【文章內(nèi)容簡介】 可知，相對于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： （1） 考慮Z向傳動鏈的總效率η，計(jì)算快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： （2） 式中 ——對應(yīng)Z向空載最快移動速度的步進(jìn)電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min； ——步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時間，單位為s。其中： （3） 式中 ——Z向空載最快移動速度，任務(wù)書指定為6000 mm/min； α ——Z向步進(jìn)電動機(jī)步距角，； δ ——Z向脈沖當(dāng)量，本例δ= mm/脈沖。 將以上各值代入式（3），算得=1200 r/min。 設(shè)步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時間= s，Z向傳動鏈總效率η = 。則由式（2）求得： 移動部件運(yùn)動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （4） 式中 ——導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，； ——垂直方向的工作負(fù)載，空載時取0； η——Z向傳動鏈總效率。則由式（4），得： 最后由式（1），求得快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： Nm （5） 2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 包括三部分：折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： （6） 其中，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩。本例中在對滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時候，已知進(jìn)給方向的最大工作載荷= N，則有： 再計(jì)算承受最大工作負(fù)載（=）情況下，移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： （Nm） 最后由式（6），求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 = + = Nm （7） 經(jīng)過上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 =max{，}= Nm （3）步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)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)來選擇步進(jìn)電動機(jī)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(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： （8） 對于前面預(yù)選的110BYG3502型步進(jìn)電動機(jī)，由表45可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩= 16 Nm，可見完全滿足（8）式的要求。（4）步進(jìn)電動機(jī)的性能校核 1）最快工進(jìn)速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定Z向最快工進(jìn)速度 =800mm/min，脈沖當(dāng)量δ= mm/脈沖，求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率 = 800/（60）≈1333(Hz)。從110BYG3502的運(yùn)行矩頻特性圖64可以看出，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩≈17 Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=m，滿足要求。 2）最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定Z向最快空載移動速度 =6000mm/min，求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率=6000/（60）Hz=10000(Hz)。從圖64查得，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩= Nm，大于快速空載起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩= m，滿足要求。 3）最快空載移動時電動機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動速度= 6000 mm/min對應(yīng)的電動機(jī)運(yùn)行頻率= 10000 Hz。查表45可知110BYG3502的極限運(yùn)行頻率為20000 Hz，可見沒有超出上限。 4）起動頻率的計(jì)算 已知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量= ，電動機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表45可知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時的最高空載起動頻率=1800Hz 。則可以求出步進(jìn)電動機(jī)克服慣性負(fù)載的起動頻率為： 上式說明，要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于1087Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，本例中Z向進(jìn)給系統(tǒng)選用110BYG3502步進(jìn)電動機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 同步帶傳遞功率的校核 分兩種工作情況，分別進(jìn)行校核。 （1）快速空載起動 電動機(jī)從靜止到加速至=1200 r/min，由（5）式可知，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=m，傳遞的功率為P = / =1200≈ （2）最大工作負(fù)載、最快工進(jìn)速度 由（7）式可知，帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 = Nm，任務(wù)書給定最快工進(jìn)速度= 800mm/min，對應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速 =（/）α/360=160（r/min）。傳遞的功率為 P=/= 可見。因此，選擇的同步帶功率合格。5. 繪制進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算、選型后，就可以著手繪制進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的裝配圖了。在繪制裝配圖時，需要考慮以下問題：（1）了解原車床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。（2） 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承的預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式。（3）考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與螺母座同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座、支承座在安裝面上的聯(lián)接與定位，同步帶減速箱的安裝與定位，同步帶的張緊力調(diào)節(jié)，步進(jìn)電動機(jī)的聯(lián)接與定位等。（4）考慮密封、防護(hù)、潤滑以及安全機(jī)構(gòu)等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵防鐵屑保護(hù)、軸承的潤滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。（5）在進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮裝配的順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。（6）注意繪制裝配圖時的一些基本要求。比如，制圖標(biāo)準(zhǔn)，視圖布置及圖形畫法要求，重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)注，重要配合尺寸的標(biāo)注，裝配技術(shù)要求，標(biāo)題欄等。 根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時主要考慮以下功能：（1）接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示；（2）接收操作面板的開關(guān)與按鈕信號；（3）接收車床限位開關(guān)信號：（4）接收螺紋編碼器信號；（5）接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架