x-y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計

華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計圖紙課程設(shè)計說明書題 目： x-y 數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計系部名稱： 機械電子工程系 專業(yè)班級： 機電1班學(xué)生姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師：2014年12月華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計摘 要X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)是一個開環(huán)控制系統(tǒng)

,其結(jié)構(gòu)簡單

,實用方便而且能夠保證一定的精度。X-Y數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。因此，選擇X-Y數(shù)控工作臺作為課程設(shè)計的內(nèi)容，對機械電子專業(yè)的學(xué)生具有普遍意義。本文結(jié)合普通數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一臺 X-Y數(shù)控工作臺，為銑床的數(shù)控化奠定了基礎(chǔ)。首先，確定了 X-Y數(shù)控工作臺的總體設(shè)計方案，包括機械傳動部件的選擇和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計，機械傳動部件的選擇如導(dǎo)軌副選用，絲桿螺母副的選用，減速裝置的選用，伺服電動機的選擇等。其次，對 X-Y數(shù)控工作臺進行機械部分設(shè)計，包括直線導(dǎo)軌副的計算與選型，滾珠絲杠螺母副的計算與選型等。最后，對 X-Y數(shù)控工作臺系統(tǒng)設(shè)計。通過設(shè)計能夠滿足設(shè)計要求，達到數(shù)控工作臺的基本要求，因本人水平有限，錯誤和不足之處，敬請老師批評指正。關(guān)鍵字：X-Y數(shù)控工作臺，機電一體化系統(tǒng)，滾珠絲杠螺母副，伺服電動機華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計目錄第1章概述...................................................................................................錯誤！未定義書簽。1.1設(shè)計任務(wù)...................................................................................................錯誤！未定義書簽。第2章總體方案的確定...................................................................................................................2.1機械傳動部件的選擇...................................................................................................................2.1.1導(dǎo)軌副的選用............................................................................................................................2.1.2絲杠螺母副的選用....................................................................................................................2.1.3減速裝置的選用........................................................................................................................2.1.4伺服電動機的選用....................................................................................................................2.1.5檢測裝置的選用........................................................................................................................2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計.........................................................................................................................第3章繪制總體方案圖....................................................................................................................第4章機械傳動部分的計算與選型.....................................................................................................4.1導(dǎo)軌上移動部件的重量估算........................................................................................................4.2 銑削力的計算...............................................................................................................................4.3 直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型 ...................................................................................................4.3.1 滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選取 ........................................................................4.3.2 距離額定壽命的計算 ................................................................................................................4.4 滾珠絲杠螺母副的計算與選型 ...................................................................................................4.4.1 最大工作載荷 Fm的計算..........................................................................................................4.4.2 最大動載荷FQ的計算..............................................................................................................4.4.3 初選型號....................................................................................................................................4.4.4 傳動效率η的計算....................................................................................................................4.4.5 剛度的驗算................................................................................................................................4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核........................................................................................................................4.5 步進電動機減速箱的選用 ...........................................................................................................4.6 步進電機的計算與選型 ...............................................................................................................4.7 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用 ...........................................................................................................第5章工作臺控制系統(tǒng)的設(shè)計...........................................................................................................................第6章步進電機驅(qū)動電源的使用.....................................................................................................................參考文獻.........................................................................................................................................華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)題目：X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一種供立式數(shù)控銑床使用的 X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：1）立銑刀最大直徑 d=15mm；2）立銑刀齒數(shù) Z=3；3）最大銑削寬度 ae=15mm；4）最大背吃刀量 ap=8mm；）加工材料為碳素鋼；）X、Y方向的脈沖當(dāng)量δx=δy=0.005mm/脈沖；）X、Y方向的定位精度均為±0.01mm；）工作臺導(dǎo)軌長度為1260mm；9）工作臺空載最快移動速度vxvy3000mm/min；10）工作臺進給最快移動速度vxmax=vymax=3000mm/min；11）工作臺尺寸為230mm3230mm12）加工范圍偉250mm3250mm二、總體方案的確定2.1機械傳動部件的選擇2.1.1 導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計的X-Y工作臺是用來配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點。2.1.2 絲桿螺母副的選用伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲桿螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，要滿足 0.005mm的脈沖當(dāng)量±0.01mm和的定位精度，滑動滑動絲桿副無能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達到。滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方式選用墊片調(diào)隙式，這種方法結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、裝卸方便，適用于一般精度的機構(gòu)滾珠絲杠的安裝采用一端固定，一端游動的方式，因其壓桿穩(wěn)定性和臨華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計界轉(zhuǎn)速較高。2.1.3 減速裝置的選用選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙結(jié)構(gòu)。為此，決定采用無間隙齒輪傳動減速器。2.1.4 伺服電動機的選用任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快速度也只有3000mm/min。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好一些的步進電動機，如混合式步進電動機，以降低成本，提高性價比。2.1.5 檢測裝置的選用選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進電動機來說還是偏高的，為了確保電動機在運轉(zhuǎn)過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進電動機的步距角相匹配。 考慮到X、兩個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)計工作量，X、Y兩個坐標的導(dǎo)軌副、絲桿螺母副、減速裝置、伺服電動機，以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型。對于步進電動機的半閉環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機AT89C52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。3) 要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇 CPU之后，還需要擴展程序儲存器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。三、繪制總體方案圖總體方案圖如圖所示四、機械傳動部件的計算與選型華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計4.1 導(dǎo)軌上移動部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計重量約為 800N。4.2銑削力的計算設(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查得立銑時的銑削力計算公式為：Fc118ae0.85fz0.75d0.73a1p.0n0.13Z(1)今選擇銑刀直徑 d=15mm，齒數(shù)Z=3，為了計算最大銑削力，在不對稱銑削的情況下， 取得最大銑削寬度 ae 15mm，背吃刀量ap8mm，每齒進給量fz0.1mm，銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min。則由(1)式求得最大銑削力：Fc=118×150.85×0.10.75×15-0.73×81.0×3000.13×3N≈1463N采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由Fc=1463N表查得，考慮逆銑時的情況，可估算三個方向的銑削Ff=1609N力分別為F=1.1F≈1609N，F(xiàn)=0.38F≈556N，fcecfn=0.25c≈366N，F(xiàn)e=556NFF工作臺受到垂直方向的銑削力F=F，受到水平方向F=366Nfnze的銑削力分別為Ff和Ffn。今將水平方向較大的銑削力分配給，F(xiàn)z=Fe=556N工作臺的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力xfF=F=1609N徑向銑削力y=fn=366NFF4.3直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型4.3.1滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選取 工作載荷是影響直線滾動導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計中的X-Y工作臺為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：PCGF4其中，移動部件重量G=800N，外加載荷=F=556N，得最z

Fx=Ff=1609NFy=Ffn=366N大工作載荷 PC=756N=0.756kN。查表3-41，根據(jù)工作載荷 PC=0.756kN，初選直線滾動導(dǎo)軌副的型號為KL系列的JSA-LG15型，其額定動載荷Ca=7.94kN，額定靜載荷C0a=9.5kN。4.3.2 距離額定壽命 L的計算 上述選取的 KL系列JSA—LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為 HRC60，工作溫度不超過 100攝氏度，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4級，工作速度較低，

PC=0.756kNCa=7.94kNC0a=9.5kN華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計載荷不大。查表3-36~表3-40，分別取硬度系數(shù)fH=1.0、溫度系數(shù)fT1.00、接觸系數(shù)fC=0.81、精度系數(shù)fR=0.9、載荷系數(shù)fW=1.5，得距離壽命：L(fHfTfCfRCa)3506649kmfWpc遠大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。L=6649km4.4滾珠絲杠螺母副的計算與選型4.4.1最大工作載荷Fm的計算如前頁所述，在立銑時，工作臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行） Fx=1609N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=366N，受到垂直方向的載荷（與工作臺垂直）Fz=556N。已知移動部件總重量G=800N，按矩形導(dǎo)軌進行計算，查表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)μ=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：FmKFx(FzFyG)1779N4.4.2最大動載荷FQ的計算設(shè)工作臺在承受最大銑削力時Fm1779N的最快進給速度 v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程 Ph=5mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/Ph=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3-30，取載荷系數(shù) fW=1.2，滾道硬度為 HRC60時，取硬度系數(shù) fH=1.0，求得最大載荷：FQ 3 L0fWfHFm 8881N4.4.3 初選型號 根據(jù)計算出的最大載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-31，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G系列2505-4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31列，精度等級取5級，額定動載荷為 9309N。大于FQ，滿足要求。4.4.4 傳動效率η的計算 將公稱直徑 Do 20mm，導(dǎo)程

n=80r/minFQ 8881N華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計P 5mm，代入λ=arctan[P/(πd)]，得絲杠螺旋升角 λ=433′h h 0將摩擦角φ=10′代入η=tanλ/tan(λ+φ)，得傳動效率 η=96.4%。4.4.5 剛度的驗算1)X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推—單推”的方式，見書后插頁圖6-23。絲杠的兩端各采用一對推理角接觸球軸承，面對面組配，左、右支承的中心距離約為 η=96.4%a=500mm；鋼的彈性模量 E＝2.1Mpa；查表3-31，得滾珠直徑 D=3.175mm，絲杠底徑d2 16.2mm，絲杠截面面積d22/4206.12mm2。忽略式（3-25）中的第二項，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1Fma/(ES)0.0205mm.根據(jù)公式Z＝(d0/Dw)-3，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)3列數(shù)為，代入公式Z＝Z3圈數(shù)3列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z=60。絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊10.0205mm力FYJFm/3593N。則由式（3-27），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.0026mm。因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取20.0013mm。將以上算出的1和2代入總12，求得絲杠總變形量（對應(yīng)跨度500mm）20.0026mm總0.0218mm=21.8μm。絲杠的有效行程為330mm，由表3-27知，5級精度滾珠絲杠有效行程在315～400mm時，行程偏差允許達到25μm，可見絲杠剛度足夠?？?21.8μm4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式（3-28）計算失穩(wěn)時的臨界載荷 Fk。查表3-34，華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計取支承系數(shù) fk=1；由絲杠底徑 d2=16.2mm求得截面慣性矩Id24/643380.88mm4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值fk2EI9343NFk2Ka，500mm。代入式（3-28），得臨界載荷遠大于工作載荷 Fm 1779N，故絲杠不會失穩(wěn)。Fk 9343N綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求4.5步進電動機減速箱的選用Fm1779N為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求， 增大步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，同時也是為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機轉(zhuǎn)軸上盡可能地小， 今在步進電動機的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級減速，步進電機的輸出軸與小齒輪連接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪連接。其中大齒輪設(shè)計成雙片結(jié)構(gòu)，采用圖3-8所以的彈簧錯齒法消除側(cè)隙。已知工作臺的脈沖當(dāng)量 δ=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=5mm，初選步進電機的步進角

α=0.75°。根據(jù)式（3-12），算得減速比：i=(αP)/(360δ)=(0.7535)/(36030.005)=25/12h本設(shè)計選用JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75：36，材料為45調(diào)制剛，齒表面淬硬后達55HRC。i==25/12減速箱中心距為[(75+36)31/2]mm＝ 55.5mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均 10mm。4.6步進電動機的計算與選型（1）計算加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=20mm，總長l=500mm，導(dǎo)程Ph＝5mm，材料密度7.85103kg/cm3；移動部件總重力=800N；小齒輪度b1＝20mm，直徑d1=36mm；大齒輪度b2＝G20mm，直徑d2=75mm；轉(zhuǎn)動比i =25/12。如表4-1所示，算得各個零件部件的轉(zhuǎn)動慣量如下（具體華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計計算過程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量JS=0.617kgcm2；拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量JW=0.517kgcm2；小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量JZ10.259kg.cm2；大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jz2=4.877kgcm2初選步進電動機型號為 90BYG2602，為兩相混合式，二相八拍驅(qū)動時步距角 0.75o，從表4-5查得該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm4kg.cm2。則加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：Jeq=Jm+Jz1+(Jz2+JW+JS)/i2=30.35kgcm2(2)計算加子在步進電機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩Teq分快速空載起動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。1）快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 Teq1由式(4-8)可知，Teq1包括三部分：一部分是快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax；一部分是移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式(4-12)可知，T0相對于Tamax和Tf很小，可以忽略不計。則有：Teq1=Tamax+Tf（3）根據(jù)式(4-9)，考慮傳動鏈的總效率η，計算快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸的最大加速轉(zhuǎn)矩：2Jn1Tamaxeqm（4）60ta式中 nm——對空載最快移動速度的步進電動機最高轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；ta——步進電動機由靜止到加速到 n轉(zhuǎn)速所需的時間，單位為s。

2Jeq=30.3kgcm華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計vmax其中：nm （5）360式中vmax——空載最快移動速度，任務(wù)書指定為 3000mm/min；α ——步進電動機步距角，預(yù)選電動機為 0.75；——脈沖當(dāng)量， δ=0.005mm/脈沖。將以上各值代入，算得 nm=1250r/min設(shè)步進電動機由靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需時間ta=0.4s，傳動鏈總效率η=0.7。則由式（4）求得：230.351041250Tamax600.40.71.42（N·m）由式(4-10)可知，移動部件運動時，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：(FzG)PhTfi2（6）式中 ——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動導(dǎo)軌取 0.005;Fz——垂直方向的銑銷力，空載時取 0;——傳動鏈總效率，取 0.7。則由式(6)，得：Tf0.005(0800)0.005N.m0.002N.m20.725/12最后由式(3)求得快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：Teq1=Tamax +Tf=1.422N最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩T由式(4-13)可知，T包括三部：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩T;一部分是移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩T;還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T，T相對于T和T很小，可以忽略不計。則有：Teq2=Tt+Tf其中，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩 T由式

Tamax 1.42N.mTf 0.002N.mTeq1=1.422N華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計(4-14)計算。本例中在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進給載荷 Fx=1609N，則有：tFfPh16090.0050.88（N2m）T2i20.725/12再由式(4-10)可知，移動部件運動時，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：(FzG)Ph0.004N.mTfi2最后由式(6-18)，求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩為：TTTf0.884Nmeq2t.經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：Tmax{TTNmeqeq1,eq2}1.422.（3）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) T來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Teq20.884N.mTjmax4Teq41.422N.m5.688N.m上述初選的步進電動機型號為90BYG2602，由表4-5查得該型號電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax6N.m。可見，滿足要求。Teq1.422N.m（4）步進電動機的性能校核1）最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定工作臺最快工進速度v=400mm/min，脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，由式(4-16)求出電動機對應(yīng)的運行頻率f=[400/(60*0.005)]Hz=1333hz。從90BYG2602電動機的運行矩頻特性曲線圖6-24可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Nm，遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩5.6maxf.Teq2 0.884N.m，滿足要求。最快空載移動時電動機運行頻率校核華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計與最快空載移動速度v=3000mm/min對應(yīng)的電動機運行頻率為f=10000Hz。查表4-5可知90BYG2602電動機的空載運行頻率可達20000Hz，可見沒有超出上限。起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq30.35kg.cm2，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm4kg.cm2，電動機轉(zhuǎn)軸不帶任務(wù)負載時的空載起動頻率 fq 1800Hz(查表4-5)。則由式(4-17)可以 Tmaxf 5.6N.m求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率：fqfL 614Hz1 Jeq/Jm上式說明，要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于 614Hz。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有 100Hz(即100脈沖/s)。綜上所述，本例中工作臺的進給傳動選用90BYG2602步進電動機，滿足設(shè)計要求。4.7 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用本設(shè)計所選步進電動機采用半閉環(huán)控制，可在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢驗電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進電動機的步距角相匹配由步進電動機的步距角@=0。75°，可知電動機轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時，fL614Hz需要控制系統(tǒng)發(fā)出360/@=480個步進脈沖?？紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B相信號，可以送到四倍頻電路進行電子，因此，編碼器的分辨力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電動機轉(zhuǎn)過一個步距角，編碼器對應(yīng)輸出一個脈沖信號。選擇編碼器型號為ZLK—A—120—05VO—10—H：盤狀空心型。孔徑10mm，與電動機尾部出軸相匹配，電源電壓+5V。每轉(zhuǎn)輸出120個A/B脈沖，信號為電壓輸出。華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計五、工作臺控制系統(tǒng)的設(shè)計X-Y數(shù)控工作臺的控制系統(tǒng)設(shè)計， 在硬件電路上需要考慮步進電機（編碼器）反饋信號的處理，在軟件上實現(xiàn)半閉環(huán)的控制算法六、步進電機驅(qū)動電源的使用本設(shè)計中的X、Y向步進電動機均為90BYGC2602型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團有限公司，查表4-14，選擇與之配套的驅(qū)動電源為BD28Nb型，輸入電壓100VAC,相電流為4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動電源與控制華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計設(shè)計總結(jié)通過此次課程設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來機械電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。本論文是在我的指導(dǎo)老師萬智輝老師的親切關(guān)懷與細心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到論文的最終完成，萬老師始終都給予了細心的指導(dǎo)和不懈的支持，并且在耐心指導(dǎo)論文之余，萬老師仍不忘拓展我們的技能掌握。值得一提的是，萬老師對學(xué)生認真負責(zé)，在他的身上，我們可以感受到一個學(xué)者的嚴謹和務(wù)實，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無窮。希望借此機會向萬老師表示最衷心的感謝！在此要感謝我們的指導(dǎo)老師萬老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計參考文獻尹志強.系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京:機械工業(yè)出版社，2007.王只行，鄧宗全.機械原理.北京:高等教育出版社，2006.趙則祥.公差配合與質(zhì)量控制.開封：河南大學(xué)出版社，1999.牛永生，李力.機械制造技術(shù).西安：陜西科技大學(xué)，2002黃大宇，梅英.機械設(shè)計課程設(shè)計.長春:吉林大學(xué)出版社,2006濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2006大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機械制圖.北京：高等教育出版社，2007巫付專，王曉雷.控制電機及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2008倪小軍，單片機原理與接口技術(shù)教程.北京：清華大學(xué)出版社，2009陳興云、姜慶華.數(shù)控機床編程與加工.北京:機械工業(yè)出版社2009王兵.數(shù)控車床加工工藝與編程操作.北京:機械工業(yè)出版社,2009田林紅.數(shù)控技術(shù).鄭州大學(xué)出版社，2008劉淑華.數(shù)控機床與編程.北京：機械工業(yè)出版社2001張春良.數(shù)控加工技術(shù).北京：科學(xué)出版社，2011JosephE.Shigley，CharlesR.Mischke.MechanicaiEngineeringDesign.英文版.原書第6版.北京：機械工業(yè)出版社， 2002RobertL.Mott.MachineElementsinMechanicalDesign.英文版.原書第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2003M.F.Spotts,T.E.Shoup.DesignofMachineElements.英文版.原書第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2003基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機