数控铣床XY工作台 毕业设计.doc 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/12/23 21:42:19星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

茂名职业技术学院 在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮机减速,采用一级减速,步进电动机的输出轴与齿轮相连,滚珠丝杠的轴头与大齿轮相连。其中大齿轮设计成双片结构,采用适量弹簧错齿法消除侧隙。

已知工作台的脉冲当量?=0.004mm/脉冲,滚珠丝杠的的导程Ph=5mm, 初选步进电动机的步距角?=0.75°。根据下式算得减速比:

i?(?Ph)/(360?)=(0.75?5)/(360?0.004)=25/10

本设计选用常州市新月电机有限公司生产的JBF-3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm,齿数比为75:30,材料为45调质钢,齿表面淬硬后达到55HRC。减速箱中心距为[(75+30)?1/2]mm=57mm,小齿轮厚度为20mm,双片大齿轮厚度均为10mm。 4.6 步进电动机的计算与选型

4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq

已知:滚珠丝杠的公称直径d0=20mm,总长l=500mm,导程Ph=5mm,材料密度

?=7.85?10-5kg/cm2;移动部件总重力G=800N;小齿轮齿宽b1=20mm.,直径d1=30mm,

大小齿轮齿宽b2=20mm,直径d2=75mm;传动比i=25/10。

算得各个零部件的转动惯量如下:

JS??L?R22 JZ?2

?b?R22

滚珠丝杠的转动惯量Js=0.617kg·cm;拖板折算到丝杠上的转动惯量

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Jw=0.517kg·cm;小齿轮的转动惯量Jz1=0.125 kg·cm;大齿轮的转动惯量Jz2=4.877

2

kg·cm。

初选步进电动机的型号为90YBG2602,为两相混合式,由常州宝马集团公司生产,

2

二相八拍驱动时的步距角为0.75°,该型号的电动机转子的转动惯量Jm=4 kg·cm。

则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为:

Jeq?Jm?JZ1?(JZ2?JW?JS)/i=5.087 kg·cm

2

24.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算。

1) 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1由式子可知,Teq1包括 三部分;一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩Tamax;一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf;还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0。因为滚珠丝杠副传动效率很高,根据式子可

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茂名职业技术学院 知,T0相对于Tamax和Tf很小,可以忽 略不计。则有:

Teq1=Tamax+Tf

根据公式,考虑传动链的总效率?,计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩:

Tamax= 其中:

2?Jeqnm60ta1?

?nm?vmax?=1562.5r/min ; 360?式中Vmax—空载最快移动速度,任务书指定为3000mm/min;

?—步进电动机步距角,预选电动机为0.75?;

?—脉冲当量,本例?=0.004mm/脉冲。

设步进电机由静止加速至nm所需时间ta?0.4s,传动链总效率??0.7。则由上式求得:

2??5.087?10?4?1562.5?0.297N?m Tamax=

60?0.4?0.7由设计知,移动部件运动时,折算到电动机转轴上的摩擦转矩为:

Tf=

?(Fz?G)Ph0.005?(0?800)?0.005??0.0018N?m

2??i2??0.7?25/10式中?——导轨的摩擦因素,滚动导轨取0.005

Fz——垂直方向的铣削力,空载时取0

?——传动链效率,取0.7

最后由上式求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩: Teq1=Tamax+Tf=0.2988N?m 2) 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2

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茂名职业技术学院 由式字可知,Teq2包括三部分:一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt;一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf;还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0,T0相对于Tf和Tt很小,可以忽略不计。则有:

Teq2=Tt+Tf 其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt由公式计算。有:

Tt?FfPh2??i?1408?0.005?0.64N?m;

2???0.7?25/10再由式计算垂直方向承受最大工作负载(Fz?556N)情况下,移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩:

Tf??(Fz?G)Ph0.005?(486?800)?0.005??0.0029N?m

2??i2??0.7?25/10求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩:

Teq2=Tt+Tf=0.643N/m .

最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为:

Teq?max{Teq1,Teq2}?0.643N?m

4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定

考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大,当输入电压降低时,其输出转矩会下降,可能造成丢步,甚至堵转。因此,根据Teq来选择步进电动机的最大静转矩时,需要考虑安全系数。取K=4, 则步进电动机的最大静转矩应满足:

Tjmax?4Teq?4?0.643?2.572N?m

初选步进电动机的型号为90BYG2602,由查得该型号电动机的最大静转矩

Tjmax=6N?m。可见,满足要求。

4.6.4 步进电动机的性能校核

1)最快工进速度时电动机的输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度

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茂名职业技术学院 Vmaxf=400mm/min,脉冲当量??0.004mm/脉冲,由式求出电动机对应的运行频率

fmaxf?[400/(60?0.004)]?1667Hz。从90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图

4.1可以看出在此频率下,电动机的输出转矩Tmaxf?5.6N?m,远远大于最大工作负载转矩Teq2=0.643N?m,满足要求。

2)最快空载移动时电动机输出转矩校核 ,任务书给定工作台最快空载移速度。 vmax=3000mm/min,求出其对应运行频率fmax?[3000/(60?0.004)]?12500HZ。查资料得,在此频率下,电动机的输出转矩Tmax=1.7N?m,大于快速空载起动时的负载转矩Teq1=0.2988N?m,满足要求。

3)最快空载移动时电动机运行频率校核 与快速空载移动速度vmax=3000mm/min对应的电动机运行频率为fmax?12500HZ。查表4-1可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000Hz,可见没有超出上限。

4)起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq?5.087kg?cm,电动机转

2子的转动惯量Jm?4kg?cm,电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率

2fq?1800Hz。由式字可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为:

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