X-Y数控工作台设计 - 图文(4)

侯磊：X－Y数控工作台结构设计

1. 最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度vmaxf0=400mm/min，脉冲当量?=0.005mm/脉冲，由式(4-16)求出电动机对应的运行频率

fmaxf0=[400/(60?0.005)]Hz?1333hz。从

90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图6-24

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?0.884N?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动速度vmax=3000mm/min，仿照式(4-16)求出电动机对应的运行频率

fmax=[3000/(60?0.005)]Hz=10000Hz。从图6-24查得，在此频率下，电动机的输出转矩

Tmax?1.8N?m，大于快速空载起动时的负载转矩Teq1?1.422N?m，满足要求。

3. 最快空载移动时电动机运行频率校核 与最快空载移动速度vmax=3000mm/min对应的电动机运行频率为fmax =10000Hz。查表

4-5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?30.35kg.cm2，电动机转子的转动惯量Jm?4kg.cm2，电动机转轴不带任务负载时的空载起动频率fq?1800Hz (查表4-5)。则由式(4-17)可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率：

fL?fq1?Jeq/Jm?614Hz

上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于614Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz(即100脉冲/s)。

综上所述，本例中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，满足设计要求。

2.7 增量式旋转编码器的选用

本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检验电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。由步进电动机的步距角?=0.75°，可知电动机转动一转时，需要控制系统发出360/?=480个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲，电动机转过一个步距角，编码器对应输出一个脉冲信号。

本例选择编码器型号为ZLK—A—120—05VO—10—H：盘状空心型。孔径10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V。每转输出120个A/B脉冲，信号为电压输出，

生产厂家为长春光机数显技术有限公司。

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第3章 工作台机械装配图的绘制

在完成直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副、齿轮减速箱、步进电动机，以及旋转编码器的计算与选型后，就可以着手绘制工作台的机械装配图了。需要绘制工程图一套（用CAD绘图）。包括装配图（A１图１张）零、部件图（Ａ０图１张，包含：滚珠丝杠幅、电机安装座、导轨、工作台面）。

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第4章 步进电动机驱动电源的选用

本例中X、Y向步进电动机均为90BYG2602型，生产厂家为常州宝马集团与公司。查表4-14选择与之配套的驱动电源为BD28Nb型，输入电压100VAC，相电流4A，分配方式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图6-25所示。

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结 论

本次设计我所做的工作主要是对工作台机械传动部分的系统设计，因为我所做的工作台主要适用于数控铣床，这里就需要很高的定位精度和机械灵敏度，我就选用FANUC交流伺服电动机，其特点是转矩大，转速低，机械特性线性度好，低速性能良好，可直接与丝杠连接，避免了因机械结构过多，而产生的机械损耗。为了提高机械的传动精度，这里选用滚珠丝杠副，其特点是运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长，能满足此次设计的精度要求。

至于在传动链起很大作用的导轨我选用滚动直线导轨副，它的特点是：

1）滚动直线导轨浮动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当于普通机械的十分之一。

2）承载能力大，刚度高。

3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。

至此，完成了机械传动链中的主要部件的设计，其他辅助部件的设计如轴承主要遵循运动平稳，定位精度高的原则进行设计。但由于工作实际经验的缺乏及知识面的不足，对一些参数和元件的选择可能不是很合理，有一定的浪费，系统机构的设计不够完善，使用有一定局限。

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参考文献

[1] 李建勇.机电一体化技术[M].科学出版社,2004.

[2] 王爱玲,白恩远，赵学良.现代数控机床[M].国防工业出版社,2001. [3] 徐灏.机械设计手册（3）[M].机械工业出版社,2003. [4] 张建民.机电一体化系统设计[M].北京理工出版社,2004. [5] 徐灏等.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2000. [6] 濮良贵,记名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2003． [7] 吴振彪.机电综合设计指导[M].湛江:湛江海洋大学,1999．

[8] 杨入清.现代机械设计—系统与结构[M].上海:上海科学技术文献出版社,2000． [9] 尹志强.机电一体化系统课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社.2001 [10] 曾励.机电一体化系统设计[M].北京:高等教育出版社.1998

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