【文章內(nèi)容簡介】 位置(直線位移)，并將其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，調(diào)試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)試比較麻煩。高檔精密機床使用。 數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床組成機床本體的各機械部件組成。 閉環(huán)控制系統(tǒng)消除傳動系統(tǒng)中的傳動間隙，提高傳動剛度，減少運動件的摩擦阻力，減小運動慣量，系統(tǒng)要有適當阻尼，提高系統(tǒng)傳動件傳動精度。根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟的效益，故選擇開環(huán)控制系統(tǒng)。 選擇控制電機控制電機應根據(jù)轉(zhuǎn)矩、位移速度、理論定位精度、工作行程和載荷大小來確定，常用的控制電機有步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機（又分為同步交流和異步交流）。步進電機好控制，也可以做伺服電機。步進電機是一種離散運動的裝置，在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能做一比較?？刂品绞讲煌竭M電機是利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機，發(fā)一個脈沖電機就轉(zhuǎn)過一個步距角（走一步）；而伺服電機是一種內(nèi)部有位置或速度反饋的電機，是將控制電壓信號轉(zhuǎn)換為相對應的角位移，或線位移的一種電機。控制信號電壓的大小與電機轉(zhuǎn)過的角位移或線位移的大小存在一一對應的關(guān)系?？刂凭炔煌?76。、176。，176。、176。也有一些高性能的步進電機步距角更小。低頻特性不同步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半，這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機在低速時，一般采用阻尼技術(shù)來克服低頻震動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低數(shù)時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。矩頻特性不同步進電機的輸出力矩雖轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600ＲＰＭ。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在于其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。過載能力不同步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取交大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。運動性能不同步進電機的控制一般為開環(huán)控制（也可用于閉環(huán)控制），啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)或速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。速度響應性能不同步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速停止的控制場合。綜上所述交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。由于我們設計的CNC二維工作平臺速度低，要求也不高，所以，這里我們選擇步進電機作為驅(qū)動電機。下面著重介紹步進電機。步進電機又稱脈沖電動機，且是數(shù)字控制系統(tǒng)中一種執(zhí)行原件，其功用是將脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應的角位移或直線位移。步進電機是關(guān)系到數(shù)控機床加工精度和加工速度等性能的關(guān)鍵性元件。步進電機分為三種：永磁式（ＰＭ），反應式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，176。或15176。反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，176。，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰?；旌鲜讲竭M是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相，176。176。這種步進電機應用最廣泛?？刂葡到y(tǒng)對步進電機的基本要求：——在一定的速度范圍內(nèi)，步進電機能穩(wěn)定的運行，輸出軸轉(zhuǎn)過的步數(shù)必須等于輸入的脈沖數(shù)，不能“失步”?！枯斎胍粋€脈沖信號，輸出軸所轉(zhuǎn)過的角度或前進的距離稱為步距角，該值小而高，能保證控制系統(tǒng)的精度?！试S脈沖頻率高，這樣才能動作迅速，減少輔助工時，提高生產(chǎn)效率，但脈沖頻率不宜過高，否則轉(zhuǎn)矩將變小。步進電機的基本特點：——步進電機不是恒定通電，而是按一定的方式輪流通電，是通過“環(huán)形分配器”來實現(xiàn)的。——反應式步進電機可以按指令進行角度控制，也可以進行速度控制，這對本設計很重要，可以實現(xiàn)程序定位。——反應式步進電機無自鎖能力，為保證步進電機轉(zhuǎn)子能停在最后一個脈沖信號的角位移終點位置上采用帶電定位方法（電磁制動裝置）?！骄嘟窃叫。\動穩(wěn)定性越好，Ts（最大負載轉(zhuǎn)矩）越接近Tmax（最大靜轉(zhuǎn)矩）?！蛇x擇不同的步距角（改變通電方式即可）。CNC工作臺的步進電機（包括X向和Ｙ向）我們選擇混合式步進電機，采用帶電定位（電磁制動裝置），步距角的選擇要結(jié)合理論定位精度δ和絲杠來確定，脈沖頻率可查電機的有關(guān)參數(shù)，再根據(jù)轉(zhuǎn)速確定。由于電機的選擇與要結(jié)合絲杠，所以具體的參數(shù)設計將在絲杠設計時一起進行。（倒數(shù)第三頁里有東東）電動機所需工作功率為：；工作機所需功率為：；傳動裝置的總效率為：；傳動滾筒 滾動軸承效率 閉式齒輪傳動效率 聯(lián)軸器效率 代入數(shù)值得：所需電動機功率為：略大于 即可。選用同步轉(zhuǎn)速1460r/min ；4級 ；型號 取滾筒直徑（1）總傳動比(2)分配動裝置各級傳動比取兩級圓柱齒輪減速器高速級傳動比則低速級的傳動比 電機端蓋組裝CAD截圖 運動和動力參數(shù)計算 、精度等級、材料及齒數(shù)1按傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。2絞車為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB 1009588）。3材料選擇。由表101選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280 HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240 HBS，二者材料硬度差為40 HBS。4選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。取5初選螺旋角。初選螺旋角由《機械設計》設計計算公式（1021）進行試算，即（1）試選載荷系數(shù)1。（2）由《機械設計》第八版圖1030選取區(qū)域系數(shù)。（3）由《機械設計》第八版圖1026查得，則。（4）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。（5）由《機械設計》第八版表107 選取齒寬系數(shù)（6）由《機械設計》第八版表106查得材料的彈性影響系數(shù)（7）由《機械設計》第八版圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限 。13計算應力循環(huán)次數(shù)。（9）由《機械設計》第八版圖（1019）取接觸疲勞壽命系數(shù)。 。（10）計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機械設計》第八版式（1012）得（11）許用接觸應力（1）試算小齒輪分度圓直徑===（2）計算圓周速度（3）計算齒寬及模數(shù) ==2mmh==（4）計算縱向重合度=（5）計算載荷系數(shù)K。已知使用系數(shù)根據(jù)v= m/s,7級精度，由《機械設計》第八版圖108查得動載系數(shù)由《機械設計》第八版表104查得的值與齒輪的相同，故由《機械設計》第八版圖 1013查得由《機械設計》=（6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（1010a）得（7）計算模數(shù) 由式（1017）（1）計算載荷系數(shù)。 =（2）根據(jù)縱向重合度 ，從《機械設計》第八版圖1028查得螺旋角影響系數(shù)（3）計算當量齒數(shù)。（4）查齒形系數(shù)。由表105查得（5）查取應力校正系數(shù)。由《機械設計》第八版表105查得（6）由《機械設計》第八版圖1024c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎曲強度極限 ；（7）由《機械設計》第八版圖1018取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，；（8）計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝,由《機械設計》第八版式（1012）得（9）計算大、小齒輪的 并加以比較。=由此可知大齒輪的數(shù)值大。對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算 的法面模數(shù)，取2，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度， 來計算應有的齒數(shù)。于是由取 ，則 取 a=將中以距圓整為141mm.因值改變不多，故參數(shù)、等不必修正。、小齒輪的分度圓直徑圓整后取.低速級取m=3。由 取圓整后取表 1高速級齒輪：名　　稱代號計 算 公 式 　　　小齒輪大齒輪模數(shù)m22壓力角2020分度圓直徑d=227=54=2109=218齒頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑表 2低速級齒輪：名　　稱代號計 算 公 式 　　　小齒輪大齒輪模數(shù)