基于PLC步进电机控制系统的设计(8)

根据Q选择滚珠丝杆型号：

CMD2004－2.5－E其额定动载荷Q=5862N，所以强度足够用。d1=17.5mm。螺母长度L=72mm,余程le=16mm,螺纹长度l=200+72+2×16=304mm.

2)、效率计算：

根据《机械原理》，丝杆螺母副的传动效率：

??tg?tg(???)

其中摩擦角??10'，螺旋升角??3?25'

??因此：

tg?tg3?25'??0.953tg(???)tg(3?25'?10')

3）、刚度验算：受工作负载P引起导程变化量：

?L1??PL0EF

L0=6mm=0.6cm, E=20.6×106N/cm2

?d??1.75?F??0??????22?? ???L1??PL0??EF258.5?0.6?1.75?20.6?10????3.142??6222??3.25?10?6cm

滚珠丝杆受扭矩引起的导程变化?L2很小，可忽略。即?L??L1 寻程变形总误差为：

??100100?L??2.6?10?6?4.33?m/mL00.6

查表知E级精度丝杆允许的螺距误差（1m长）为15?m/m故刚度足够。 4）、稳定性验算：由于选用滚珠丝杆的直径与原丝杆直径相同，而支承方式不存在问题，故不验算。

(3)、齿轮及转矩的有关计算

i?6.25,??20?,m=2

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传动比：

取第一级为：i?2.5,Z1=18,Z2=45, d1=36,d2=90 取二级：i?2.5, Z1=18,Z2=45, d3=36,d4=90 2)、转动惯量计算：

工作台质量折算到电机轴上的传动惯量：

?180?p??180?0.002?2J1??W????30?0.0458kg?cm??3.14?0.75?????

22 丝杠的转动惯量：

JS?7.8?10?4D4L?7.8?10?4?24?30.4?0.379kg?cm2?3.79N?cm2

齿轮的转动惯量：

JZ1?7.8?10?4?44?2?0.4kg?cm2?4N?cm2 JZ2?7.8?10?4?124?2?323.35N?cm2

JZ3?7.8?10?4?3.64?2?2.62N?cm2

JZ4?7.8?10?4?104?2?156N?cm2 电机的转动惯量很小可以忽略。

J?11(J?J)?(JZ2?JZ3)?J1?JZ1SZ422ii1

22?1??1?2J??3.79?156???????323.35?2.62??1.75?4?54.27N?cm?2.5??2.5??5.427kg?cm2

3）、所需转动力矩计算：

○1、空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩：

nmax??maxiL0?1000?6.25?1042r/min6

Mamax?Jnmax5.427?1042??10?4?2.354N?m?25.34kgf?cm9.6T9.6?0.025

○2、 切削时折算到电机轴上的加速度力矩：

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1000?f1in主f11000?100?0.2?6.25n1???D??82.9r/minL0L03.14?80?6

Mat?Jn5.427?1041??10?4?0.235N?m?2.35kgf?cm9.6T9.6?0.025

○3、 折算电机轴上的摩擦力矩：

当??0.8 , 滚动摩擦系数f'?0.16时：

Mf?F0L0f'WL00.16?30?0.6???0.92kgf?cm?9.26N?cm2??i2??i2?3.14?0.8?6.25

○4、 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩： 当?0?0.9时，预加载荷P0?1/3FX,则：

14.32?0.6??1?0.9?FyL0P0L022M0??1??0??6??i?1??0??6?3.14?0.8?6.25?0.018kgf?cm2??i?0.087N?cm

2○5、 折算到电机轴上的切削负载力矩：

Mt?FyL02??i?14.32?0.6?0.027kgf?cm?2.27N?cm2?3.14?0.8?6.25

所以，快速空载启动所需力矩

M?Mamax?Mf?M0?253.4?9.26?0.188?262.848N?cm

切削时进给所需力矩：

Mmax?11.6N?m

快速进给所需力矩：

M?Mf?M0?9.26?0.188?9.448N?cm

由以上分析可知：

所需最大力矩Mmax 发生在快速启动时：

Mmax?9.448N?m 3、步进电机的选择

(1)、纵向进给系统的电机的确定：

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根据启动力矩的选择

Mq?ML00.3~0.5 ; Mq－－电机启动力矩；ML0－－电机静负载力矩

ML0413.6??827.2N?cm0.50.5

则：

Mq?为满足最小步角要求，电机选用四相八拍工作方式，查表知:

MqMjm?0.866

所以，步进电机最大静转距为：

Mjm?Mq0.866?827.2?955.2N?cm0.866

步进电机最高工作频率：

fmax??max1000??8333.3Hz60?p60?0.002

综合考虑，查表选用20BYJ46型四相步进电机。 (2)、横向进给系统步进电机的确定：

则：

Mq?ML0384.65??733.280.50.5

为满足最小步角要求，电机选用四相八拍工作方式，查表知:

MqMjm?0.866

所以，步进电机最大静转距为：

Mjm?Mq0.866?733.28?847.2N?cm0.866

步进电机最高工作频率：

fmax??max1000??8333.3Hz60?p60?0.002

综合考虑，查表选用 20BYJ46型四相步进电机。 4、滚动导轨的选择

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综合考虑机床的基本额定载荷及其它方面的因素，选取HTSD－－WAA(宽幅矩型滑块)的滚珠导轨。初步选用4滑块，工作台大小400×300，工作台自重300N，外载荷700N。

R?300?700300?70?700?130300?100?700?160???271.542?2402?320 300?630.1300?70?630.1?120300?100?630.1?160???229.442?2402?320

R?(1)、摩擦力计算：

摩擦力计算公式 F??P?f(N)

式中?为滚动摩擦系数取??0.003,P为法向载荷纵向P=349.2,横向P=229.4，f为密封件阻力，取f=0.5N.

纵向F=0.003×349.2+0.5=1.55N 横向F=0.003×229.4+0.5=1.19N (2)、寿命计算：

纵向行程为0.32m

目标寿命L=0.32×2×5×60×8×300×5×10-3=2304km

C?fmPfHfTfc3L1.5?0.349232304??2.33kN501?1?0.8150

选择HTSD－LG20WAA型导轨，额定动载Ca为10.28W，根据计算可知，满足强度要求。

横向行程为0.2m，

目标寿命L=0.2×2×5×60×8×300×5×10-3=1440km

C?fmPfHfTfc3L1.5?0.229432304??1.3kN501?1?0.8150

选择HTSD－LG20WAA型导轨。额定动载Ca为4.51W.

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