【正文】 ，前者有低速運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在著電流波動(dòng)大，功率損耗大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避免開(kāi)關(guān)直通的危險(xiǎn)，限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電機(jī)的控制。 光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。 5 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 5． 1 光電隔離電路 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下 ,以光為煤介傳送信號(hào) ,對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離 .因而具有良好的電絕緣能力 并 能 夠 有效地抑制系統(tǒng)噪 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 22 頁(yè) 共 40 頁(yè) 聲，消除接地回路的干擾， 具 有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等 特點(diǎn)。 m，任務(wù)書(shū)給定的最快工進(jìn)速度 m a x 8 0 0 / m infv m m? ，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 m a x m a x( / ) / 3 6 0ffn v a???160r/min， 傳遞的功率為 m a x 2 / 9 .5 5 1 9 .0 2f e qP n T W?? 可見(jiàn)，兩種情況下同步帶傳遞的負(fù)載功率均小于帶的額定功率 。 （ 1）快速空載啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至 nm =750r/min， ，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT =綜上所述，本例中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用 110BYG2602 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 ④啟動(dòng)頻率的計(jì) 算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J = cm? ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量15mJ ? 2cmkg? ，查表 45 可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)最高空載啟動(dòng)頻率 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 21 頁(yè) 共 40 頁(yè) qf =1800Hz，則由式 417 可以求出步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為： 1/qL mffJJ???783Hz 上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電機(jī)起步時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于783Hz。 ③ 最快空載移動(dòng)時(shí)電機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)速度 m a x 3 6 0 0 m m /m inv= ，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率 maxf =6000Hz。 m，大于快速空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT = m ，滿足要求。 4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 ①最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定縱向最快工進(jìn)速度 maxfv =800mm/min，脈沖當(dāng)量 ? =，由式 416 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 m a x 8 0 0 / ( 6 0 0 .0 1 ) 1 3 3 3ff H z H z? ? ? 從表 47 可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 maxfT = m 對(duì)于前面預(yù)選的 110BYG2602 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表 45 可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjT =20N m 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán) 控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降， C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 20 頁(yè) 共 40 頁(yè) 可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。 m 最后由式 2eq t fT T T??，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 2eqT =+=則有： 2eq t fT T T?? 其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT 由式 2fht FPT i??? 計(jì)算可得 tT = m 2） 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT 由式 413 可知 : 2eqT 包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩tT 、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT 、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T 。 m 最后帶入 1 m axeq a fT T T??=２ .３０１ + 將上面數(shù)值帶入m a x2 160 eq ma aJnTt????=因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》式 412 式可知， 0T 相對(duì)于 maxaT 和 fT 很小，可以忽略不計(jì)。 計(jì)算得出： J = cm? 4． 1． 2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 eqT 加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分為快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 電 動(dòng) 機(jī)的驅(qū)動(dòng) 離不開(kāi)半導(dǎo)體功率器件 ， 在對(duì)直流電機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用上又可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng) ，由于前者在工作時(shí)有大量功率消耗在元器件上，致使效率很低，因此絕大多數(shù)直 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 17 頁(yè) 共 40 頁(yè) 流電機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式 ， 該方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi) 關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈寬調(diào)制來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型電力電子功率元件的不 斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制方式已成為主流，并作為其數(shù)字控制的基礎(chǔ)。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁部分用永磁材料代替，產(chǎn)生永磁直流電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用電量少，所以目前在中小功率范圍內(nèi)運(yùn)用廣泛。長(zhǎng)期以來(lái)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。 zK — 小帶輪嚙合系數(shù)，取 1； 經(jīng)計(jì)算得出： 360 948rdP W P W? ? ?,所以滿足要求。 根據(jù) 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 311，選定最接近的帶寬 ?rb )(mm ，若選擇雙邊擋圈，則 最小寬度 ?rb ，擋圈厚度為 2mm。 表 38 同步帶基準(zhǔn)寬度下的許用拉力和線密度 帶型號(hào) 基準(zhǔn)帶寬 b/mm 許用拉力 /N 線密度 / 1??mkg XL L H 經(jīng)計(jì)算， 20 ( 2 1 0 0 . 8 5 0 . 4 4 2 . 3 8 ) 2 / 3 8 4 . 9 91000P k W k W? ? ??? 3． 3． 8 確定實(shí)際同步帶寬度 實(shí)際所需同步帶寬度 rb 的計(jì)算公式如下： 0 )( PKPbbzdr ? 式中： b — 選定型號(hào)的 基準(zhǔn)寬度 ， Ｈ 型其值為 ； zK — 小帶輪嚙合系數(shù)， 根據(jù) 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 322， 當(dāng) 6?mz C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 16 頁(yè) 共 40 頁(yè) 時(shí)，其值為 1。 通過(guò)計(jì)算，得出21 2 . 7 1 5[ 1 5 / 2 ( 2 5 1 5 ) ] 7 62 1 7 6 . 6 5mz e n t ? ?? ? ? ? ? ???， 滿足要求。一般情況下，應(yīng)該保證 6?mz 。 實(shí)際中心距 6 0 9 . 6 6 1 2 . 31 7 8 1 7 6 . 6 5 ( )22pr LLa a m m? ?? ? ? ? ?。則帶的節(jié) 線長(zhǎng)度 22112 ()2 ( ) 6 1 2 . 3 ( )24 ddL a d d m ma? ?? ? ? ? ?。 當(dāng)主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 m a xm a x 60 7 5 0 ( / m in )hiVnrP????時(shí)，同步帶 的 線 速 度為 ： 1 m a x 3 . 1 4 6 0 . 6 4 7 5 0 / 2 . 3 8 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0dnv m s m s? ??? ? ?? 遠(yuǎn)小 于 Ｈ 型帶的極限速度 40 /ms，所以滿足要求。 3． 3． 3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的 設(shè)計(jì) 功率 Pd，查表 36 選擇同步帶，型號(hào)為 H型 ，節(jié)距 mm? 。 預(yù)選步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)速為 750 min/r 時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率為? ?m a x 75 0 36 0 60 0. 75 60 00f H z? ? ? ? ?。 所以傳動(dòng)比 0. 75 8 5336 0 0. 01i? ???? 由 縱向 床鞍的 最快移動(dòng)速度 m a x 3 6 0 0 m /m in=v ，可以算出主動(dòng)輪的 最高轉(zhuǎn)速： m a x1 ( / ) / 3 6 0 (3 6 0 0 / 0 . 0 1 ) 0 . 7 5 / 3 6 0 7 5 0 / m inn zvr?? ? ? ??? 3． 3． 2 傳遞功率的估算 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知， 對(duì) 該傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳遞功率的研究只要考慮三種工作 狀態(tài) ，他們 分別是： 最大負(fù)載 且 最大工進(jìn)速度、快速空載啟動(dòng)、 最快 空載移動(dòng)。 3． 3． 1 傳動(dòng)比的確定 初選電機(jī)型號(hào)為 110BYG2602，四相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為 20NM? ， 步距角為 ? 由2121 ???? nni 和phP ??2360 ?? 可得：phPi ?? ??3601 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 13 頁(yè) 共 40 頁(yè) 式中：1?— 電機(jī)編碼器分辨率，單位 為 度 /脈沖； 2? — 絲杠分辨率，單位 為 度 /脈沖 ； hP — 絲杠導(dǎo)程， 其值為 8mm ； p? — 脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)中 Z軸 為 /脈沖 。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長(zhǎng)軸承的使用壽命。 表 34 絲杠支承系數(shù) kf 支承方式 雙推 雙推 雙推 簡(jiǎn)支 單推 單推 雙推 自由 kf 取值 4 2 1 3． 3 同步帶 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 同步帶 也叫同步齒形帶， 它 綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要用在驅(qū)動(dòng)帶輪與被動(dòng)帶輪之間要求有固定傳動(dòng)比的情況 。 表 33 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量upV 有效行程 mmlu/ 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2021 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 3． 2． 9 壓桿 穩(wěn)定性校核 由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長(zhǎng)又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象， 不 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 Fk 應(yīng)該滿足： KF = ?22KaEIfk? mF 式中： kf — 絲杠支承系數(shù)， 雙推 雙推 方式時(shí)，取 4，其他方式如表 34所示 ； K — 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)， 一般取 ～ 4，垂直安裝時(shí)取最小值 ，本設(shè)計(jì)取 4； a — 滾珠絲杠兩端支承間的距離， 單位為 mm ， 本設(shè)計(jì)中該值為 1990mm ； I — 按絲杠底徑 2d 確定的截面慣性矩（ 6442dI ?? ，單位為 4mm ） ,本設(shè) C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 12 頁(yè) 共 40 頁(yè) 中將 mmd ? 代入算出 I = 4mm 。 因轉(zhuǎn)矩 和絲杠 螺母滾道接觸 對(duì)絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小， 所以 2? 、 3? 可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量 為： 1? = ESlF um? （ “ +” 號(hào)代表拉伸， “ ” 代表壓縮） 式中：mF— 絲杠的 最大工作載荷 ，單位為 N ； ul — 滾珠絲杠兩端支承間的距離 ，單位為 mm ； E — 絲杠材料的彈性模量，鋼 MPaE ?? ； S — 絲杠的橫截面面積，單位 2mm 按絲杠螺紋的底徑2d確定 。 算得 ： ? =% 3． 2． 8 剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠副 工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度 和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。 3． 2． 7 傳動(dòng)效率的計(jì)算 滾珠絲杠的傳動(dòng)效率 ? 一般在 ～ 之間 ，其計(jì)算公式如下： ? =)tan(tan ???? 式中： ? — 螺距升角，根據(jù)0 Ptan d?? ,可得 ? =176。 表 32 FL50083型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 絲杠 底徑/mm 額定載荷 /KN 接觸剛度 / 1?? mN? 0d hP wD 1d 2d oaC aC 1897 50 8 66 31 3． 2． 6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支承主要用來(lái)約束絲杠的軸向竄動(dòng)，為了提高軸向剛度，絲杠 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 10 頁(yè) 共 40 頁(yè) 支承常用推力軸承為主的軸承組合 。 3． 2． 5 滾珠絲杠螺母副的選型 初選滾珠絲桿副時(shí)應(yīng)使其額定動(dòng)載荷 Qa FC ? , 當(dāng)滾珠 絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下 min)/10( rn? 長(zhǎng)時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使