【正文】 0。 號相數電壓電流電阻電感靜轉矩機身長定位轉矩出軸長重量接線圖單 位VAΩmHmmmmKg57BYGH101434521a57BYGH102254521b57BYGH20141640605521a57BYGH202412225521a57BYGH203285521b57BYGH204455521a57BYGH20526105521b57BYGH206435521a57BYGH2072895521b57BYGH208212335521b57BYGH209445521a57BTGH2104485521a57BYGH21143225521a57BYGH212235521b57BYGH2132395521b57BYGH214231455b57BYGH2512126821b57BYGH301424147621a57BYGH3024147621a57BYGH3034127621a57BTGH30447147621a57BYGH30623157621b 57電機的外形圖初步選用型號是57BYGH203系列的混合式步進電機，這種電機產品同時兼有反應式和永磁式兩種步進電機優(yōu)點。該產品具有體積小、驅動電流和功耗小、起動和運行頻率高、動態(tài)性好的特點，同時還具有良好的內部阻尼特性，因而運行平穩(wěn)，無明顯的低頻振蕩區(qū)，噪音小，可靠性高。既可用于組建穩(wěn)定、可靠的開環(huán)系統(tǒng)，也可用于組建閉環(huán)系統(tǒng)。工作中要求步進電機能嚴格跟隨指令脈沖,不發(fā)生失頻、振蕩。能快速起動、停止、正反轉和高效運轉。能滿足各項性能指標且具有良好的動態(tài)特性。步進電機選用時首先必須保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，使電動機的矩頻特性有一定余量以保證運行可靠，一般來說最大靜轉矩T大的電機，負載轉矩也大，通常取T /T=~。對于相數較多，突跳頻率要求不高時取大值，反之取小值。其次要求計算機械系統(tǒng)的負載慣量和產品所要求的啟動頻率，使之與步進電機相匹配并有一定余量，并使最高連續(xù)工作頻率能滿足產品快速移動的要求。選用步進電機時還必須注意到要使其步距角和機械系統(tǒng)相匹配，以得到所需要的脈沖當量。57電機的參數步 距 角： DEG 絕緣電阻：500V DC 100MΩ 絕緣強度：500V AC 1 Minute 溫 升：65K 環(huán)境溫度：10~+55℃ 絕緣等級：B 57BYGH203以及57BYGH301運行矩頻特性2負載轉矩和慣量的計算(1)負載轉矩的估算精確計算驅動系統(tǒng)的轉矩是比較復雜的，習慣的做法是根據實際裝置實測求取，在選擇步進電機時，常常使用近似的公式，先估算出負載的轉矩，從而為選定步進電機提供依據。根據該課題的要求,估算電機的負載轉矩。由機械結構可知,電機驅動絲杠螺母機構在到工作臺，該直線運動系統(tǒng)換到電動機軸的負載轉矩　一般由下式估算: (31)F一直線運動機械的軸向力，kg；D一齒輪齒條傳動中的齒輪直徑，cm；W一負載質量，kg；i一減速傳動比；一驅動系統(tǒng)的效率；一滑動摩擦系數。式中其中，～, =～，D=14mm。由機床的結構參數，估算工作平臺的總質量(包括旋轉步進電機、蝸輪、蝸桿、刀架等)為15kg，根據刀具刃磨載荷輕的特點，直線運動受到的軸向力可根據力矩平衡原理得出，如圖53所示，軸向力矩與摩擦分力的力矩相等： （32）=≈代入（31）可得： = (2)負載慣量的計算根據慣量的定義，物體對某軸的慣量定義為該物體微小體積的質量dm與該微小體積到軸的距離r的平方的乘積之總和，即 33回轉體的慣量計算： 34式中：—回轉體的材料密度 D—回轉體直徑 L—回轉體的長度該機構是經過一級蝸輪蝸桿減速傳到工作臺上故其轉動慣量必須經過折算，其公式為： 35①工作臺轉動慣量計算步進電機驅動蝸輪蝸桿傳動機構，通過蝸輪蝸桿機構傳到工作臺，這時根據動能守恒定律可得到工作臺運動慣量換算到驅動軸上的等效轉動慣量為： 36==②蝸輪軸轉動慣量計算=③蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉動慣量為 = k= ④換算到電機軸上總慣性負載 =+ = ≈ k (3)加速轉矩驅動負載時往往需要進行加減速度運行。慣性體就會產生加速轉矩，其計算式為：式中S—每轉走的步數，為步進電機的步距角；F— 最大驅動頻率，Hz(pps)；T—加速時間；g—重力加速度。二 絲杠螺母機構的選擇計算（一）絲杠螺母機構概述1絲杠螺母機構的特點（1）用較小的扭矩傳動絲杠，可使得螺母獲得較大的軸向牽引力；（2）可達到很大的降速比，使得機構大為簡化；（3）能達到較大的傳動精度。用于機構進給時，還可算作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，；（4）傳動平穩(wěn)，無噪聲；（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃?。此特點可用于部件升降移動，防止因部件自重而降落。2絲杠螺母機構的選用根據該設計方案，要求工作臺能夠上下移動，而且要能夠自鎖，故根據選用如圖所示結構：(二)絲杠螺母機構的計算1絲杠的導程：根據結構設計和要求，選用絲杠頭數k=1,螺距t=4mm,故絲杠螺母機構的導程s=kt=4mm。2絲杠的效率：正傳動的效率即回轉運動轉換為直線運動的效率為： 37式中：—中徑處的螺紋升角，； —絲杠螺紋中徑； —當量摩擦角。= =對于滑動絲杠：，當f=, =時。代入數據得= =3驅動扭矩M計算設所受的軸向力為P，則螺紋中徑處的圓周力Q為： 38 = =驅動扭矩M為： 39用代入得：= =4耐磨性計算滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越容易形成過渡磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p,使其小于材料的許用壓力[p]。有耐磨性決定絲杠中徑的公式為：≥ 310式中:p—絲杠所承受的最大軸向力； —螺母的長徑比，L為螺母的長度（mm）～4，但螺母的螺紋圈數一般不超過10。因為圈數越多，載荷分布越不均，第10圈以后的螺紋，實際上起不到分擔載荷的作用。 =16mm故取=16mm,耐磨性核算的公式為： 311代入數據得p==,故滿足要求。三 蝸輪蝸桿機構選擇計算（一）蝸輪蝸桿傳動的尺寸參數1蝸輪蝸桿傳動的特點蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構，兩軸線的夾角圍任意值，通常用的為90。這種傳動有以下的特點：（1）當使用單頭蝸桿（相當于單線螺紋）時，蝸桿旋轉一周，蝸輪只轉過一齒距，因而能實現大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5～80；在分度機構或手動機構中，傳動比可達300。（2）在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是漸漸進入嚙合及漸漸退出嚙合，同時嚙合的齒對有較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。（3）當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿的傳動具有自鎖性。（4）蝸桿傳動與螺旋齒輪的嚙合相似，在嚙合處有相對的滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產生嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當傳動具有自鎖性時。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便于鋼質蝸桿配對組成減摩擦性良好的滑動摩擦副。通常應用于減速裝置。2蝸輪蝸桿傳動的主要參數及尺寸（1）根據結構及設計要求選用普通圓柱蝸桿，蝸桿的的頭數k=1,模數m=1，壓力角。和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的幾何尺寸也以模數為主要的計算參數。蝸桿和蝸輪嚙合時在中間平面上。蝸桿的軸向模數應和蝸輪的端面模數、壓力角相等。則有：蝸桿頭數： 蝸輪齒數： 傳動比：分度圓直徑： 直徑系數： 蝸桿導程角： （2）蝸輪蝸桿其它的尺寸參數：中心矩： 蝸桿軸向齒距： 蝸桿導程： 蝸桿分度圓直徑：蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿齒根圓直徑：蝸桿齒頂高： 蝸桿齒根高： 蝸桿齒高： 蝸桿導程角： 蝸輪分度圓直徑：蝸輪齒頂圓直徑：蝸輪齒根圓直徑：蝸輪齒頂高： 蝸輪齒根高： 蝸輪齒高： 由于該結構承載不大，速度不高，根據蝸桿材料的選用原則，可選用45鋼，并經調質處理，硬度為220～300HBS。蝸輪材料選用鑄造錫青銅三 滑桿轉軸的設計（一）x軸滑桿轉軸的形狀設計 滑桿轉軸是該裝置非常重要的設計，它的形狀尺寸直接影響著傳動的精度，滑桿轉軸起到支撐刀架板，螺母抬高時滑桿轉軸繞Y軸滑桿轉軸轉動，同時x軸的轉軸長度增加，因此在一端要進行緊固，防止在轉動時滑落。大概結構如圖 滑桿轉軸的大概形狀圖（二）y軸滑桿轉軸的形狀設計Y軸的設計與X軸是有所不同首先，轉軸的設計已經確定y軸的大概形狀 。其中y軸所承受力與x軸所承受的力相同，但是y軸的形狀在于x軸以及轉軸的連接處是不同的。在連接處y軸的軸徑要變粗，以便可以在鉆空后插入x軸可以承受一定的壓力。 Y軸的形狀設計（三）X軸和y軸滑桿轉軸的力學設計 以知這兩個軸的所受力的方向和所承受力的因素，我們根據經驗設計法設計滑桿轉軸的直徑。根據我們所總結的自行車心軸尺寸設計經驗，初步定出X軸粗徑直徑為12mm細徑直徑為8mm，采用抗彎性能好的材料硬度較高。在此不進行彎矩圖和扭矩圖的描述。（四）可轉動銷的設計轉動銷在刃磨裝置中也是非常重要的傳動零件之一，滑桿轉軸插入轉動銷的孔中，而銷子插入螺母中的孔中，詳細裝配位置可見裝配圖。轉動銷的設計為一頭是圓形銷子，另一端是方形中間鉆孔與滑桿轉軸配合，該孔與圓形銷子為垂直關系。 可轉動銷的結構當螺母在絲杠上上下串動時，螺母帶動可轉動銷上下運動而轉動銷的孔中插入滑桿轉軸（滑桿轉軸一端為鉸鏈）形成一個類似于搖桿滑塊機構，而滑桿轉軸直接帶動刀架板繞y軸轉動。第三部分 刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設計在機電一體化系統(tǒng)中各部件不是獨立存在的，而是相互聯系，構成一個有機的整體。其中控制系統(tǒng)相當于人的“大腦”，它處理各種信息，把由傳感器把機械本體的各種信號檢測出來，送到控制器中進行存儲、運算、變換、加工，控制器根據檢測及運算結果，發(fā)出相應的指令，通過執(zhí)行機構使機械本體完成規(guī)定的動作，實現產品所要求的功能。 控制系統(tǒng)簡圖在我國 ，經濟型機電產品控制系統(tǒng)一般以MCS51系列8位單片機為控制中心。本控制系統(tǒng)如圖十七，控制電路主要由以下幾個部分組成:8031AH最小系統(tǒng)，數碼顯示及鍵盤輸入電路，A/D轉換電路，1/O接口電路和步進電機驅動電路等幾個方面。（一）單片機控制系統(tǒng)的設計圖 為單片機控制系統(tǒng)結構框圖。該電路以8031A H單片機為核心，從鍵盤選擇刃磨的種類，輸入加工工件的參數，通過單片機判斷當前系統(tǒng)的狀態(tài)，控制步進電機按照工藝要求運動從而完成整個工件的刃磨過程。下面 簡 要 介紹一下各部分的功能:(1) 8031A H 最小系統(tǒng)它是單片機控制系統(tǒng)的核心部分，通過它實現外圍芯片的信息交換和控制，完成機床所需要的控制功能。(1) 數 碼顯 示及鍵盤輸入電路主要是進行加工工件參數的輸入、顯示，加工工作狀態(tài)的指示。(2) 傳 感器 信號采集電路主要包括 A/D轉換電路和其它位置傳感器輸入電路。將外部的傳感器信息的模擬量轉換為數字量，讓主芯片進行判斷處理。這里主要是進行機床限、定位傳