)的工作壽命為10年，一年365天，取工作時(shí)間為280天，每天工作8小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽Lh=22400h3.3.3 距離額定壽命計(jì)算由公式，從而得到式中：為小時(shí)額定工作壽命。 n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（46）取5S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工范圍為280mm×200mm取300mm代入數(shù)據(jù)，得：L=4032km .3.3.4 額定動(dòng)載荷計(jì)算由公式從而得到：式中：為額定動(dòng)載荷L為距離工作壽命，由上式可知為4032kmF為滑塊的工作載荷，由上式可知為854N代入數(shù)據(jù)得： =7379N=

27、0.7379N<<7.94KN3.3.5 產(chǎn)品選型根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG15型其結(jié)構(gòu)形式如下：圖3.2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副1、導(dǎo)軌 2、滑塊 3、返向器 4、密封端蓋 5、注油杯圖其主要參數(shù)如下：表3.1 JSA-LG15型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副參數(shù)額定載荷靜態(tài)力矩/N.m滑座重量Kg導(dǎo)軌重量Kg/m導(dǎo)軌長(zhǎng)度L/mm動(dòng)載荷KN靜載荷KN7949.55555880.603.10640滑座個(gè)數(shù)M單行程長(zhǎng)度S（m）每分鐘往返次數(shù)n474任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)的有效行程為L(zhǎng)X=240mm,LY=160mm ,工作臺(tái)面尺寸280

28、5;200mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為640mm。3.3.6 距離額定壽命L的計(jì)算上述所取的KL系列JSA-LG15系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過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。分別取硬度系數(shù)=1.0，溫度系數(shù)=1.00，接觸系數(shù)=0.81，精度系數(shù)=0.9，載荷系數(shù)=1.5，代入式，得距離壽命： =4762km 工作壽命的計(jì)算 Lh =26456h>22400h 故導(dǎo)軌工作壽命足夠。3.4 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)選擇3.4.1 最大工作載荷的計(jì)算如前所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲

29、杠軸線平行）=154N,受到橫向載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=352N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）=Fy=535N。已知移動(dòng)部件總重量W=1275N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm=Feq=KFx+(Fv+Fy+W)=1.1×1548+0.005×( 535+352+1275)= 1714N 3.4.2 最大動(dòng)工作載荷的計(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=500mm/min，初選絲杠導(dǎo)程P=6mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=83r/min。預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作10年, 一

30、年365天，取工作時(shí)間為280天，每天工作8小時(shí)，由此得使用壽命為：T=10×280×8=22400h，根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)中P110，公式54得：其中： T使用壽命 22400 h, 滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 83r/min。求得： =112（）查數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)中P110，表5-1、5-2得，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時(shí)，硬度影響系數(shù)取值，由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)中P109，式(5-3) 代入數(shù)據(jù)得：CC=10741N3.4.3 初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3206-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定

31、反向器單螺母式，其公稱直徑=32mm，導(dǎo)程=6mm，循環(huán)滾珠為4圈×1系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷=18292N，大CC，滿足要求。3.4.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算 將公稱直徑d0=32mm，導(dǎo)程=6mm，代入，得絲杠螺旋升角=。將摩擦角=10，代入,得傳動(dòng)效率=95.5%3.4.5 剛度的驗(yàn)算X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定，一端游動(dòng)的軸承配置”的方式。鋼的彈性模量E=2.1105Mpa;查表得滾珠直徑dw=DW=3.969mm，絲杠底徑=27.2mm,絲杠截面積。絲杠的拉伸或壓縮變形量在總變形量中占的比重較大，按忽略式中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉

32、/壓變形量=0.008mmA.滾珠絲杠滾道間的接觸變形量2 根據(jù)公式=26-3=23，求得單圈滾珠數(shù)Z=23；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為41，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=92。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力/3=571N。則由式，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2=0.0017933=0.002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=0.001mm。B.將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度600mm）=0.008+0.001=0.009mm=9本例中，絲杠的有效行程為300mm，由表知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315-400mm時(shí)，行程偏差

33、允許達(dá)到25，可見絲杠剛度足夠。3.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷。取支承系數(shù)=1；由絲杠底徑=27.2mm求得截面慣性矩26855；鋼的彈性模量E=2.1105Mpa；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600mm。代入式，得臨界載荷=51485N，遠(yuǎn)大于工作載荷=1714N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。表3.2 G系列滾珠絲杠副尺寸參數(shù)規(guī)格代號(hào)公稱直徑導(dǎo)程滾珠直徑絲杠底徑絲杠外徑循環(huán)列數(shù)額定載荷/NG3206-43263.96927.231.241829247148螺母安裝尺寸油杯LBhM50826760137712M6綜上所述，初選的滾

34、珠絲杠副滿足使用要求。3.4.7 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算對(duì)于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速，由數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)中P111式5-10得：其中: 32-1.2×3.969=27.24mm 為臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度LC=27.2mm 為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動(dòng)）代入數(shù)據(jù)得：nc =5627r/min臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。3.4.8 滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3206-4型滾珠絲杠副，完全符合滿足所需要求，故確定選用該型號(hào)，由表一可知絲杠所需的安裝連接尺寸3.5 確定滾

35、珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào)按公式計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力。已知滾珠絲杠螺紋底徑=27.2mm，滾珠絲杠溫升變化值t=2。則X：=1.81×t×=1.81×2×27.22=2678N 同Y：=1.81×t×=2678N(1)按數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)公式2-33計(jì)算軸承所受的最大軸向載荷FmaxX橫向: =+1/2FX=3452N Y橫向：=+1/2Fy=2854N(2)計(jì)算軸承的預(yù)緊力X橫向: =1151NY橫向： =951N(3)計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷 X橫向:=+=2699N Y橫向: =1303N(4)按數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)公式2-15

36、計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷已知軸承的工作轉(zhuǎn)速n=2000/6=333r/min，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷=2699N。軸承的基本額定壽命L=20000h。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為：X橫向： =×cos60°=2699×0.5N=1349.5N Y橫向： =651.5NX橫向： =×sin60°=2699×0.87N=2348.13N Y橫向： =1133.61N=1.742.17 查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表2-25得，徑向系數(shù)x=1.9，軸向系數(shù)y=0.54故：X橫向： P=X+Y=3832.04N Y橫向： P=X+Y=1850NX橫

37、向： C=·=28225.30NY橫向： C=·=13626.37N(5)確定軸承的規(guī)格型號(hào)。因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采用預(yù)拉伸措施，所以選用60°角接觸球軸承組背對(duì)背安裝，以組成“一端固定，一端游動(dòng)”的軸承配置支承形式。由于滾珠絲杠的螺紋底徑=27.2mm，所以選用軸承內(nèi)徑d為27mm以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。在滾珠絲杠的兩端均選擇國(guó)產(chǎn)60°角接觸軸承，軸承的型號(hào)為：760306TNI/P4DFB，尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為27 mm×72 mm×19mm，選用脂潤(rùn)滑，該軸承的預(yù)載荷能力=2900 N ,大于計(jì)算所得

38、的軸承預(yù)緊力=1151N。并在脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1900 r/min ,高于滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速n=333r/min，故滿足要求。該軸承的額定動(dòng)載荷為=34500 N,而該軸承在20000h工作壽命下的額定載荷 C=28225.30N，也滿足要求。第四章 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度4.1 計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度本工作臺(tái)的絲杠支承方式為“一端固定，一端游動(dòng)”的軸承配置，由圖知，當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心位于滾珠絲杠兩支承的中心位置（a=L/2，L=600mm）時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度，可按數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)公式（2-45）計(jì)算。=6.6×=813.8N/m當(dāng)a=L=450mm或a=

39、LJ =150mm時(shí)（即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端位置時(shí)）滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度，可按公式計(jì)算。=6.6×=1507N/m4.2 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度已知軸承接觸角=60°，滾珠體直徑=7.144mm；滾珠體個(gè)數(shù)Z=17，軸承的最大軸向（X橫向）工作載荷=3452N，查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表得：=4×2.34×=1428.16N/mY橫向： =2854N=4×2.34×=1304.41N/m4.3 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)A-3得滾珠與滾道的接觸剛度K=1585N/m，額定動(dòng)載荷=46500N，

40、滾珠絲杠上承受的最大軸向（X橫向）載荷=1548N，故由數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)公式（2-46b）得:=K() =1585=1098.50N/mY橫向： =352N=K()=670.49 N/m4.4 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K由數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)公式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為：=+= =0.0029=344.83N/m由數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)公式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為：=+ =0.0028=357.14N/m同理Y橫向： =+=0.0025=400N/m=+=0.003=333N/m4.5 滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算由計(jì)算知，扭矩作用點(diǎn)之間的距離L=600mm，已知剪切模

41、量G=8.1×MPa滾珠絲杠的底徑=27.2×m，由公式得：=7250.85Nm/rad第五章 步進(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)。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠的的導(dǎo)程Ph=6mm， 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0.75°。根據(jù)式，算得減速比：=（0.756）/（3600.01）=1.25 本設(shè)計(jì)選用

42、常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。因傳遞的扭矩較小，取大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為80：64，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)到55HRC。減速箱中心距為a=（80+64）1/2mm=72mm,小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。如圖所示，薄片齒輪2與軸整體鍛造而成，保證了機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，薄片齒輪1套裝在軸上，兩片薄齒輪之間可作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖5.1 雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)1、2-薄齒輪 3-彈簧 4、8-凸耳 5-調(diào)節(jié)螺釘 6、7-螺母小齒輪齒數(shù)：=64 大齒輪齒數(shù)：=80分度圓直徑：d1=mz1=1×64=64mm d2=mz2=1×80

43、=80mm齒頂圓直徑：da1=d1+2ha=64+2=68mm da2=d2=2ha=80+2=82mm齒根圓直徑：df1=d1-2hf=64-2.5=61.5mm df2=d2-2hf=80-2.5=77.5mm第六章 步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選用6.1 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滾珠絲桿總長(zhǎng)L=600mm基本導(dǎo)程Ph=6mm材料密度=7.83g/cm3移動(dòng)部件總重力G=W=1275N小齒輪寬度b1=20mm小齒輪直徑d1=64mm大齒輪寬度b2=10mm大齒輪直徑d2=80mm傳動(dòng)比i=80/64=1.25得滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS=LR4/2=4.834k

44、g.cm2托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JW=JT=(Ph/2).2G/g=1.188 kg.cm2小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ1=b1R4/2=0.161 kg.cm2大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ2=b2R4/2=0.0806 kg.cm2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG2602，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)步距角為，從機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)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)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=19.067 kg.cm26.2 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

45、式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（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)是折算到電動(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)式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（4-12）可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：根據(jù)式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（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r/min； 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2000mm/

46、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，本設(shè)計(jì)=0.01 mm/pulse。將上式各值代入式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（6-15）,算得nm=417r/min設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間ta=0.3s，傳動(dòng)鏈總效率。則由式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（6-14）求的：Tamax=0.396=0.40N.M由式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（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：式中： 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005； 垂直方向的切削力，空載時(shí)取0； 傳動(dòng)鏈總效率。取0.7.則由式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（6-16），得：=0.01N.m最后由式（6-16）,求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受

47、的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+ =0.40+0.01=0.41N.m(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）機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)可知，包括三部分：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；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)是折算到電動(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。相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：其中，由式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（4-14）計(jì)算。已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷FX=Ff=1548N，則有：Tt=FfPh/2i=1.69 N.m再由式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（4-10）計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（FZ=535N）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電

48、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：Tf=(FZ+G)Ph/ 2i=0.01N.m最后由式機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（6-18），求的最大工作負(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：=1.69+0.01=1.70 N.m經(jīng)過上述計(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：Teq=maxTeq1,Teq2=1.70 N.m6.3 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： Tjmax4Teq=4×1.7

49、0=6.80 N.m上述選定的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG2602，由表機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。顯然，滿足要求。6.4 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)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度500mm/min，脈沖當(dāng)量0.01mm/pulse，由式得fmaxf=833Hz從110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率特性機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)表4-7中可以查得，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Teq2=1.70 N.m，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)書給定工作最快空載移動(dòng)速度2000mm/min，由式fmaxf=3333Hz

50、，從機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)表4-7查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載起動(dòng)式的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=0.20 N.m，滿足要求。(3)最快空載移動(dòng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與最快空載移動(dòng)速度2000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為fmaxf=3333Hz，查機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)表4-5可知110BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000Hz，可見滿足要求。(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Jeq=4.834kg/cm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶負(fù)荷負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率（查表4-51），則由式可以求出步進(jìn)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：fL=1565 Hz上式說明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)侯的起動(dòng)頻率都必須小于1565 Hz。綜上所述，本設(shè)計(jì)工作臺(tái)的Y向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用110BYG2602型號(hào)的完全滿足設(shè)計(jì)要求。6.5 其余附件的選擇6.5.1 聯(lián)軸器的選擇剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易， 免維護(hù)，超強(qiáng)抗油以及耐腐蝕，即使承受負(fù)載時(shí)也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負(fù)荷時(shí)，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。適用于安裝底座剛性好、對(duì)中精度較高