機電一體化系統課程設計

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1、 機電一體化系統課程設計 設計說明書 設計題目： X－Y數控工作臺機電系統設計 院校： 班級： 姓名： 學號： 2011年 12月 24日 目錄 機電一體化系統設計課程設計任務書 1．總體方案 1.1導軌副的選用 1.2絲桿螺母副的選用 1.3減速裝置的選用 1.4伺服電動機的選用 1.5檢測裝置的選用 2.控制系統的設計 3.機械傳動部件的計算與選型 3.1導軌上移動部件的重量估算 3.2銑削力的計算 3.3直線滾動導軌副的計算與選型 3.4滾珠絲杠螺母副的計算與選型 3.5步進電動機減速箱的選用 3.6步進電動機

2、的計算與選型 3.7增量式旋轉編碼器的選用 4．工作臺機械裝配圖的繪制 5.工作臺控制系統的設計 6.步進電動機驅動電源的選用 7.設計總結 參考文獻 [1]張建民 .《機電一體化系統設計》第三版 .高等教育 [2]尹志強 .《系統設計課程設計指導書》 .機械工業(yè) 設計計算與說明 主要結果 設計任務： 題目： X-Y數控工作臺機電系統設計 任務：設計一種供立式數控銑床使用的 X-Y數控工作臺，主要 參數如下： 1）立銑刀最大直徑 d=15mm； 2）立銑刀齒數 Z=3； 3）最大銑削寬度 a 15mm；

3、 e 4）最大背吃刀量 a 8mm； p 5）加工材料為碳鋼； 6）X、Y方向的脈沖當量 x y 0.005mm/脈沖； 0.01mm； 7）X、Y方向的定位精度均為 8）工作臺導軌長度為 1260mm； 9）工作臺空載最快移動速度 v v 3000mm/ min； x y 10）工作臺進給最快移動速度 vx max f v y max f 400mm/ min； 11）移動部件總重量為 800N； 12）絲桿有效行程為 920mm。 一、總體方案的確定 1機械傳動部件的選擇 1.1導

4、軌副的選用 要設計的 X-Y工作臺是用來配套輕型的 立式數控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當量小、定位精 度高，因此，決定選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數小、不 易爬行、傳動效率高、結構緊湊、安裝預緊方便等優(yōu)點。 1.2絲桿螺母副的選用 伺服電動機的旋轉運動需要通過 絲桿螺母副轉換成 直線運動，要滿足 0.005mm的脈沖當量 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)響應快、運 轉平穩(wěn)、壽命長、效率高，預緊后可消除反向間隙。 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

5、圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉矩，降低運動部件 折算到電動機轉軸上的轉動慣量，可能需要減速裝置，且應有消 設計計算與說明 主要結果 間隙機構。為此，決定采用無間隙齒輪傳動減速箱。 1.4伺服電動機的選用 任務書規(guī)定的脈沖當量尚未達到 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。 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。

6、任務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過程中不受切削負 載和電網的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動機的尾 部轉軸上安裝增量式旋轉編碼器，用以檢測電動機的轉角與轉速。 增量式旋轉編碼器的分辨力應與步進電動機的步距角相匹配。 考慮到 X、Y兩個方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差 不大，為了減少設計工作量， X、Y兩個坐標的導軌副、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.控制系統的設計 1)設計的 X-Y工作臺準備用在數控銑床上，其控制系統應該具 有單坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本

7、功能，所以控 制系統應該設計成連續(xù)控制型。 2)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作為控制系統的 CPU，應該能夠滿足任務書給定的 相關指標。 3)要設計一臺完整的控制系統，在選擇 CPU之后，還需要擴展 程序儲存器、數據存儲器、鍵盤與顯示電路、 I/O接口電路、 D/A 轉換電路、串行接口電路等。 4)選擇合適的驅動電源，與步進電動機配套使用。 三、機械傳動部件的計算與選型 1.導軌上移動部件的重量估算 按照下導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

8、速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導 軌副、導軌座等，估計重量約為 800N。 設計計算與說明 2.銑削力的計算 主要結果 設零件的加工方式為立式銑削，采用硬質合金立銑刀，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： 0.85 e 0.75 z 0.73 1.0 0.13 p F 118a f d a n Z c (1) 今選擇銑刀直徑 d=15mm，齒數 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 f

9、 z 0.1mm，銑刀轉速 n=300r/min。 量 a 8mm，每齒進給量 p 則由(1)式求得最大銑削力： F 118 150.85 0.10.75 15 0.73 81.0 3000.13 3N 1463N c Fc 1463N 采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由表 3-5查得，結合圖 3-4a，考慮逆銑時的情況，可估算三個方向的 銑削力分別為： F 1.1F 1609N， F 0.38F 556N， F 1609N

10、f f c e c Ffn 0.25F 366N。圖 3-4a為臥銑情況，現在考慮立銑，則工 c F 556N e 作臺受到垂直方向的銑削力 F F 556N，受到水平方向的銑 F fn 366N z e 削力分別 F 和 F 。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的 fn f F 556 縱向（絲桿軸線方向），則縱向銑削力 F F 1609N，徑向銑 z x f N 削力 F y F fn 366 N。 F 1609N x

11、 3.直線滾動導軌副的計算與選型 F 366N y Fmax （1）滑塊承受工作載荷 的計算及導軌型號的選取 工 作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。本設計中的 X-Y工作臺為水平布置，采用雙導軌、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， 則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： G G=800N F=556N Fmax F 4 (2) 設計計算與說明 主要結果 其中，移動部件重量 G=800N，外加載荷 F Fz 556N，代入式 （2），得最大工作載荷 Fm

12、ax 756N 0.756kN。 查表 3-41，根據工作載荷 Fmax 0.756KN，初選直線滾動導 G 7.94kN， Fmax 0.756 kN 軌副的型號為 KL系列的 JSA-LG15型，其額定動載荷 a G 7.94kN a 額定靜載荷 G0a 9.5kN。 G0a 9.5kN （2）距離額定壽命 L的計算上述選取的 KL系列 JSA— LG15 型導軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過 100攝氏度，每 根導軌上配有兩只滑塊，精度為 4級，工作速度

13、較低，載荷不大。 查表 3-36~表 3-40，分別取硬度系數 f 1.0 、溫度系數 H f C 0.81、精度系數 f R 0.9 、載荷系數 fT 1.00、接觸系數 fW 1.5，代入式（ 3-33），的距離壽命： 3 L 6649 km f H f f f Ga T C R L 50 6649km fW Fmax 遠大于期望值 50km，故距離額定壽命滿足要求。 4.滾珠絲杠螺母副的計算與選型 （1）最大工作載荷 F 的計算如前頁所述，在立銑時，工作 m

14、 臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行） F 1609N，受到橫 x 向的載荷（與絲杠軸線垂直） F 366N，受到垂直方向的載荷 y （與工作臺垂直） F 556N。 z 已知移動部件總重量 G=800N，按矩形導軌進行計算，查表 3-29，取顛覆力矩影響系數 μ=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： F KFx (F F G) K=1.1，滾動導軌上的摩擦因數 Fm 1779N m z y [1.1 1609 0.005 (556 366 8

15、00)] N 1779N （2）最大動載荷 F的計算設工作臺在承受最大銑削力時的 Q 設計計算與說明 主要結果 P 5mm，則此時 最快進給速度 v=400mm/min，初選絲杠導程 h Ph 5mm v=400mm/min n 80r/min 絲杠轉速 n v/P 80r/min。 h L 60nT /106 0 取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h，代入 ， T=15000h 得絲杠壽命系數 L 72 (單位為 106r)。 0 L 72 0

16、. fW 1.2，滾道硬度為 60HRC時， 查表 3-30，取載荷系數 fW 1.2 f H 1.0 取硬度系數 ，代入式（ 3-23），求得最大載荷： L f f F 8881N FQ 8881N FQ 3 0 W H m （3）初選型號根據計算出的最大載荷和初選的絲杠導程， 查表 3-31，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產的 G系列 2504-3型滾珠絲杠副，為內循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱 直徑為 20mm，導程為 5mm。循環(huán)滾珠為 3圈1列，精度等級 取 4級，額定動載荷為

17、 9309N。大于 F ，滿足要求。 Q D 20mm o （4）傳動效率η的計算將公稱直徑 D 20mm，導程 o Ph 5mm arctanP / d 0 h Ph 5mm ，代入 ，得絲杠螺旋升角 ,， 4 33 tan /tan( )，得傳動 ,， =10′代入 4 55。將摩擦角 96.4% 效率 96.4%。 （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

18、，面對面組配，左、右支承的中心距離約為 5 5 E 2.1 10 MPa E 2.1 10 MPa a=500mm；鋼的彈性模量 ；查表 3-31，得滾 珠直徑 D w 3.175mm，絲杠底徑 d 16.2mm，絲杠截面面積 2 d 16.2mm 2 2 2 S d / 4 206.12mm。 2 忽略式（ 3-25）中的第二項，算得絲杠在工作載荷 的拉 /壓變形量 Fm作用下產生 設計計算與說明 主要結果 5 F a /(ES) [1779 500/(2

19、.1 10 206.12)]mm 0.0205mm m 1 Z ( d /D ) 3，求得單圈滾珠數 Z=20；該型 。2）根據公式 0 w 號絲杠為單螺母，滾珠的圈數列數為 31，代入公式 Z F 60 Z Z圈數列數，得滾珠總數量 Z 60。絲杠預緊時， 593N YJ 取軸向預緊力 FYJ F / 3 593N。則由式（ 3-27），求得滾珠 m 與螺紋滾道間的接觸變形量 0.0026mm。 2 因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的 1/3，所以實際變 形

20、量可減小一半，取 0.0013mm。 2 1 3)將以上算出的 和代入 2 1 2 ，求得絲杠總變 總 21.8 m 總 形量（對應跨度 500mm） 0.0218mm 21.8 m。 總 本例中，絲杠的有效行程為 670mm，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。 （6）壓桿穩(wěn)定性校核根據公式（ 3-28）計算失穩(wěn)時的臨 Fk f k 1 ；由絲杠底徑 界載荷 。查表 3-34，取支承系數 4 4 d 1

21、6.2mm求得截面慣性矩 I 2 d / 64 3380.88mm；壓桿 2 穩(wěn)定安全系數 K取 3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固 F 9343N k 定處的距離 a取最大值 500mm。代入式（ 3-28），得臨界載荷 F 1779N m 2 f k EI 9343N，遠大于工作載荷 F 1779N，故絲杠 m Fk 2 Ka 不會失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求 5步進電動機減速箱的選用 為了滿足脈沖當量的設計要求，增大步進電動機的輸出轉 矩，同時也是為

22、了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量折算到電動 機轉軸上盡可能地小，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， 設計計算與說明 滾珠絲杠的軸頭與大齒輪連接。其中大齒輪設計成雙片結構， 采用圖 3-8所以的彈簧錯齒法消除側隙。 主要結果 0.005mm/ 已知工作臺的脈沖當量 脈沖，滾珠絲杠的導程 0.75 0.75 。根據式（3-12）， ph 5mm，初選步進電機的步進角 算得減速比： i 25/12 i ( P )/(360 ) (0.75 5) /(360

23、 0.005) 25/12 h 本設計選用常州市新月電機有限公司生產的 JBF-3型齒 1mm 輪減速箱。大小齒輪模數均為 ，齒數比為 75：36，材料 HRC55。減速箱中心距為 為 45調制剛，齒表面淬硬后達 (75 36) 25 /12 mm 55.5mm，小齒輪厚度為 20 mm 大齒輪厚度均 10mm 6步進電動機的計算與選型 ，雙片 。 步進電動機的計算與選型參見第四章第三節(jié)相關內容。 J eq （1）計算加在步進電機轉軸上的總轉動慣量 已知： d0 20mm l 500mm d0

24、 20mm，總長 l 500mm，導程 滾珠絲杠的公稱直徑 7.85 10 kg /cm3 3 Ph 5mm，材料密度 ；移動部件總重力 36mm；大齒輪度 P 5mm h b 20mm ，直徑 d G 800 N；小齒輪度 1 1 b1 20mm b2 20mm，直徑 d2 75mm；轉動比 i 25 /12。 b 20mm 2 如表 4-1所示，算得各個零件部件的轉動慣量如下（具 J 0.617kg.cm2 s 2 體計算過程從略）：滾珠絲杠

25、的轉動慣量 J 0.617kg.cm； s 2 拖板折算到絲杠上的轉動慣量 ；小齒輪的轉 JW 0.517kg.cm 0.259kg.cm2 J Z1 JZ 1 0.259kg.cm2 動慣量 ；大齒輪的轉動慣量 J Z2 4.877kg.cm2 4.877kg.cm2 JZ 2 。 初選步進電動機型號為 90BYG2602，為兩相混合式，由常州 0.75 ，從表 4-5 寶馬集團公司生產，二相八拍驅動時步距角 設計計算與說明 主要結果 4kg.cm2 J m J m 4kg.

26、cm2 查得該型號電動機轉子的轉動慣量 。 則加在步進電機轉軸上的總轉動慣量為： J eq Jm J z1 (J z2 J w J ) / i 2 30.35kg.cm2 s J eq 30.35 kg .cm 2 Teq 2)計算加子在步進電機轉軸上的等效負載轉矩 ( 分快速空載起動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。 Teq1 1 ）快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩 由式(4-8)可知， T 包括三部分：一部分是快速空載起動 eq1 Ta max 時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩 ；一部

27、分是移 T f；還有一 動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩 部分是滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉 矩 T 。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據式 (4-12)可知， 0 T0 相對于 Ta max和T f 很小，可以忽略不計。則有： Teq1 Tamax T f (6-13) 根據式 (4-9)，考慮傳動鏈的總效率 ，計算快速空載 起動時折算到電動機轉軸的最大加速轉矩： 2 J nm eq 1 Tamax 60ta （6-14） 式中 n ——對空載最快移動速度的步進電動機最高轉速， m 單位為

28、 r/min； t a ——步進電動機由靜止到加速到 n轉速所需的時間， 單位為 s。 其中： vmax nm 360 （6-15） 設計計算與說明 主要結果 式中 v ——空載最快移動速度，任務書指定為 3000mm/min； max ——步進電動機步距角，預選電動機為 ——脈沖當量，本例 0.005mm /脈沖。 將以上各值代入式 (6-15)，算得 n 1250r/min ； 0.75 n 1250r/min m m 設步進電動機由靜止到加速至 n轉速所需時間 t=0

29、.4s， 傳動鏈總效率 =0.7。則由式 (6-14)求得： Ta max 1.42N m 4 2 30.5 10 1250 N m 1.42N m Ta max 60 0.4 0.7 由式(4-10)可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上 的摩擦轉矩為： (F G)Ph z T f 2 i （6-16） 式中——導軌的摩擦因數，滾動導軌取 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 (6-16

30、)，得： Tf 0.005 (0 1000) 0.005 N.m 0.002N.m 2 0.7 25/12 T f 0.002N.m 最后由式 (6-13)求得快速空載起動時電動機轉軸所承受 的負載轉矩： Teq1 1.422N.m Teq1 Tamax T 1.422N.m f 2)最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩 由式(4-13)可知，T包括三部：一部分是折算到電動機轉軸上 的最大工作負載轉矩 T;一部分是移動部件運動時折算到電動 機轉軸上的摩擦轉矩 T;還有一部分是滾珠絲杠

31、預緊后折算到 T 電動機轉軸上的附加摩擦轉矩 T，T相對于 T和 T很小，可以 忽略不計。則有： 設計計算與說明 主要結果 Teq2 T Tf t 其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩 T由式 (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 F=1609N.m，則有： n 1250 m 將以上各值代入式 (6-15)，算得 n 1250r/min m r/min 設步進電動機由靜止到加速至 n轉速所需時間 t=0.4s， 傳動

32、鏈總效率 =0.7。則由式 (6-14)求得： 2 30.35 10 4 1250 N m 1.422N m 60 0.4 0.7 Ta max Tamax 1.422 N m 由式(4-10)可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上 的摩擦轉矩為： (F G)Ph z T f 2 i 式中——導軌的摩擦因數，滾動導軌取 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 (6-16)，得： 0.005

33、 (0 800) 0.005 N.m 0.002 N.m 2 0.7 25 /12 T f 最后由式 (6-13)求得快速空載起動時電動機轉軸所承受 的負載轉矩： T eq 1 Teq1 Tamax T 1.422N.m f 1.422 N .m 2)最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩 由式(4-13)可知，T包括三部：一部分是折算到電動機轉軸上 的最大工作負載轉矩 T;一部分是移動部件運動時折算到電動 機轉軸上的摩擦轉矩 T;還有一部分是滾珠絲杠預緊后折算到 T 電動機

34、轉軸上的附加摩擦轉矩 T，T相對于 T和 T很小，可以 忽略不計。則有： Teq2 T Tf t 設計計算與說明 主要結果 （6-18） 其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩 T由式 (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 F=913N.m，則有： F Ph T t N .m 0 .88 f 1609 0.005 0.7 25/12 Tt N.m 0.88N.m 2 i 2 再由式 (4-10)可知，移動部件運動時，

35、折算到電動機轉軸 上的摩擦轉矩為： (F G)P 0.005 (556 800) 0.005 N.m 0.004N.m z h Tf 2 i 2 0.7 25 /12 T 0 . 004 f N .m 最后由式 (6-18)，求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所 承受的負載轉矩為： Teq2 Teq2 T Tf 0.884N.m t 0.884N.m 經過上述計算后，得到加在步進電動機轉軸上的最大等效 Teq 負載轉矩應為： 1.422N.m T eq max{ T

36、 ,T } 1.422N.m eq1 eq2 （3）步進電動機最大靜轉矩的選定 考慮到步進電動機 的驅動電源受電網電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸出 轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據 T來選擇 步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮安全系數。本例中取安 Tj max 全系數 K=4，則步進電動機的最大靜轉矩應滿足： 5.688N.m T j max 4Teq 4 1.422N .m 5.688N.m （6-20） T jmax 6N.m 上述初選的步進電動機型號為 90BY

37、G2602，由表 4-5查得 該型號電動機的最大靜轉矩 Tjmax 6N.m。可見，滿足式 (6-20) 的要求。 （4）步進電動機的性能校核 0.005m m/ 1）最快工進速度時電動機輸出轉矩校核 任務書給定工作 臺最快工進速度 v=400mm/min，脈沖當量 =0.005mm/脈沖，由 式(4-16)求出電動機對應的運行頻率 設計計算與說明 主要結果 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 出轉矩 Tmax

38、 f 5.6N.m，遠遠大于最大工作負載轉矩 Tmax f 5.6N.m Teq2 0.884N.m，滿足要求。 Teq2 0.884N.m 2)最快空載移動時電動機輸出轉矩校核 任務書給定工作臺最 快空載移動速度 v=3000mm/min，仿照式 (4-16)求出電動機對應 的運行頻率 f=[3000/(60*0.005)]Hz=10000Hz。從圖 6-24查得， 在此頻率下，電動機的輸出轉矩 Tmax 1.8N.m，大于快速空載 起動時的負載轉矩 Teq1 1.4

39、22N.m，滿足要求。 4)最快空載移動時電動機運行頻率校核 與最快空載移動 速度 v=3000mm/min對應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。 5)起動頻率的計算 已知電動機轉軸上的總轉動慣量 2 2 Jeq 30.35kg.cm，電動機轉子的轉動慣量 Jm 4kg.cm，電動 機轉軸不帶任務負載時的空載起動頻率 f q 1800Hz (查表 4-5)。則由式 (4-17)可以求出步進電動機克服慣性負載的起動

40、 f q 1800Hz 頻率： fq fL 614Hz 1 J / J m eq 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，滿足設計要求。 f L 614Hz 7.增量式旋轉編碼器的選用 本設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 軸上安裝增量式旋轉編碼器，用以檢驗電動機的轉角與轉速。 增量式旋轉編

41、碼器的分辨力應與步進電動機的步距角相匹配。 設計計算與說明 主要結果 由步進電動機的步距角 @=0。75，可知電動機轉動一轉時， 需要控制系統發(fā)出 360/@=480個步進脈沖?？紤]到增量式旋轉編 碼器輸出的 A、B相信號，可以送到四倍頻電路進行電子四細分（見 第四章第五節(jié)相關內容），因此，編碼器的分辨力可選 120線。這 樣控制系統每發(fā)一個步進脈沖，電動機轉過一個步距角，編碼器 對應輸出一個脈沖信號。 本例選擇編碼器型號為 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，

42、電源電壓 +5V。每 轉輸出 120個 A/B脈沖，信號為電壓輸出，生 產廠家為長春光機數顯技術有限公司。 6 5 4 3 2 1 0 10 102 103 10 4 圖 6-24 90BYG2602步進電動機 的運行矩頻特性曲線 四、工作臺機械裝配圖的繪制 在完成直線滾動導軌副、滾珠絲杠螺母副、齒輪減速箱、步 進電動機，以及旋轉編碼器的計算與選型后，就可以著手繪制工 作臺的機械裝配圖了。繪圖過程中的有關注意事項參見本章第一 節(jié)相關內容繪制后的 X-Y數控工作臺機械裝配圖如數后插頁圖 6-23所示。 五、工作臺控

43、制系統的設計 X-Y數控工作臺的控制系統設計，可以參考本章第一節(jié)的車 床數控系統，但在硬件電路上需要考慮步進電動機（編碼器）反 饋信號的處理，在軟件上要實現半閉環(huán)的控制算法。 六、步進電動機驅動電源的選用 本例中 X、Y向步進電動機均為 90BYG2602型，生產廠家為常 州寶馬集團與公司。查表 4-14選擇與之配套的驅動電源為 BD28Nb 型，輸入電壓 100VAC，相電流 4A，分配方式為二相八拍。該驅動 電源與控制器的接線方式如圖 6-25所示。 七、增量式旋轉編碼器的選用 本設計所選步進電動機采用半閉環(huán)控制，可在電動機的尾部 轉軸上安裝增

44、量式旋轉編碼器，用以檢驗電動機的轉角與轉速。 增量式旋轉編碼器的分辨力應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，可知電動機轉動一轉時，需要控 制系統發(fā)出 360/ =480個步進脈沖?？紤]到增量式旋轉編碼器輸 出的 A、B相信號，可以送到四倍頻電路進行電子四細分（見第四 章第五節(jié)相關內容），因此，編碼器的分辨力可選 120線。這樣控 制系統每發(fā)一個步進脈沖，電動機轉過一個步距角，編碼器對應 輸出一個脈沖信號。 本例選擇編碼器型號為 ZLK— A— 120— 05VO— 10— H：盤狀空 心型。孔徑 10mm，

45、與電動機尾部出軸相匹配，電源電壓 +5V。每 轉輸出 120個 A/B脈沖，信號為電壓輸出，生 產廠家為長春光機數顯技術有限公司。 八、步進電機驅動器的選用 本例中 X、Y向步進電動機均為 90BYG2602型，生產廠家為常 州寶馬集團與公司。查表 4-14選擇與之配套的驅動電源為 BD28Nb 型，輸入電壓 100VAC，相電流 4A，分配方式為二相八拍。該驅動 電源與控制器的接線方式如系統設計課程設計指導書》圖 6-25 所示。 九、設計總結 通過此次課程設計，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

46、了許多課外知識，開拓了視 野，認識了將來機械的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手 能力方面有了質的飛躍。 課程設計是我作為一名學生即將完成學業(yè)的一次作業(yè)，他既 是對學校所學知識的全面總結和綜合應用，又為今后走向社會的 實際操作應用鑄就了一個良好實踐，課程設計是我對所學知識理 論檢驗與總結，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析和解決問題的能 力；是我在校期間向學校所交的一份綜和性作業(yè)，從老師的角度 來說，指導做課程設計是老師對學生所做的一次執(zhí)手訓練。 其次， 課程設計的指導是老師檢驗其教學效果，改進教學方法 學質量的絕好機會。 ，提高教 總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難

47、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，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價 值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事， 所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 在此要感謝我們的指導老師歐老師對我悉心的指導，感謝老 師們給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與 同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少 知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂 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，相信會對今后的學習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。雖然這個設計做的也不太好，但是在 設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使 我終身受益。