【文章內(nèi)容簡介】 拍時(shí)，k=1；m 相 2m 拍時(shí)，k=2 ；依此類推。第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 14 對于圖 1 所示的徑向分相、單定子式、反應(yīng)式的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)在三相三拍通電方式下工作時(shí)，其步距角為 ????000/34136/mzk6?????若在三相六拍通電方式下工作，則步距角為 000/ 步進(jìn)電機(jī)的主要特性(1) 步距角。所謂的步進(jìn)電機(jī)的步距角為電機(jī)定子每改變一次通電狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。它決定著步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。在數(shù)控機(jī)床上常見的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角為 30 度。步距角越小，機(jī)床的控制精度會(huì)越高。(2) 矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 Mjmax 和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mq。電機(jī)的一個(gè)重要特性為矩角特性，矩角特性反映電機(jī)失調(diào)角和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間的變化關(guān)系。(3) 啟動(dòng)頻率 fq。啟動(dòng)頻率為步進(jìn)電機(jī)又靜止到瞬間啟動(dòng)時(shí)，在保證不丟步的情況下步進(jìn)電機(jī)所能承受的最高頻率。如果啟動(dòng)的時(shí)候啟動(dòng)頻率不小于瞬跳頻率，電機(jī)就無法保證正常的工作。在電機(jī)空載狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)定子通斷狀態(tài)的頻率要小于該瞬跳頻率。(4) 無間斷運(yùn)行時(shí)的最高頻率 fmax。最高頻率 fmax 是指步進(jìn)電機(jī)在持續(xù)工作時(shí)在不發(fā)生丟步時(shí)所能接受的最高頻率，電機(jī)的速度的調(diào)整由最高頻率fmax 決定。電機(jī)速度調(diào)整的特性是指在電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)到啟動(dòng)狀態(tài)和電機(jī)由啟動(dòng)狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的過程中定子繞組的通斷電狀態(tài)的頻率和實(shí)踐之間的關(guān)系。如果步進(jìn)電機(jī)的瞬跳頻率小于啟動(dòng)頻率時(shí)，頻率的變化速度逐漸上升；當(dāng)大于啟動(dòng)頻率的工作頻率時(shí)，頻率的變化速度逐漸下降。但逐漸上升和逐漸下降的加速時(shí)間和減速時(shí)間不太小，否則便會(huì)出現(xiàn)失步和超步現(xiàn)象。這里我們用加速時(shí)間的常數(shù) Ta 和減速的時(shí)間常數(shù) Td 來描述步進(jìn)電機(jī)的升速和降速特性，如圖6 所示。第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 15 圖 6 加減速特性曲線機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算交流伺服的控制系統(tǒng)在許多性能方面都好于步進(jìn)電機(jī)。然而在部分要求不高的場合比如機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常用步進(jìn)電機(jī)來完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。因此在機(jī)床控制系統(tǒng)使用設(shè)計(jì)過程中需要對控制系統(tǒng)的要求、控制系統(tǒng)的成本等各方面的因素進(jìn)行綜合的考慮從而選出性價(jià)比較高的控制電機(jī)。(1)電機(jī)與絲杠是通過套筒聯(lián)軸器直接相連，傳動(dòng)比 i=1，則步距角stepiTip /??????(2)移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量等效到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量 2221 )()80( cmkgWJp ???????機(jī)床絲杠對軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下 4 ,2122 ldvmrJs ?????第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 16 代入數(shù)據(jù)得 ， ，?? 所以 ??因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ????(3)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算電機(jī)空載快速啟動(dòng)時(shí)所需力矩計(jì)算公式如下： 0maxMf??機(jī)床最大的切削負(fù)載所需力矩的計(jì)算公式如下： tf0機(jī)床快速進(jìn)給工作時(shí)所需的力矩計(jì)算公式如下： 0Mf??式 中 Mamax步 進(jìn) 電 機(jī) 空載啟動(dòng)等效到電機(jī)軸上加速度力矩 Mf 步 進(jìn) 電 機(jī) 等 效 到電機(jī)軸上的摩擦力的矩 M0由 電 機(jī) 絲 杠 的 預(yù) 緊 引 起 的 折算到電機(jī)軸的附加的摩擦力矩 Mat機(jī) 床 工 作 時(shí) 等 效 到 步 進(jìn) 電 機(jī) 軸上的加速度的力矩 Mt機(jī) 床 正 常 工 作 時(shí) 等 效 到 電 機(jī) 軸上得到的切 削 力矩電 機(jī) 最 高 轉(zhuǎn) 速 nmax=500r/min cmN????????? 第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 17 min/50412n1 rTiV????等效摩擦力的矩計(jì)算公式如下所示 iLGfiF????2M00f當(dāng) =，f= 時(shí)，? cmNMf ????. iLP ????? )9.(.1)1(2 2200?? cNiFft ??因此機(jī)床空載情況下快速啟動(dòng)需要的力矩計(jì)算如下： 代入數(shù)據(jù)得0maxMf?? cmN??機(jī)床最大的切削負(fù)載所需力矩代入數(shù)據(jù)如下：=++=??0 c?機(jī)床快速進(jìn)給工作時(shí)所需的力矩代入數(shù)據(jù)計(jì)算如下=+=??cm?N顯 然 由上述計(jì)算得知：電機(jī)所需最大的力矩取在切削工作進(jìn)行時(shí)即 cmNM?為滿足工作要求，電機(jī)選用的工作方式為兩相四拍，查表得第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 18 ?jmqM電 動(dòng) 機(jī) 的 啟 動(dòng) 所 需 力 矩 電 動(dòng) 機(jī) 的 靜 載 荷 力 矩q jmMcN???.步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的最大頻率為 ????另 外 ， 為 了 防 止 在 機(jī) 床 加 工 的 過 程 中 在 某 些 地 方 需 要 停 止 時(shí) 而 產(chǎn) 生 的 少量 滑 動(dòng) 從 而 影 響 零 件 的 使 用 壽 命 和 加 工 精 度 ， 電 機(jī) 需 要 具 備 在 停 機(jī) 時(shí) 自 鎖 功能 ， 所 以 所 選 電 機(jī) 為 混 合 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 。 另 外 ， 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 在 理 論 上 說是 固 定 的 ， 但 實(shí) 際 上 生 產(chǎn) 上 還 是 有 誤 差 的 。 另 外 ， 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 也 將 會(huì) 引 起 步 進(jìn)電 機(jī) 的 定 位 誤 差 。 應(yīng) 將 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 誤 差 、 負(fù) 載 引 起 的 定 位 誤 差 和 傳 動(dòng)機(jī) 構(gòu) 的 誤 差 都 考 慮 在 內(nèi) ， 使 總 的 誤 差 小 于 數(shù) 控 機(jī) 床 允 許 的 定 位 誤 差 。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號為 42BYG250BSASSML，由表查得該型號電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 = m?？梢姡瑵M足要求。axjT? 主軸設(shè)計(jì) 軸 設(shè) 計(jì) 分 析主 軸 的 相 關(guān) 的 組 件 構(gòu) 成 了 機(jī) 床 的 重 要 組 成 部 分 。 主 軸 的 重 要 組 件 一 般 由軸 承 、 主 軸 、 固 定 件 （ 如 螺 母 ） 和 傳 動(dòng) 件 （ 齒 輪 、 帶 輪 ） 等 組 成 。 機(jī) 床 在 工作 的 時(shí) 候 ， 由 主 軸 帶 動(dòng) 著 工 件 （ 車 床 ） 或 者 刀 具 直 接 參 加 工 件 表 面 的 成 型 運(yùn)第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 19 動(dòng) 。 所 以 ， 主 軸 組 件 的 好 壞 對 機(jī) 床 生 產(chǎn) 率 和 加 工 性 能 有 著 重 要 的 影 響 。 生 產(chǎn)中 對 機(jī) 床 主 軸 的 要 求 ， 有 著 與 一 般 傳 動(dòng) 軸 要 求 的 相 似 之 處 ： 都 要 保 證 在 要 求的 轉(zhuǎn) 速 的 情 況 下 下 傳 遞 要 求 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 保 證 軸 承 和 軸 上 的 傳 動(dòng) 件 在 正 常 工 作 條件 工 作 。 但 是 在 工 作 中 主 軸 直 接 帶 動(dòng) 著 刀 具 或 工 件 進(jìn) 行 切 削 的 ， 主 軸 組 件 很大 程 度 上 決 定 著 機(jī) 床 的 加 工 精 度 。 主 軸 受 到 刀 具 切 削 時(shí) 所 受 到 的 切 削 力 ， 在機(jī) 床 （ 含 數(shù) 控 機(jī) 床 ） 上 轉(zhuǎn) 速 變 化 范 圍 又 很 大 。 因 此 ， 我 們 對 主 軸 組 件 又 有 許多 特 殊 要 求 。為 了 提 高 剛 度 ， 主 軸 的 直 徑 應(yīng) 該 略 微 大 一 些 。 前 軸 承 到 主 軸 前 端 的 距 離我 們 稱 為 懸 伸 。 懸 伸 量 應(yīng) 盡 量 小 一 些 。 為 了 利 于 裝 配 ， 主 軸 應(yīng) 該 制 成 階 梯 形 。材 料 的 熱 處 理 。 軸 的 載 荷 相 對 來 說 不 大 ， 引 起 的 應(yīng) 力 通 常 要 求 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 小 于桿 強(qiáng) 度 極 限 。 因 此 ， 強(qiáng) 度 一 般 不 是 我 們 選 材 的 依 據(jù) 。 當(dāng) 主 軸 的 尺 寸 和 幾 何 形狀 已 經(jīng) 確 定 ， 材 料 的 彈 性 模 量 決 定 著 主 軸 的 剛 度 。 但 各 種 各 樣 鋼 材 的 彈 性 模量 幾 乎 一 樣 。 因 此 ， 剛 度 也 不 是 我 們 選 材 的 依 據(jù) 。 主 軸 的 材 料 ， 主 要 應(yīng) 該 根據(jù) 材 料 的 熱 處 理 后 的 變 形 、 耐 磨 性 選 擇 。 普 通 銑 床 的 主 軸 ， 可 用 45 號 獲60 號 優(yōu) 質(zhì) 中 碳 鋼 ， 調(diào) 質(zhì) 到 220252HBS 左 右 。 對 于 教 學(xué) 型 數(shù) 控 銑 床 ， 不 要求 有 太 高 的 精 度 和 加 工 難 加 工 材 料 的 剛 度 ， 因 此 主 軸 做 成 實(shí) 階 梯 心 軸 ， 材 料45， 表 面 調(diào) 質(zhì) 處 理 。 軸結(jié)構(gòu)圖 主 軸 校 核 主軸材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理, =650MPa， =360MPab?s第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 20 .??? 軸受力： 轉(zhuǎn)矩 T= ???N銑削力 .2d銑 削銑 削 FT所以 ?銑 削需用應(yīng)力值 用插入法查表得： ??a10bMP?? 6?應(yīng)力校正系數(shù) ??.01b0???當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 = mmT??當(dāng)量彎矩 = ?22)(軸徑 ??????? m1?此銑削力滿足工件加工要求。 主軸軸承的選擇 對于教學(xué)實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床的主軸，主軸構(gòu)造相對簡單，主軸所受的力相對較小，精度和剛度也不是太高。因此，對于主軸軸承的要求也相對比較寬松，又由于數(shù)控銑床主要載荷為軸向力，所受的徑向力可以忽略。又因?yàn)樯顪锨蜉S承主要承