y数控工作台课程设计知识讲解

1、本科生专业课程设计学生姓名：学 号：专业名称：班 级：指导教师：2014年5月目录任务书1二、总体方案的确定错误!未定义书签。三、机械传动部件的计算与选型 错误！未定义书签。四、工作台机械装配图的绘制 错误！未定义书签。五、工作台控制系统的设计 错误！未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附件1 错误！未定义书签。附件2 错误！未定义书签。附件3 错误！未定义书签。附件4 错误！未定义书签。任务书设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计设计任务:设计一台微机控制 XY两坐标工作台，供立式数控铳床使用。具体内容如下:1、机械系统设计：通过计算，正确选择传动机构、 导向机构、执行机构、驱动电机等,

2、根据计算说明，绘制机械系统装配图。2、控制系统设计：根据系统要求，选择正确的控制策略，设计合理的控制系统，并绘 制控制系统电路图。3、主要程序设计：在机械系统设计与控制 系统设计的基础上，进行控制系统的主程序设计， 列出程序清单。4、设计说明书撰写。系统主要参数：1、立铳刀最大直径 d=20mm2、立铳刀齿数Z=33、最大铳削宽度ae 20mm4、最大背吃刀量 ap 10mm5、加工材料为碳素钢或有色金属6、 X,Y方向的脉冲当量x y 0.01mm/ p7、X,Y方向的定位精度均为土 0.01mm 8、工作台面尺寸为 400mm< 500mm我们这个长度 400以下），加工范围为 20

3、0mnX 200mm9、工作台空载最快移动速度vxmaxVymax 5000 mm / min10、工作台进给最快移动速度vxmax fVymaxf 350mm/ min时间安排及任务：一、系统功能介绍、总体方案设计（1天）1. 机电一体化产品设计的基本过程介绍；2. XY工作台功能介绍；3.总体方案的确定二、 单元功能模块介绍和设计任务的落实（1天）三、详细设计（8天）1 机械系统装配图设计；2 控制各部分原理图的设计；3 主功能程序的编制、总体方案的确定1机械传动部件的选择(1)导轨副的选用要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铳床，需要承载的载荷不大， 但脉冲当量小(x y 0.0

4、1mm/p)，选直线滚动导轨副定位精度高(Vxmaxf Vymaxf 350mm/min),因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。(2)丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运 动，要满足0.01mm的脉冲当量和土 0.01mm的定位精度，滑动 丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副 的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预 紧后可消除反向间隙，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方 便，有利于提高开发效率。选滚动丝杠螺 母副(3)减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为

5、了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降 低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消除间隙机构。为 此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。拟采用减速器(4)伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000mm/mi n。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机， 如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，伺服电机选步 进电机提高性价比。(5)检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给精度 对于步进电动机来

6、说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响 而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测 电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作 量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相检测装置的选 用：增量式旋转 编码器同的型号与规格。2、控制系统的设计(1)设计的X-Y工作台准备用在数控铳床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直 线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。连

7、续控制型(2)对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。(3)要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存贮器、数据存贮器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。(4)选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用，我们将自行设计。机 电 接 口单片机选：AT89S52需要电路扩展自行设计步进 电机驱动电源人机接口驱 动 电 路步进电动机Y方向传动机构步进电动机减速器X方向传动机构系统总体方案 图图2-1系统总体方案结构框图三、机械传动部件的计算与选型1、导轨上移动部件的

8、重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为900N。2、铳削力的计算设零件的加工方式为立式铳削，采用硬质合金立铳刀，工件的材料为碳钢。则由表2-1查得立铳时的铳削力计算公式为：表2-1硬质合金铳刀铳削力的计算公式（单位 N） 316铳刀类型工件材料铳削力公式面铳刀碳钢Fc11278a06 fz0.88d 1.3aP.90n 0.18Z灰铸铁Fc539a；Qfz0.74d 1.0a；90Z可锻铸铁L1.1 丄 0.75 ! 1.3100.20-,Fc 4825ae fz d ap n Z圆柱铳刀

9、碳钢L/ccc 0.88 工 0.75 J 0.871.0-7Fc1000aefz d ap Z灰铸铁LLm 0.9 丄 0.800.90 1 .07Fc596ae fz d ap Z二面刃铳刀碳钢I-cucc 09 £0.801.11.10.1-7Fc2560ae fz dap n Z两面刃铳刀Fc2746a0.8 fz0.70d 1.1a：85Z立铳刀Fc118a0.85fz0.75d 0.73ap.0n 0.13Z期中：aP为背吃刀量mm;ae为侧吃刀量mm;fz为每齿进给量mm/Z ；vf进给速度mm/min ；Z铳刀齿数；d铳刀直径mm ； n铳刀转速r/min，见图2-1

10、。0.850.750.73100.13 ,、Fc118ae fz dap n Z（ 2-1）bg）叮立議b）国赵眞於«tl图2-1铳削用量说明若铳刀直径d=15mm，齿数Z=3，为了计算最大铳削力，在不对称铳削情况下，取最大铳削宽度ae=15mm，背吃刀量ap=8，每齿进给量fz=0.1mm/Z ;铳刀转速n=300r/min。则由公 式2-1求得最大铳削力：Fc 1 18 200.85 0.10.75 20 0.73 8103000.13 31893N采用立铳刀进行圆柱铳削时，各铳削力之间的比值可由表2-2。表2-2各铳削力之间比值铳削条件比值对称铳削不对称铳削逆铳顺铳端铳削Ff

11、/ Fc0.3 0.40.6 0.90.150.3ae=(0.40.8)d/mmFe / Fc0.85 0.950.45 0.700.9 1.0fz=(0.10.2)/(mm.z-1)Ffn / Fc0.5 0 0.550.50 0.550.5 0.55圆柱铳削Ff / Fc1.0 1.20.8 0.9ae=0.05 d/mmFfn / Fc0.2 0.30.750.8fz=(0.10.2)/(mm.z-1)Fe / Fc0.35 0.40.325 0.4时 订圆桂龙轶刀秋册力b)力图2-2铳削力分析图2-3顺铳与逆铳由表2-2，图2-2和图2-3，考虑逆铳情况，可估算出三个方向的铳削力分别为

12、:Ff 1.1Fc 2082NFe 0.38Fc 719NFfn 0.25Fc 473N图2-3a为卧铳情况，现考虑立铳，则工作台受到垂直方向的铳削力Fz=Fe=719N，受到水平方向的铳削力分别为Ff和Ffn。今将水平方向较大的铳削力分配给工作台的纵向(丝杠轴线方向)，则纵向铳削力 Fx=Ff=2082N，径向铳削力 Fy=Ffn=473N。Fz=719NFx=2082NFy=473N3、直线滚动导轨副的计算与选型(1)滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。X-Y工作台采用水平布置，利用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直

13、于台面的工作载荷全部由一个滑块 承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：GF max F(2-2)4其中，移动部件重量 G=900N，外加载荷F=Fz=719N，代入式2-2得最大工作载荷G900Fmax F 7191169 N 1.169kN44查表3-41【3】48,根据工作载荷Fmax=1.169kN，初选直线滚动导轨副的型号为ZL系列的JSA-LG45型，其额定动载荷 Ca=7.94kN，额定静载荷 C0a=9.5kN。任务书规定工作台面尺寸为400mm x 500mm ,加工范围为 200mm x 200mm，考虑工作行程导轨副的型 号:ZL系列的JSA-LG45 型导轨型号导轨长度

14、系JSA-LG15280340400460520580640700760820940JSA-LG20340400520580640760820940100011201240JSA-LG2546064080010001240136014801600184019603000JSA-LG3552060084010001080124014801720220024403000JSA-LG4555065750850950125014501850205025503000JSA-LG5566078090010201260138015001980222027003000JSA-LG658209701120127

15、01420157017202020232027703000表3-35 JSA型导轨长度系列导轨长度为750mm应留有一定余量，查表3-35345，按标准系列，选取导轨长度为750mm.(2)距离额定寿命L的计算上述选取的ZL系列JSA-LG45型导轨副的滚道硬度为 60HRC ,工作温度不超过 100C，每 根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表表2-4硬度系数滚道硬度(HRC)50555864fH0.530.81.0工作温度/C<100100150150200200250fT1.000.900.730.60表2-5温度系数每根导轨上滑块数12345fc1.000

16、.810.720.660.61表2-6接触系数精度等级2345fR1.1.00.90.9表2-7精度系数工况无外部冲击或震动的低速场合，速度小于15m/mi n无明显冲击或振动的中速 场合，速度为1560m/mi n有外部冲击或振动的咼速场合，速度大于 60m/mi nfw11.51.5223.5表2-8载荷系数分别取硬度系数fH=1.0、温度系数fT=1.00、接触系数fc =0.81、精度系数fR =0.9、载荷系数 fw =1.5，代入式2-3【3】46，得所选丝杠的距离寿命为180km。3f H fT f C f R Ca50max(2-3)31.0 1.00 0.81 0.9 42.

17、51.5 1.1695052.76 10 km结论：所选导轨的距离寿命远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。距离寿命为180km远大于 期望值50km，故距离额定寿 命满足要求4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型（1）最大工作载荷Fm的计算在立铳时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=2082N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=473N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=719N。已知移动部件总重量 G=900N，按矩形导轨进行计算，查表2-9【3】38，表2-9最大工作载荷Fm实验计算公式及参考系数导轨类型实验公式K矩形导轨Fm KFx(Fz Fy G)1.10.

18、15最大工作载何：Fm 2301N燕尾导轨Fm KFx(Fz 2Fy G)1.40.2三角形或综合导轨Fm KFx(Fz G)1.150.150.8注：表中摩擦因数卩均为滑动导轨。对于贴塑导轨卩=0.030.05，滚动导轨卩=0.003 -0.005。表中，Fx为进给方向载何，Fy为横向载何，Fz为垂直载何，单位均为 N ; G为移动部件 总重力，单位为 N ; K为颠覆力矩影响系数；为导轨的摩擦系数。取移动部件总重量 G=900N ,按矩形导轨进行计算，查表2-9,取颠覆力矩影响系数 K=1.1 滚动导轨上的摩擦因素卩=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：、Fm KFx（Fz Fy G

19、） 1.1 2082 0.005 719 473 9002301N（2）最大动载何 Fq的计算设工作台在承受最大铳削力时的最快进给速度v=350mm/min，初选丝杠导程 Ph=5mm ,则此时丝杠转速 n=v/P h=70r/min。取滚珠丝杠的使用寿命 T=15000h，代入L0=60nT/106,得丝杠寿命系数 L°=63 （单位为： 106r ）。查表2-10 3 39，取载荷系数fw=1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0，代入 式2-4【3】38FqL0 fW f H Fm（2-4）即：Fq V63 1.2 1.0 2301 9698N式中：L0滚珠丝杠副

20、的寿命，单位（106r）。L0-60nT/106,（其中T为使用寿命，普通机 械取T=500010000h，数控机床及一般机电设备取T=15000h ; n为丝杠每分钟转速）;fw载荷系数，由表 2-10查得。fH 硬度系数 （58HRC时，取1.0;等于55HRC时，取1.11;等于52.5HRC时，取1.35; 等于50HRC时，取1.56;等于45HRC时，取2.40）;Fm滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N。表2-10滚珠丝杠载荷系数最大动载荷FQ-9698N运转状态载荷系数fw平稳或轻度冲击1.0 1.2中等冲击1.2 1.5较大冲击或振动1.5 2.5(3)初选型号根据计算出的最大

21、动载荷和初选的丝杠导程，查附件3表3-31【3】39,选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的GD系列2505-4型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为25mm，导程为5mm，循环滚珠为4圈X 2列，精度等级取 5级，额定动载荷为 11921N，大于Fq,满足要求。GD 系列 2505-4型滚珠丝杠副(4)传动效率n的计算将公称直径do-25mm，导程 Ph_5mm，代入arctanPh/( d0)，得丝杠螺旋升角95.9% >90%，合格。3 38。将摩擦角10，代入tan /tan，得传动效率95.9%。效率要求大于90%，该丝杠副合格。(5)刚度的验算1) X-Y工作

22、台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各米用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=550mm ;钢的弹性模量E=2.1 X 105MPa;查附件3，得滚珠直径 DW=3.175mm，丝杠底径d2=21.2mm，丝杠截面积 S d；/4352.8mm2。丝杠的拉伸或压缩变形量31在总变形量中的比重较大，可按下式计算：21FmaMa(2-5)341ES 2 IE式中：Fm丝杠的最大工作载荷，单位为Na丝杠两端支承间的距离，单位为mmE丝杠材料的弹性模量，钢的E=2.1 X 105MPaS丝杠按底径d2确疋的截面积，单位为mm2M转矩，单位为 N m

23、mI丝杠按底径 d2确定的截面积惯性矩(1d：/64 )，单位为mm4滚珠与螺纹滚道间的接粗变形量32无预紧时2 0.00381 1Fm(2-6)41 D 10Z有预紧时2 0.0013Fm(2-7)34110#DwFyjZ2/10式中Dw滚珠直径，mmz刀一一滚珠总数量，z刀=z X圈数X列数Z单圈滚珠数，Zdo / Dw (外循环)，zd°/Dw 3 (内循环)Fyj预紧力，单位 N忽略式2-5中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量=0.0124mmBnFma2301 550.即 1m50.0171mmES 2.1 10352.82) 根据公式Z do/Dw

24、3，求得单圈滚珠数 Z=22 ;该型号丝杠为单螺母，滚珠的 圈数X列数为4X 2,代入公式：Z产Z X圈数X列数，得滚珠总数量 Z产176。丝杠预紧时， 取轴向预紧力FYj=Fm/3=767N。则由式2-7，滚珠与螺纹滚道间的接触变形量32F23012 0.0013m0.0013,0.0015mm10翠DwFyjZ2/1010V3.175 767 1762/10因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，3 2=0.0005mm。3) 将以上算出的31和3 2代入总120.01710.00050.0176mm17.6 m。丝杠的有效行程为 400mm ,由表3-2713

25、】35 知, 5级精度滚珠丝杠有效行程在315400mm时，行程偏差允许达到 25卩m，可见丝杠刚度足够。丝杠刚度足够(6)压杆稳定性校核滚珠丝杠是属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象。失稳时 的临界载何Fk应满足：Fk' 2Fm(2-8) 13142Ka式中 Fk 临界载荷，单位 Nfk 丝杠支承系数，如表所示K 压杆稳定安全系数，一般取2.54,垂直安装时取小值；A滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为mm。方式双推-自由双推-简支双推-双推单推-单推fk0.25241表2-11丝杠支承系数【3】42查表2-11，取fk=1 ；由丝杠底径d2=16.2mm，求得截面

26、惯性矩:丝杠不会失稳I d4/64 9910.44mm4 ；压杆稳定系数 K取3 (丝杠卧式水平安装)；滚动螺母至 轴向固定处的距离 a取最大值550mm。代入式2-8，得临界载荷Fk疋22611N，远大于工作载 荷Fm=2301N，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。综上所述，初选 的滚珠丝杠副 满足使用要求5、步进电动机减速箱的选用为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了 使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算 到电动机轴上尽可能小， 决定在步进电 动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。 采用一级减速，步进电动机的输出轴与 小齿轮联接，滚珠丝杠的轴头与大齿

27、轮 联接。其中大齿轮设计成双片结构，采 用右图所示的弹簧错齿法消除侧隙。(1) 计算减速器传动比Ph=5mm，初选步进电动机的步已知工作台的脉冲当量3=0.01mm/P，滚珠丝杠的导程距角a =0.9°,算得减速比：Ph0.75 55i -360360 0.014步进电机步距角丝杠导程mm工作台运动的脉冲当量mm30.20詔75431J厂11缄1>r芽|£r .1十*=P'一L/1，-£1- 1! 4510 15*20 3450100图传动级数选择曲线机电一体ft设计基砒,按图5-33，选一级齿轮传动(2) 齿轮机构设计传递功率工作台进给抗力工作台移

28、动速度/传动链效率机械传动效率概略值(供参考)类型V带传动联轴器传动圆柱齿轮传动一对滚动轴承丝杠螺母副符号n vn cn gn bn s效率0.940.970.970.9950.960.990.980.9950.900.95传递功率：7.14W初选效率为0.98。传递功率1200 一7 /0.98 7.14W1200可见，系统传递的功率很小，在要求不高时，以后各步的计算可省略。并采用经验法来 设计各元部件。但为练习计算过程，本次设计采用分析计算来设计。(3) 齿轮传动机构的基本参数传递功率(w)小齿轮转速n1 (r/mi n)传动比一天运转时间(h)工作寿 命(年)传动效 率转向工况3.578

29、7.55/4850.975不变平稳小齿轮转速:n=87.5r/m in其中小齿轮转速:n m台 1000 i 350 587.5r/min54(4) 选择材料及确定许用应力小齿轮材料选择45钢(表面淬火)，硬度为45HRC大齿轮材料为45钢(调质)硬度为220HBS小齿轮的接触疲劳强度极限H lim 11130MPa (淬火处理)大齿轮的接触疲劳强度极限H lim 2550MPa安全系数SH和SF安全系数软齿面硬齿面重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮SH1.01.11.11.21.3Sf1.31.41.41.61.62.2取安全系数SH1.1H1H lim1Sh11301027.27MPa1.

30、1H lim 2Sh550500MPa1.1小齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim1 240MPa大齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim2 190MPa取 SF1.3F1F2F lim 1240SF1.3F lim 2190SF1.3184.62MPa146.15MPa(5)按齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造。取载荷系数1.1,齿宽系数a 0.3，取Z132 ；模数mPT 95509550n335KT1aU大齿轮齿数:2aZ1Z2确定中心距齿宽：b= aa取 b210mm;Z2IZ12 13.540 320.3 32.4bj 10mm(6)验算轮齿弯曲强度714 10 30.164 N?m416511

31、3.5mm4324040.375 ；按实际取m=0.9m2 Z1Z29.72mm中心距:a=32.4°9 40 32232.4齿形系数Yfi2.4； Yf21.672KTN 2 1.30.164 1000 2.456.85MPaF1 184.62F122bm z15 0.340yF2f2F156.852.481.7MPaf2 146.15Yf11.67校验结果：安全。校验结果：安全(7)齿轮的圆周速度d1n13.14 0.3 40 87.50.055m/s10m/ s60 100060 1000选用7级精度是安全的。6、步进电动机的计算与选型(1)计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量

32、Jeq已知：滚珠丝杠的公称直径do=25mm ；总长 l=580mm导程 Ph=20mm ；材料密度 P =7.85 x 10-3kg/cm3移动部件总重力 G=900N ；小齿轮宽度b1=10mm，直径 d1 =28.8mm;大齿轮宽度b2=10mm，直径 d2=36mm;传动比i=5/41)滚珠丝杠转动惯量：.d4l7.85 103 0.0254 0.58.-一5210 kg?m21.75kg ?cm滚珠丝杠转动J s323217.5惯量2小齿轮转动惯量：小齿轮转动惯,d4l7.85 103 0.02884 0.01 门 “ “5,2 门“小 c 21 0 53 10 kg ? m0 05

33、3kg ?cm量2U z1J .JJ1 KJIxM JillJ -J JJ IxM - wl 1 13232大齿轮转动惯量：434大齿轮转动惯d l7.85 100.0360.0152 - 2量J1 29 10 kg?m0 129kg?cmO z21 .厶 21 JrM - IIIO. 1 厶 7 rM I wl 1 132322托板折算到丝杠上的转动惯量：2 2 2托板折算到丝PhPh G 0.5 900 门/ 2Jw mi 一 0.582kg/cm杠上的转动惯22g29.8量初选步进电动机型号为110BYG2502，为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相2八拍驱动时步距角为0.9 &#

34、176;，从附件4表4-5【3】65查得该型-2Jm=15kg.cm。号电动机转子的转动惯量步进电动机转 轴上的总转动 惯量2则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为： 2 2J eqJ mJz1(Jz2J WJS) /i仃.1 kg.Cm（2）计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq分快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1Teq1TamaxTfT0( 2-9)式中：Tamax快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，NmTf移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，NmT 0滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，Nm

35、12 Jeq门皿1Tr(2-10)1 a maxeqq60ta式中：步进 电动机转轴上的总转动惯量kgm 2Jeq步进电动机转牛岀上口 的总转动1贝量，Kg.m电动机转轴的角加速度，rad/s2nm电动机转速，r/minta电动机加速所用时间,s,般在0.31s之间选取。(这里取0.4s)齿轮组总效率，取n =0.9nmvmax3602000 0.9360 0.01500r/ min电动机转速=500r/mi n式中 vmax空载最快移动速度，任务书指定为2000mm/mi n;a步进电机步距角，预选电动机为0.9S脉冲当量，任务书指定为0.01mm/P由式2-10得Ta max417.1 1

36、0500 KlN.m 60 0.4 0.90.249 Nm快速空载启动 时折算到电动 机转轴上的最 大加速转矩=0.249NmTfF摩Ph化 G)PhO'005 0 900 °.005 0.003Nm2 i20.9 1.25(2-11)移动部件运动 时折算到电动 机转轴上的摩 擦 转 矩=0.003Nm式中 F摩一一导轨的摩擦力，NPh滚珠丝杠导程，mn齿轮总效率，取n=0.9i总的传动比，i=nm/ns,其中nm为电动机转速，ns为丝杠的转速。卩一一导轨摩擦因数 (滑动导轨取 0.150.18),滚动导轨取0.0030.005);这里取0.005Fz垂直方向的工作载荷，空载

37、时Fz=0FwFc G(2-12)式中：卩一一导轨摩擦因数(滑动导轨取0.150.18)，滚动导轨取0.0030.005);Fc垂直方向的工作载荷，车削时为Fc，立铳时为Fz单位为N，空载时Fc=0 ；G运动部件的总总量，单位为 NT0J： 10(2-13)式中Fyj滚珠丝杠的预紧力，一般取滚珠丝杠工作载荷Fm的1/3，单位为N ;n 0滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取n 0>0.9由于滚珠丝杠副的传动效率很高，所以T0值一般很小，与 Tamax和Tf比起来，通常可以滚珠丝杠预紧忽略不计。由式2-9得快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩：Teq1 Ta max Tf T0Ta ma

38、x Tf 0.249 0.003 0.252 Nm后折算到电动 机转轴上的附 加摩擦转矩=0（即忽略）快速空载启动 时电动机转轴 所承受的负载转矩=0.252Nm2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩T eq2Teq2T TfT0(2-14)式中：Tf和T0分别按式2-11和2-13计算。Tt折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩折算到电动机 转轴上的最大Ff Ph2082 0.005Tt 1.326Nm2 i 20.9 1.25(2-15)工作负载转矩=1.326Nm式中 Ff进给方向最大工作载荷，单位N。本设计对滚珠丝杠进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载何Fx=280

39、2N。.r 亠 c - - /口 二亠t f =7 口 r . +r. - c移动部件运动由工J 2-11彳得：垂直方向承受最人工作负载（FZ-/I9N） |自况下，移动J 口部件运动J口'折算到U电动J机Lt转轴上的摩擦转矩：时折算到电动 机转轴上的摩TF摩 Ph(Fz G)Ph 0.005 719 900°.°°5 1 146Nm擦转矩T f2 i2 i20.9 1.25=1.146Nm则由式2-14得：最大工作负载 状态下电动机Teq2TtT fT0TtTf2.472Nm转轴所承受的 负载转矩综上计算，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：

40、Teq2=2.472NmTeqmaxTeq1,Teq22.472 Nm综上计算，得到 加在步进电动 机转轴上的最 大等效负载转 矩应为：2.472Nm（3）步进电机最大静转矩的选疋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选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。这里取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：吋 4Teq 4 2.4729.888Nm上述初选的步进电动机型号为110BYG2502，由附件4表4-5查得该型号电动机的最大静转矩max 20Nm。可见，满足要求。步进电机最大 静转矩满足要

41、求。（4）步进电机性能校核1）最快工作速度时电动机输出转矩校核任务书给定工作台最快加工进给速度vmax则电动机对应的运行频率为：350mm/min，脉冲当量0.01mm/ p，max fvmax f6035060 0.01583Hz最快工作速度 时电动机输出 转矩满足要求。图2-2 110BYG2502步进电机运行距频特性曲从图2-2查得，在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf=18.6Nm，大于最大工作负载转矩Teq2=2.472Nm，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动速度vmax 2000mm/min ,则电动机对应的运行频率为:f maxVmax60200060 0.013333Hz从图2-2查得，在此频率下，电动机的输出转矩 Tmax=6Nm，大于快速空载启