【正文】 JS==則可算得： =+/ = （324）（2）慣量匹配驗算由[12] 《機電傳動控制》初選二相混合式步進電機86BYG350AH0201。 驅動電機的選擇縱向步進電機的選擇計算（1）計算工作臺、絲杠、以及帶輪折算到電機軸上的慣量 根據(jù)《機電一體化系統(tǒng)設計》所提供的計算公式[11]：=+/ （322）式中：折算到電機軸的慣量（）、大小帶輪的慣量（）絲杠的慣量（）縱向工作臺及夾具重量（N）為2156NP絲杠螺距（cm），P=6mm帶輪及絲杠轉動慣量的計算：由于有些傳動件（帶輪、絲杠等）的轉動慣量不易精確計算，可將其等效成圓柱體來計算。大部分帶傳動是依靠擾性傳動與帶輪間的摩擦力來傳遞運動和動力的，銑床方面的傳動還有電機直連式，在此選擇了帶傳動的方式，帶傳動簡單，而且效率高，選擇的傳動比=2（4）小帶輪齒數(shù)根據(jù)帶型XL和小帶輪的轉速，由表查得小帶輪的最小齒數(shù)=12，此處取=12，則大帶輪的齒數(shù)==24（5）小帶輪的節(jié)圓直徑, （314）查表得其外徑=2δ== 其中2δ為節(jié)根距 （6）大帶輪節(jié)圓直徑 （315）查表得其外徑=—= （7）帶傳動速度 （316） 確定帶輪的中心距（1）初定軸間距查機械設計手冊得 同時根據(jù)對銑床產品的測繪和設計經驗初定=100mm（2）帶長及其齒數(shù)的確定 （317） =200＋＋ =查表應選用帶長代號為150的L型同步帶，其節(jié)線長度=，節(jié)線長上的齒數(shù)=40（3）實際軸間距，所設計的結構的軸間距可調整 （318） 確定帶輪的尺寸（1）小帶輪嚙合齒數(shù)的確定 （319）（2）帶寬 （320）其中：—： 帶的基本寬度帶型ＸＬＬHbs0/mm當6時=1，當=5時=，當=4時=，此處取=則 （321）至此X向帶輪的設計已經完成，根據(jù)上面的計算數(shù)據(jù)，取標準寬度帶號為075的L型帶，其帶寬=，則帶輪的寬度=。P其中為載荷修正系數(shù)根據(jù)已知工作條件查表取,則＝選用4級精度的滾珠絲杠。 滾珠絲杠副的精度等級滾珠絲杠副的精度，[9]按國標GB/T ,分為七個等級，即10級,1級精度最高，依次降低。失穩(wěn)時的載荷為：（312）其中，（絲杠承載方式系數(shù)，選用一端固定，一端浮動方式），I為截面慣量距，臨界載荷與絲杠工作載荷之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果大于需用穩(wěn)定安全系數(shù)，則該滾珠絲杠就不會失穩(wěn)。因此所選的滾珠絲杠副剛度符合要求。否則，應考慮選用較大公稱直徑的滾珠絲杠。一般不應大于機床進給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半。L0———滾珠絲杠導程，初選L0=6mm；v———最大切削力下的進給速度af———每齒進給量（mm/齒）af=Z———銑刀齒數(shù)，Z=4n———銑刀轉速，區(qū)別與以上絲杠轉速n，取為600r/minv=4600=168 r/minn==(1000168)/6=28000 = =因為，所以所選滾珠絲杠螺母副符合最大動載荷要求?！?； ———移動部件的重力（N）；———工作臺縱向進給方向載荷；Fc ———工作臺橫向進給方向載荷；Fv ———工作臺垂直進給方向載荷；Fm=＋（＋） = 最大動負載C的計算及主要尺寸初選滾動絲杠最大動載荷C可用下式計算： （37）式中：L為工作壽命，單位為， （38）n為絲杠轉速，； t為額定使用壽命（h），可取t=15000h；為運轉狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取1~，~，~；為滾珠絲杠工作載荷（N）。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體重力和作用在導軌上的其他切削分力相關的摩擦力。表面硬度58~64HRC。根據(jù)最大銑刀直徑d＝32mm，最大銑削寬度，最大銑削深度選擇莫氏錐柄立銑刀，： 立銑刀各參數(shù)直徑范 圍齒數(shù)粗齒中齒細齒636345根據(jù)工件材料為碳鋼可確定銑削力的計算公式31： （31）式中各參數(shù)如下:———銑削力系數(shù)，CFz=； ———最大銑削寬度，本設計為16mm；———最大銑削深度，本設計為6mm；Z ———銑刀齒數(shù)，齒數(shù)取5；———圓柱銑刀直徑，查得d0=32mm(《機械制造技術基礎課程設計指導教程》)； ———每齒進給量（mm/齒），即銑刀每轉一個齒間角時，工件與銑刀的相對移動量，查得=（[3]《機電一體化系統(tǒng)設計》）；故 = 進給工作臺工作載荷計算 此處省略其中切向銑削力 是沿銑刀主運動方向的分力，它消耗銑床電機功率（即銑削功率）最多。通常假定銑削時銑刀受到的銑削力是作用在刀尖的某點上。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。 3 XY數(shù)控工作臺機械系統(tǒng)設計 XY數(shù)控工作臺的整體結構設計進給傳動系統(tǒng)示意圖如圖31所示:伺服電動機工作臺 滾珠絲杠圖31 傳動系統(tǒng)示意圖如圖32所示為典型XY工作臺。 絲杠螺母副的選用伺服電動機的旋轉運動需要通過絲杠螺母副轉換成直線運動，滑動絲杠副不能滿足要求，只有選用滾珠絲杠副才能達到要求。綜上所述，要設計數(shù)控銑床工作臺，需要承受的載荷不大，脈沖當量小，定位精度高，因此選用滾動導軌裝置中的直線滾動導軌副。 3）摩檫阻力小，移動輕便，磨損小，精度保持性好，壽命長。、滾柱、滾針等滾動體，使導軌面之間的滑動摩檫變成為滾動摩檫，其優(yōu)點有 1）靈敏度高，且其動摩檫系數(shù)與靜摩檫系數(shù)相差甚微，因而運動平穩(wěn)，低速移動時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。其缺點是結構復雜，要有供油系統(tǒng)，油的清潔度要求高。，一定壓力的油通過節(jié)流輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運動部件，使導軌工作表面處于純液體摩檫，不產生磨損，精度保持性好；同時摩檫系數(shù)也極低，使驅動功率大大降低；低速無爬行，承載能力大，剛度好。普通滑動導軌是金屬與金屬的摩察，這類導軌的缺點是靜摩檫系數(shù)大，而且動摩檫系數(shù)隨速度變化而變化，摩檫損失大，低速時易出現(xiàn)爬行，從而會降低運動部件的定位精度，所以一般使用在普通機床上。、制造方便、剛度好、抗震性高等優(yōu)點。 （7） 體積小、重量輕、性價比高、省電。 （5） 控制功能強。 （3） 標準化的硬件和軟件設計、通用性強。PLC控制系統(tǒng)有以下優(yōu)點： （1）應用靈活、擴展性好。設計控制系統(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與按鈕信息；（3）接受銑床限位開關信號；（4）控制X，Y向步進電動機的驅動；（5）控制切削液泵啟動/停止；（6）與PC機的串行通信。PLC體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比較好。為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術；為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。單片機抗干擾能力中等，對環(huán)境要求高，性價比一般。 （5） 在智能接口中的應用。 （2） 在智能化儀器儀表中的應用。 （4） 優(yōu)異的性能價格比。 （2） 控制功能強。但價格較貴，對環(huán)境要求高，抗干擾能力低。計算機控制系統(tǒng)通常具有精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功能等特點，因此可以實現(xiàn)高級復雜的控制方法，獲得快速精密的控制效果。 控制系統(tǒng)方案的確定主要的控制器有：計算機、單片機和PLC。因此通常在精確度要求不是很高時，采用步進電機是合理的。采用步進電機來實現(xiàn)驅動，一般情況下多采用開環(huán)控制。這種控制避免了使用昂貴的傳感器以及象光學編碼器這樣的反饋設備，因為只需要跟蹤輸入的步進脈沖就可以知道你（轉子）的位置。開環(huán)控制系統(tǒng)如圖21所示：圖21 開環(huán)控制流程圖步進電機最有意義的一個優(yōu)點就是在開環(huán)系統(tǒng)里可以實現(xiàn)精確的控制。8．由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉速范圍。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能像普通的直流電機、交流電機在常規(guī)下使用。由于脈沖信號數(shù)與步距角的線性關系，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。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作為執(zhí)行電動機。 步進電動機步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。：結構簡單，制造容量大，主要用在主軸驅動系統(tǒng)中。交流伺服電機形式：：可方便的獲得與頻率成正比的可變速度，可以得到非常硬的機械特性和很寬的調速范圍，在電源電壓和頻度固定時，它的轉速是穩(wěn)定不變的。直流伺服電機的缺點：它的電刷盒換向器易磨損；電機最高轉速受限制，應用環(huán)境受限制；結構復雜，制造困難，成本高。它具有線性調速范圍寬、信號響應迅速、堵轉轉矩大、無控制電壓時立即停轉等特點，作為驅動元件被廣泛的應用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中。齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高。同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。4 帶傳動帶傳動的優(yōu)點： （1） 適用于中心距較大的傳動； （2） 結構簡單，成本低； （3） 帶有彈性，能緩沖減震，運轉平穩(wěn)，噪音?。?（4） 傳動過載時，帶與帶輪打滑，保護其他零件。3 蝸桿傳動蝸桿傳動的優(yōu)點： （1） 能實現(xiàn)大的傳動比； （2） 沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低； （3） 具有自鎖性。2 齒輪傳動齒輪傳動的優(yōu)點： （1） 工作可靠，壽命長； （2） 傳動比恒定； （3） 效率高； （4） 結構緊湊； （5） 適用性廣。鏈傳動的缺點： （1） 瞬時傳動比不恒定，瞬時鏈速不恒定； （2） 傳動的平穩(wěn)性差，有噪音。 2 XY數(shù)控工作臺總體方案確定 傳動系統(tǒng)方案的確定主要的機械傳動裝置：鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產規(guī)模的問題。從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨越式發(fā)展。我國是制造大國，在世界產業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，所以，我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產業(yè)問題。數(shù)控技術的發(fā)展趨勢：數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)，例如IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。通過持續(xù)的開發(fā)研究以及對信息技術的深化應用，促進了數(shù)控機床性能和質量的進一步提升，使數(shù)控機床成為國民經濟和國防建設發(fā)展的重要制造裝備。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目。 XY數(shù)控工作臺的現(xiàn)狀與發(fā)展我國數(shù)控機床產量持續(xù)高速增長，根據(jù)市場需求和技術發(fā)展趨勢，應重點推進高效、精密為核心的數(shù)控機床“μm”級工程，加強發(fā)展高性能、高可靠性數(shù)控功能部件，積極開展復合加工機床、超精密數(shù)控機床和可重構制造系統(tǒng)的工程化研究等相應的關鍵技術。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據(jù)工作載荷選取即可。模塊化的XY數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作臺、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。目前已廣泛應用于測量、激光焊接、激光切割，涂膠、打孔，插件、小型數(shù)控機床、射線掃描、雕銑機及實用教學等場合。它充分的利用了危機的軟件硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進一步得到提高。數(shù)控技術是使用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，其技術范圍覆蓋很多領域。可以說，微機數(shù)字控制技術的應用是機械制造行業(yè)現(xiàn)代化的標志，在很大程度上決定了企業(yè)在市場競爭中的