21-數(shù)控X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)【行程300X250mm】【CAD圖紙、word說(shuō)明書(shū)】
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數(shù)控X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)
目錄
1.引言: 3
2.設(shè)計(jì)任務(wù) 4
3.總體方案的確定 4
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 4
3.1.1導(dǎo)軌副的選用 4
3.1.2絲杠螺母副的選用 5
3.1.3減速裝置的選用 5
3.1.4伺服電動(dòng)機(jī)的選用 5
3.1.5檢測(cè)裝置的選用 5
3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5
3.3 繪制總體方案圖 5
4.機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型 6
4.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算 6
4.2 銑削力的計(jì)算 6
4.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型(縱向) 6
4.3.1 塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 6
4.3.2 距離額定壽命L的計(jì)算 7
4.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 7
4.4.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算 7
4.4.2 最大動(dòng)工作載荷FQ的計(jì)算 8
4.4.3 初選型號(hào) 8
4.4.4 傳動(dòng)效率η的計(jì)算 8
4.4.5 剛度的驗(yàn)算 8
4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核 8
4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 9
4.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 9
4.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 9
4.6.2 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Teq 9
4.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 11
4.6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 11
9.致謝 12
參考文獻(xiàn) 13
1.引言:
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。
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。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)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(mén)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)。
2.設(shè)計(jì)任務(wù)
題目:數(shù)控X-Y工作臺(tái)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X-Y數(shù)控工作臺(tái),主要參數(shù)如下:
1、設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)X向數(shù)控運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái);
2、數(shù)控運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力源可以采用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),但是所選電機(jī)必須與該電機(jī)生產(chǎn)廠所列技術(shù)數(shù)據(jù)一致;
3、工作臺(tái)尺寸300×250mm( X /Y);
4、工作臺(tái)工作行程為:300;
5、脈沖當(dāng)量要求為:X向0.01mm/脈沖;
6、X向最高進(jìn)給速度:300mm/min;
7、X向最高空載快進(jìn)速度:700mm/min;
8、工件最大重量(包括夾具)為:150KG;
10、工作壽命每天8小時(shí),連續(xù)工作5年,250天/年
3.總體方案的確定
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇
3.1.1導(dǎo)軌副的選用
設(shè)計(jì)數(shù)控工作臺(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)。
3.1.2絲杠螺母副的選用
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),需要滿足mm的定位精度,滑動(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。
3.1.3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)有消間隙機(jī)構(gòu),選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。
3.1.4伺服電動(dòng)機(jī)的選用
任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.01mm,定位精度也未達(dá)到微米級(jí),空載最快移動(dòng)速度也只有因此3000mm/min,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(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。
3.1.5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(kāi)環(huán)控制,也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)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、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)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。
3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1)設(shè)計(jì)的X-Z工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控上,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)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)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU,能夠滿足任務(wù)書(shū)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,還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器,鍵盤(pán)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。
3.3 繪制總體方案圖
總體方案圖如圖所示。
總體方案圖
4.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
工件最大重量(包括夾具)為:150KG;
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:
(6-11)
假設(shè)選擇銑刀的直徑為d=15mm,齒數(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,背吃刀量=7mm ,每齒進(jìn)給量,轉(zhuǎn)速。則由式(6-11)求的最大銑削力:
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:,,。圖3-4a為臥銑情況,現(xiàn)考慮立銑,則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力,受到水平方向的銑削力分別為和。今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,徑向銑削力為。
4.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型(縱向)
4.3.1 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。本例中的X-Y工作臺(tái)為水平布置,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),則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為:
(6-12)
其中,移動(dòng)部件重量G=1500N,外加載荷,代入式(6-12),得最大工作載荷=686N=0.686kN。
查表根據(jù)工作載荷=0.686kN,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,額定靜載荷。
4.3.2 距離額定壽命L的計(jì)算
上述所取的KL系列JSA-LG25系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC,工作溫度不超過(guò)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)f=1.0,溫度系數(shù)f=1.00,接觸系數(shù)f=0.81,精度系數(shù)f=0.9,載荷系數(shù)f=1.5,代入式(3-33),得距離壽命:
L=
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Fm的計(jì)算
如前所述,工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Fx=1408N,受到橫向載荷(與絲杠軸線垂直)Fy=320N,受到垂直方向的載荷(與工作臺(tái)面垂直)Fz=486N.
已知移動(dòng)部件總重量G=800N,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=KFx+(Fz+Fy+G)=[1.11408+0.005(486+320+800)]N1557N
4.4.2 最大動(dòng)工作載荷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=300mm/min,初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/6h=80r/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:106r)。
查表,取載荷系數(shù)fw=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí),取硬度系數(shù)fH=1.0,代入式(3-23),求得最大動(dòng)載荷:
FQ=
4.4.3 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2005-3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圈*1系列,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η的計(jì)算
將公稱直徑d0=20mm,導(dǎo)程Ph=5mm,代入λ=arctan[Ph/(d0)],得絲杠螺旋升角λ=4°33′。將摩擦角ψ=10′,代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得傳動(dòng)效率η=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。絲杠的兩端各采用-對(duì)推力角接觸球軸承,面對(duì)面組配,左、右支承的中心距約為a=500mm;鋼的彈性模量E=2.1х105Mpa;查表得滾珠直徑Dw=3.175mm,絲杠底徑d2=16.2mm,絲杠截面積S=/4=206.12m。
忽略式(3-25)中的第二項(xiàng),算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量mm=0.0180mm.。
(2) 根據(jù)公式,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31,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/3=519N。則由式(3-27),求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量mm。
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=0.0012mm。
(3) 將以上算出的和代入,求得絲杠總變形量(對(duì)應(yīng)跨度500mm)=0.0192mm=19.2
本例中,絲杠的有效行程為330mm,由表知,5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315~400mm時(shí),行程偏差允許達(dá)到25,可見(jiàn)絲杠剛度足夠。
4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核
根據(jù)公式(3-28)計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷FK。取支承系數(shù)=1;由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380.88;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FK=1557N,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=0.004mm/脈沖,滾珠絲杠的的導(dǎo)程Ph=5mm, 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0.75°。根據(jù)式(3-12),算得減速比:
=(0.755)/(3600.004)=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JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm,齒數(shù)比為75:30,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[(75+30)1/2]mm=57mm,小齒輪厚度為20mm,雙片大齒輪厚度均為10mm。
4.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型
4.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq
已知:滾珠絲杠的公稱直徑d0=20mm,總長(zhǎng)l=500mm,導(dǎo)程Ph=5mm,材料密度=7.8510-5kg/;移動(dòng)部件總重力G=800N;小齒輪齒寬b1=20mm.,直徑d1=30mm,大小齒輪齒寬b2=20mm,直徑d2=75mm;傳動(dòng)比i=25/10。
如表4-1所示,算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下:
滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=0.617kg·cm2;拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw=0.517kg·cm2;小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1=0.125 kg·cm2;大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2=4.877 kg·cm2。
初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為90YBG2602,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0.75°,從表查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4 kg·cm2。
則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
=5.087 kg·cm2
4.6.2 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Teq
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:
=+ (6-13)
根據(jù)式(4-9),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:
= (6-14)
其中: =1562.5r/min (6-15)
式中—空載最快移動(dòng)速度,任務(wù)書(shū)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0.75;
—脈沖當(dāng)量,本例=0.004mm/脈沖。
設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間,傳動(dòng)鏈總效率。則由式(6-14)求得:
=
由式(4-10)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:
= (6-16)
90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線
式中——導(dǎo)軌的摩擦因素,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005
——垂直方向的銑削力,空載時(shí)取0
——傳動(dòng)鏈效率,取0.7
最后由式(6-13)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:
=+=0.2988Nm (6-17)
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)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)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:
=+ (6-18)
其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式(4-14)計(jì)算。有:
再由式(4-10)計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載情況下,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:
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:
=+=0.643N/m (6-19)
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:
4.6.3 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(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)。取K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足:
(6-20)
初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為90BYG2602,查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm??梢?jiàn),滿足要求。
4.6.4 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)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=400mm/min,脈沖當(dāng)量/脈沖,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5.6Nm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.643Nm,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(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=3000mm/min,求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率。在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=1.7Nm,大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.2988Nm,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=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查表知90BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000,可見(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,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。由式(4-17)可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為:
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。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90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī),完全滿足設(shè)計(jì)要求。
結(jié)論
這次設(shè)計(jì)剛開(kāi)始時(shí)不知從何下手,在老師的指導(dǎo)下到圖書(shū)館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次,有參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料,終于知道了該怎么做。接下來(lái)篩選出一系列有價(jià)值的資料,與同組同學(xué)不斷的討論、向老師請(qǐng)教,終于完成了設(shè)計(jì)。
在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中,不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn),還學(xué)到了新的知識(shí),同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來(lái),做到了學(xué)以致用,還學(xué)會(huì)了查資料,除此之外,我還懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性,知道了集體的力量!
當(dāng)然,在此過(guò)程中也有許多不足之處,例如:知識(shí)的不全面,所學(xué)的還沒(méi)有全部掌握,思維的狹隘等,讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。
同時(shí),做設(shè)計(jì)也是磨練決心與毅力的過(guò)程,面對(duì)復(fù)雜冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù),打印長(zhǎng)篇的論文,我也想過(guò)放棄,但想到它的意義我就又堅(jiān)持了下來(lái)。做完了后,有一種豁然開(kāi)朗的感覺(jué),內(nèi)心激動(dòng)無(wú)比,經(jīng)過(guò)了這次設(shè)計(jì)以后,我有信心,我也堅(jiān)信只要努力、堅(jiān)持,我們就能走好人生的每一步。
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