【正文】 時(shí) 的 銑 削 力 有 了 廣 泛 深 入 的 研 究 。 但 人 們對(duì) 銑 削 力 的 研 究 只 是 針 對(duì) 特 定 特 定 加 工 條 件 下 的 特 定 工 件 ， 沒 有 一 套 應(yīng) 用 于各 種 場(chǎng) 合 的 銑 削 力 計(jì) 算 公 式 。 現(xiàn) 實(shí) 生 活 中 人 們 設(shè) 計(jì) 的 數(shù) 控 的 通 用 機(jī) 床 希 望 應(yīng)用 性 強(qiáng) ， 能 滿 足 各 種 加 工 要 求 ， 能 應(yīng) 用 于 大 多 數(shù) 場(chǎng) 合 。 因 此 ， 在 對(duì) 切 削 力 的計(jì) 算 上 ， 不 能 不 考 慮 實(shí) 際 情 況 而 用 一 些 依 靠 純 理 論 推 倒 的 公 式 和 理 論 。 但 是 ，此 次 設(shè) 計(jì) 我 們 可 以 用 切 削 力 的 經(jīng) 驗(yàn) 計(jì) 算 公 式 ， 因 為 切 削 力 的 經(jīng) 驗(yàn) 計(jì) 算 公 式 是人 們 在 現(xiàn) 實(shí) 生 活 中 積 累 的 ， 可 以 滿 足 現(xiàn) 實(shí) 生 活 中 大 多 數(shù) 機(jī) 床 的 切 削 力 計(jì) 算 ，具 有 很 強(qiáng) 的 實(shí) 用 性 。 因 此 ， 對(duì) 于 本 次 設(shè) 計(jì) 切 削 力 的 計(jì) 算 可 采 用 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 ， 切削 力 可 分 解 為 三 個(gè) 分 力 ： Z 向 的 主 銑 削 力 以 及 X、 Y 向 的 銑 削 分 力 、zFxF。yF現(xiàn) 假 設(shè) 刀 具 材 料 為 高 速 鋼 ， 工 作 材 料 為 鋁 ( )。abMP10??Z 軸 銑 削 工 作 時(shí) 銑 削 力 的 計(jì) 算 ：最 大 銑 削 直 徑 ， 最 小 直 徑 。md10ax?m5ind由《實(shí)用機(jī)床手冊(cè)》得：銑削功率 46?VFPzm銑 削 力 FZowfpz ??銑削力修正系數(shù) kmFZK? 高速鋼銑刀 ,前角系數(shù)?15or93.?主偏角 = = ?k7kFZ因此 ??FZ第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 8 —工 件 材 料 的 抗 拉 強(qiáng) 度 ；b?—銑 削 深 度 ；pa—?dú)?齒 進(jìn) 給 量 ；f—銑 削 寬 度 ；w—銑 削 直 徑 ；odZ—銑 刀 齒 數(shù) ，現(xiàn) 取 =，=6424 5 10 2=?=10400/1000=??=?Pzm W3,1,1,2主 電 機(jī) 的 選 擇選主軸電機(jī)時(shí)按銑削計(jì)算。因?yàn)殂娤鲿r(shí)最大的銑削力為：=6424 5 5 2=?=51500/1000=??=?Pzm kW主軸功率 P= =所以選電動(dòng)機(jī)為 =300 ，型號(hào)：57BL3030H1LSBW 步進(jìn)電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)、工作原理及選型計(jì)算步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。在此伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。而步進(jìn)電機(jī)受驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)通過控制步進(jìn)電機(jī)電極的通電順序和脈沖頻率，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為具有一定速度、大小和方向的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移量，后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。但由于此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒不存在反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)，因此精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 9 但它的結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、比較容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合具有一定的使用價(jià)值。 步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，常見的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。由于分類方式的不同，步進(jìn)電機(jī)可以分為多種類型，如表所示。 表 步進(jìn)電機(jī)的分類分 類 方 式 具 體 類 型按力矩產(chǎn)生的原理（1）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子上沒有繞組，而是由定子被勵(lì)磁所激產(chǎn)生反應(yīng)力實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。（2）激磁式步進(jìn)電機(jī)：在電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子上都有勵(lì)磁繞組，由磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。按輸出力矩大?。?）伺服式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力矩在幾百分之一到幾十分之一之間，只能帶動(dòng)較小負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)，在帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)時(shí)需要液壓扭矩放大器。（2）功率式步進(jìn)電機(jī)：輸出的力矩一般在 50 Nm 以上，可以帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)。按定子數(shù) （1）單定子式（2）雙定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相繞組分布（1）徑向分布式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)的每一項(xiàng)按照?qǐng)A周順序排列（2）軸向分布式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)的每一項(xiàng)按照軸向順序排列 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)目前，我國(guó)使用的步進(jìn)電機(jī)大多為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可分為軸向和徑向分相兩種形式，見表所述。圖 42 為一個(gè)典型的徑向分相、單定子式、反應(yīng)式的步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。此步進(jìn)電機(jī)和普通的電機(jī)一樣，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子由定子鐵心和定子繞組組成。其中由電工鋼片堆疊擠壓形成定子鐵心，詳細(xì)形狀見圖示。由繞值在定子鐵心上的分布均勻的線圈組成定子繞組，控制繞組由直徑的方向第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 10 上的相對(duì)的兩齒上的線圈串聯(lián)構(gòu)成的，圖 1 的步進(jìn)電機(jī)可為三相控制繞組，也稱為三相步進(jìn)電機(jī)。其中給任一項(xiàng)繞組通電，就能形成一組定子磁極，磁極方向?yàn)閳D示的 NS 極。定子磁極上開了 5 個(gè)齒槽等寬，齒間夾角為 9176。的小齒，在轉(zhuǎn)子上沒有繞組，只有分布均勻的 40 個(gè)齒槽等寬、齒間夾角為 9176。的小齒，結(jié)構(gòu)上和磁極上的小齒類似。不同的是定子磁極上的小齒錯(cuò)開了三分之一齒距的空間位置，見圖 2。當(dāng) A 相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊的時(shí)是， B 相磁極上的小齒剛好超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒 1/3 齒距角，C 相磁極上的小齒超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒三分之二齒距角。圖 1 單定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖 2 步進(jìn)電機(jī)的齒距圖 3 是一個(gè)五定子、軸向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖示，第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 11 在軸向步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子分成五段，其中每段都由一相獨(dú)立的定子繞組、定子鐵心和轉(zhuǎn)子，具體見圖 3。其中每段定子鐵心用硅鋼片疊壓形成其形狀像內(nèi)齒輪。轉(zhuǎn)子也是有硅鋼片疊壓形成的其形狀像外齒輪。每段釘子上的齒均勻分布在圓周方向，各齒間搓開五分之一的齒距，但在轉(zhuǎn)子上的齒彼此間不錯(cuò)位。當(dāng)對(duì)為位于定子鐵心環(huán)形槽內(nèi)的定子繞組通電時(shí)就會(huì)形成環(huán)行繞組，構(gòu)成如圖所示的磁力線。除上面介紹的兩種形式的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)之外，常見的步進(jìn)電機(jī)還有永磁式步進(jìn)電機(jī)和永磁反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)雖不相同，但工作原理相同。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上就是電磁鐵的工作原理。圖 5 為一種最簡(jiǎn)單的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，下面我們就以此為例來說明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。圖 5 中，當(dāng)直流電通入 A 相繞組時(shí)，由電磁學(xué)的原理，在 AA 的方向上便會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力的作用下，便會(huì)吸引轉(zhuǎn)子，便會(huì)使轉(zhuǎn)子上的齒和定子AA 極上的齒相對(duì)齊。但若 B 相通電，A 相斷電，于是便會(huì)形成新的磁場(chǎng)，新的磁場(chǎng)力便會(huì)使轉(zhuǎn)子上的齒定子 BB 極上的齒相對(duì)齊，于是轉(zhuǎn)子便會(huì)以順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)過 60 度的角。所謂的步距角 α為步進(jìn)電機(jī)的繞組每改變一次通斷電的狀態(tài)其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。因此在圖 5 中步進(jìn)電機(jī)的步距角 α為 60 度。如果控制線路無限的按 A→B→C→A 的順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便會(huì)一直按順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序?yàn)?A→C→B→A，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將會(huì)按逆時(shí)針得方向不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 12 圖 3 五定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖 4 一段定子、轉(zhuǎn)子及磁回路以上所述通電方式為三相三拍的。除此之外還有三相六拍的通電方式，它的通電順序是：順時(shí)針為 A → AB → B → BC → C → CA → A 無限循環(huán)；逆時(shí)針為 A → AC → C→ CB → B → BA →A 無限循環(huán)。當(dāng)電機(jī)以三相六拍的通電方式工作時(shí)，當(dāng)由單一的 A 相通電變?yōu)?A、B 相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極將同時(shí)受到 A 相和 B 相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用，在兩力的相互作用下轉(zhuǎn)子磁極便會(huì)位于 A 相和 B 相磁極之間，此時(shí)步距角 α第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 13 為 30 度。當(dāng) A 相和 B 相同時(shí)通電變?yōu)?B 相單獨(dú)通電時(shí)，電機(jī)如果以三相六拍的方式工作，當(dāng) A 相單獨(dú)通電變?yōu)?A、B 兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極便會(huì)同時(shí)受到 A 相和 V 相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)的同時(shí)作用，在兩力的相互作用下轉(zhuǎn)子的磁極便會(huì)停留在 A、B 兩相之間，此時(shí)步距角 α為 30 度。當(dāng) A 相和 B 相同時(shí)通電變?yōu)?B 相單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極將再以順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn) 30 度與 B相磁極對(duì)齊。這樣依此類推重復(fù)。因此當(dāng)采用三相六拍得通電方式工作時(shí)，可使步距角 α減小一半。圖 5 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖圖 5(b)所示的步進(jìn)電機(jī)，定子仍然為 A ，B ，C 三相，每相為兩極，但是轉(zhuǎn)子由原來的兩級(jí)變?yōu)樗募?jí)。當(dāng) A 相繞組通電時(shí)， 3 兩極和 A 相的兩極相對(duì)齊，以此類推，當(dāng) B 相通電、A 相斷電時(shí)， 4 兩極和 B 相的兩極對(duì)齊。因此，在三相三拍的通電方式中，步距角 α為 30 度，在三相六拍通電方式中，步距角 α為 15 度。綜上所述，我們可以得到如下的結(jié)論：(1) 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)定子繞組改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子便會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角 α；(2) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序改變，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)改變；(3) 步進(jìn)電機(jī)的定子繞組通電狀態(tài)改變的越快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，即通電狀態(tài)的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越快；(4) 步進(jìn)電機(jī)步距角 α與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k 有關(guān)，可用下式表示： ??036/mzk??式中 m 相 m