數(shù)控極坐標(biāo)操作平臺(tái)完整版(專業(yè)設(shè)計(jì)2010)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：數(shù)控極坐標(biāo)工作臺(tái)設(shè) 計(jì) 者：學(xué) 號(hào)：專業(yè)班級(jí)：機(jī)械10-6班指導(dǎo)教師：魏璇完成日期：2014 年12月28日天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院前 言掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)過(guò)程及方法。如：如何進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)及選擇；總體設(shè)計(jì)及布局；參數(shù)確定；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算等。進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練。如：計(jì)算；繪圖；試驗(yàn)；設(shè)計(jì)資料的選??；編寫技術(shù)文件等。綜合運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知識(shí)和理論，進(jìn)一步進(jìn)行自學(xué)能力和實(shí)際動(dòng)手能力的訓(xùn)練。使理論聯(lián)系實(shí)際的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和實(shí)際操作能力得到進(jìn)一步提高。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。完成從被動(dòng)接受課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)模式到自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立工作的設(shè)計(jì)工作形式的轉(zhuǎn)變，并

2、為畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。精確性要求：提高機(jī)電產(chǎn)品的測(cè)量精度、機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度、機(jī)械電子設(shè)備的加工精度等精度要求是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本要求。因此設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)時(shí)，更多地是從剛度理論（尤其是動(dòng)態(tài)剛度）而不是從度理論出發(fā)去進(jìn)行機(jī)械構(gòu)件設(shè)計(jì)。同時(shí)，機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)的小型化、輕量化、高效率、高可靠性也對(duì)零部件的加工、裝配提出了更高的精度指標(biāo)。數(shù)字化要求：對(duì)于測(cè)量和控制而言，由于模擬量存在與生具來(lái)的精度低、抗干擾差等缺陷，因此包括將模擬量控制轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量控制，將目視刻度、模擬量?jī)x表轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字顯示在內(nèi)的數(shù)字化要求，已經(jīng)成為機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本特征。智能化要求：控制工程理論尤其是模糊控制理論的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)

3、用，使機(jī)電一體化系統(tǒng)具有了主動(dòng)測(cè)量、閉環(huán)控制、能夠自主分析與決策的智能化特點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)反饋與處理及信號(hào)分析與決策有預(yù)先的整體考慮。穩(wěn)定性和可靠性要求：對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性要求不僅是針對(duì)機(jī)械構(gòu)件，更多地是針對(duì)完成測(cè)量、數(shù)據(jù)傳遞和控制任務(wù)的電子構(gòu)件而言的。這其中主要包括系統(tǒng)對(duì)環(huán)境（溫度、濕度）的要求、抗干擾性、使用安全性和平均無(wú)故障時(shí)間等較具體的要求。小型化和最優(yōu)化要求：即減小產(chǎn)品的體積和質(zhì)量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如：將臺(tái)式儀器轉(zhuǎn)變?yōu)楸銛y式儀器，增加對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高平穩(wěn)性，延長(zhǎng)使用壽命等。簡(jiǎn) 介 目前國(guó)內(nèi)外凸輪加工方法大致分兩大類：一種

4、是利用手工、機(jī)床等裝置進(jìn)行加工。另外一種是通過(guò)仿形法進(jìn)行加工。現(xiàn)仿形法是現(xiàn)在大量使用的加工方式。手工、機(jī)床的加工方式精度較高，適合中小批量的生產(chǎn)。仿形法精度不如上一種，但生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，可利用車床，銑床，磨床進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)凸輪軸的主要方法有：采用鋼質(zhì)鍛造毛坯經(jīng)切削加工后，凸輪桃尖部分經(jīng)高頻淬火形成馬氏體層的工藝。20世紀(jì) 70年代末，德國(guó)和法國(guó)相繼開發(fā)了凸輪軸氬弧重熔新工藝；另有以美國(guó)為主的可淬硬鑄鐵凸輪軸；以日本和法國(guó)為主的冷硬鑄鐵凸輪軸；以及凸輪部位用 Cr-Mn-Mo 合金涂料進(jìn)行鑄件表面合金化的生產(chǎn)工藝等。凸輪的樣式大體分三種：普通凸輪，應(yīng)用最為廣泛。端面凸輪，對(duì)于執(zhí)行

5、件行程小的時(shí)候占用空間相對(duì)較小。槽凸輪，不僅使執(zhí)行件有上下的運(yùn)動(dòng)，也使得執(zhí)行件有左右的運(yùn)動(dòng)。此外還有特殊的凸輪：如用來(lái)做主動(dòng)件的凸輪軸和凸輪分割器等。此次我們小組做的是普通凸輪用于立式銑床上的數(shù)控工作臺(tái)。 目錄一.設(shè)計(jì)題目及要求51.1設(shè)計(jì)題目51.2主要功能要求51.3主要技術(shù)參數(shù)要求51.4任務(wù)要求及時(shí)間安排6二.方案選擇及論證62.1整體結(jié)構(gòu)選擇62.2電機(jī)選擇62.3傳動(dòng)齒輪的選擇92.4上工作臺(tái)機(jī)構(gòu)選擇102.5下工作臺(tái)機(jī)構(gòu)選擇102.6軸承選擇112.7導(dǎo)軌副選擇122.8機(jī)床防塵罩選擇122.9輔助標(biāo)準(zhǔn)件選擇132.10控制系統(tǒng)選擇152.11總體結(jié)構(gòu)布局圖16三.計(jì)算部分17

6、3.1上工作臺(tái)17 3.2上工作臺(tái)19四.程序及框圖22五.設(shè)計(jì)小結(jié)25六.參考文獻(xiàn)25七.小組成員任務(wù)分配26一.設(shè)計(jì)題目及要求 1.1設(shè)計(jì)題目：數(shù)控極坐標(biāo)工作臺(tái)設(shè)計(jì)能夠安裝在萬(wàn)能銑床、工具銑床上，用微機(jī)控制的凸輪加工附件。普通銑床安裝該附件后，可實(shí)現(xiàn)盤形、端面和圓柱凸輪的加工。 1.2主要功能要求： 該裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)平面極坐標(biāo)形式（旋轉(zhuǎn)+直線移動(dòng)）的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 可以顯示運(yùn)動(dòng)位置參數(shù)（角度和直線移動(dòng)位置）。 既可以自動(dòng)運(yùn)行也可以手動(dòng)調(diào)整。 控制電路應(yīng)包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能。 控制方式可以是開環(huán)、閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。 1.3主要技術(shù)參數(shù)要求（表11）表11 序 號(hào) 技 術(shù) 項(xiàng) 目 技 術(shù) 要 求 備

7、 注 1工作臺(tái)最大移動(dòng)距離60mm 2工作臺(tái)最高移動(dòng)速度2.5m/min 3旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速10r/min 4旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)直徑100mm 5工件最大重量2Kg 6最大軸向切削力60Kg 7最大徑向切削力60Kg 8旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心孔錐度莫氏四號(hào) 9旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)最小分度值30” 10水平移動(dòng)精度±0.01mm 11分度精度±15” 12主軸回轉(zhuǎn)精度6 13分度形式360° 14工作臺(tái)定位精度±0.02mm 15旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)面T型槽寬8mm 16銑床工作臺(tái)尺寸（長(zhǎng)×寬）1250×320mm 17銑床工作臺(tái) T型槽寬18mm 18銑床工作臺(tái) T型

8、槽間距60mm 19銑床工作臺(tái)最大升降高度400mm1.4任務(wù)要求及時(shí)間安排：分組：3人/組 每組任務(wù)：一份設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明書（增加方案論證不少于15頁(yè)）； 一份總裝配圖（電子版+打印版）；控制系統(tǒng)原理圖一份；程序框圖一份； 注：每組由一人負(fù)責(zé)總體，并負(fù)責(zé)組內(nèi)任務(wù)分配與工作協(xié)調(diào)。二方案選擇及論證2.1整體結(jié)構(gòu)選擇方案1.多用于機(jī)床輔助配件：分度頭方案2.可用于加工等獨(dú)立完成的動(dòng)作討論：方案1結(jié)構(gòu)小，節(jié)約空間，但穩(wěn)定性不如“十”字形結(jié)構(gòu)，根據(jù)要求，工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)精度為0.01毫米，而選用的步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)時(shí)間短，所以方案1在極限位置已產(chǎn)生振蕩，故選用方案2。2.2電機(jī)選擇：步進(jìn)電機(jī)是一種可將電脈沖信號(hào)

9、變?yōu)橄鄳?yīng)角位移或直線位移的同步電機(jī)，其基本工作原理為：以一定的方式給其定子上的控制繞組依次通入電流，就會(huì)在空間產(chǎn)生一步一步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)子就會(huì)跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一步一步的旋轉(zhuǎn)，因此稱為步進(jìn)電機(jī)。對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。同時(shí)因步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，時(shí)間上與輸入脈沖同步。只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可獲得所需轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，因而可構(gòu)成直接數(shù)字控制。另一方面，步進(jìn)電機(jī)自身的動(dòng)態(tài)特性和驅(qū)動(dòng)方式對(duì)快速動(dòng)作及工作可靠性影響很大，它的動(dòng)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩是隨控制脈沖頻率的不同而改變的，脈沖頻率增加，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩變小，這稱為步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)大致可以分

10、成三種類型。即轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，步進(jìn)運(yùn)行是由定子繞組通電激磁產(chǎn)生的反應(yīng)力矩作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（基本特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、運(yùn)行頻率高、步距角?。?。轉(zhuǎn)子為圓周多極磁化的永磁鐵，靠與定子繞組產(chǎn)生的電磁力相互吸引或相斥來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的永磁型步進(jìn)電機(jī)（基本特點(diǎn)為：控制功率小、效率高、造價(jià)低、無(wú)勵(lì)磁也具有保持力、電機(jī)頻率響應(yīng)低、步距角較大）。結(jié)合了反應(yīng)式與永磁式步進(jìn)電機(jī)兩種基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的混合式步進(jìn)電機(jī)（基本特點(diǎn)為：步距角小、工作頻率高、控制功率小、無(wú)勵(lì)磁也具有保持力、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、成本相對(duì)較高）。由以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)單介紹可看出，步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、而且是全數(shù)字化裝置的特點(diǎn)，因此在

11、小容量、工作速度低、精度要較高的場(chǎng)合使用較多。依據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)要求，最終選擇混合式步進(jìn)電機(jī)。初選型號(hào)：56BYG250C-SASSBL-02412.3傳動(dòng)齒輪的選擇方案1雙片齒輪消隙傳動(dòng)圖所示為一種雙片齒輪結(jié)構(gòu)。該齒輪的兩部分之間可以沿周向相互錯(cuò)動(dòng)。松開緊定螺釘，調(diào)整活動(dòng)部分使兩片齒輪充滿與之相嚙合齒輪的全部齒間，然后用緊固螺釘將兩片齒輪固定。這種方法可以傳遞較大扭矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后不能自動(dòng)調(diào)整間隙。這種齒輪一般用于中小功率傳動(dòng)中高速級(jí)的被動(dòng)齒輪。方案2偏心軸齒輪消隙傳動(dòng)圖所示為一種可調(diào)中心距的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。裝配時(shí)利用轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸來(lái)調(diào)整兩齒輪之間的中心距，使齒側(cè)間隙達(dá)到最小。這種方法的特點(diǎn)

12、是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，但只能補(bǔ)償齒厚誤差和中心距誤差引起的間隙，不能補(bǔ)償齒輪制造的偏心誤差引起的間隙。除去圖2.2心軸齒輪消隙傳動(dòng)以外，還可以將偏心軸改為偏心套形式。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套來(lái)改變齒輪的中心距。為了節(jié)省空間，采用偏心軸齒輪消隙傳動(dòng)。討論：1. 效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)效率最高，鄙視傳動(dòng)效率為96%99%，這對(duì)大功率傳動(dòng)有很大的經(jīng)濟(jì)意義。2. 結(jié)構(gòu)緊湊 比帶、鏈傳動(dòng)所需的空間尺寸小。3. 傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng) 獲得廣泛應(yīng)用，正是由于其具有這一特點(diǎn)。 工作可靠、壽命長(zhǎng) 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可長(zhǎng)達(dá)一二十年

13、，這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。2.4上工作臺(tái)機(jī)構(gòu)的選擇方案一：消隙蝸輪蝸桿1.傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊；2. 傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲；有自鎖性；3. 可作為一種軸向移動(dòng)式消隙結(jié)構(gòu)。如圖2.3，,這一方案中，蝸桿被分成了兩部分，利用彈簧可使活動(dòng)的蝸桿產(chǎn)生軸向移動(dòng)，從而達(dá)到消除間隙的目的。此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以自動(dòng)補(bǔ)償因磨損而產(chǎn)生齒隙，但由于彈簧剛度有限，所以此種結(jié)構(gòu)僅用于小扭矩傳動(dòng)，而且彈簧剛度必須要加以校核。方案二：同步齒形帶1. 同樣具有固定的傳動(dòng)比2. 可承受較大的扭矩3. 但外形尺寸較大，不適合用在小型控制臺(tái)上方案確定：選擇消隙蝸輪蝸桿2.5下工作臺(tái)機(jī)構(gòu)選擇方案一：滾珠絲杠 滾珠絲杠螺母副是為適應(yīng)

14、機(jī)電一體化設(shè)備的高速度、高效率、高精度的要求而發(fā)展起來(lái)的一種新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間元件，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽滾動(dòng)，滾珠在絲杠上滾過(guò)數(shù)圈后，通過(guò)回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)滾回最初的起點(diǎn)，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)的循環(huán)回路。滾珠絲杠副與普通滑動(dòng)絲杠副相比有明顯的特點(diǎn)：1、傳動(dòng)效率高、摩擦損失小 滾珠絲杠副的摩擦系數(shù)一般為0.00250.0035，傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上。2、 傳動(dòng)具有可逆性 一般的螺旋傳動(dòng)是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)（正傳動(dòng)），而滾珠絲杠還可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即逆?zhèn)鲃?dòng)，同時(shí)滾珠絲杠副的逆?zhèn)鲃?dòng)效率同樣可達(dá)90%。3、傳動(dòng)精度高 滾珠絲杠副屬精密機(jī)械傳動(dòng)機(jī)

15、構(gòu)，高精度滾珠絲杠副導(dǎo)程累計(jì)誤差為4、磨損小、壽命長(zhǎng)5、滾珠絲杠副不能自鎖因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)具有可逆性，因此在一些不允許產(chǎn)生逆運(yùn)動(dòng)的地方必須設(shè)制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才能使用。初選型號(hào)：2004-2方案二：齒輪齒條1. 制造成本低齒輪齒條在機(jī)械直線傳動(dòng)中應(yīng)用非常廣泛，所以制造技術(shù)非常成熟2. 可承載較大的力3. 不適用于較為精確地傳動(dòng)方案確定由此我們可以很明顯的看出滾珠絲杠的優(yōu)越性，因此我們?cè)诮z杠的選擇上我們選擇了滾珠絲杠。具體是山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司的FD系列滾珠絲杠副。部分系列參數(shù)表如下：初選型號(hào)：2004-22.6 軸承選擇討論：角接觸軸承可用一端固定，也可用兩端固定。是一種能承受很大軸

16、向力的特殊軸承。其基本結(jié)構(gòu)形式可以理解為兩個(gè)向心推力球軸承均大端向外組合安裝，但其接觸角為60度，增加了滾珠數(shù)目，相應(yīng)減小了滾珠直徑，剛度是一般軸承的兩倍，成對(duì)使用。內(nèi)外環(huán)的厚度在出廠時(shí)已調(diào)整好，裝配后用壓緊元件壓緊后即可獲得需要的剛度。使用方便，是很有發(fā)展前途的專用軸承。 綜上所述，通過(guò)各個(gè)方面的比較，我們選擇了用角接觸軸承的支撐方式，具體型號(hào)是分別是7204C2.7導(dǎo)軌副的選擇討論：直線滾珠導(dǎo)軌是為適應(yīng)數(shù)控機(jī)械需要而發(fā)展的一種導(dǎo)軌形式。它的優(yōu)點(diǎn)是：1、將直線式滾動(dòng)導(dǎo)軌副制成標(biāo)準(zhǔn)部件，只要安裝在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌平面上，就可組成合適的導(dǎo)軌，因而設(shè)計(jì)和裝配簡(jiǎn)單、方便；2、在所有方向均能承受載荷；3

17、、通過(guò)預(yù)加負(fù)荷，可以得到高剛度、高精度及能承受切削負(fù)荷的動(dòng)剛度；4、具有自動(dòng)調(diào)整功能，因而可達(dá)微米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度。因此我們選擇了山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。初選型號(hào)：JSA-LG15。2.8機(jī)床防塵罩討論：為防止導(dǎo)軌副和絲杠螺母副在運(yùn)動(dòng)時(shí)其表面被鐵屑、灰塵等污物污染，進(jìn)而造成工作面的劃傷，機(jī)床導(dǎo)軌副和絲杠螺母副一般都要安裝防護(hù)罩。防護(hù)罩一般有風(fēng)琴式、伸縮板式、卷簾式等。風(fēng)琴式防護(hù)罩通常使用皮革或人造革制造，具有價(jià)格低廉、安裝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但風(fēng)琴式防護(hù)罩的縫隙中容易存留污物，而且清掃較費(fèi)時(shí)；伸縮板式防護(hù)罩具有外觀美觀、及不易存留污物的優(yōu)點(diǎn)，也有占用空間較大、成本相對(duì)較高的缺陷；卷

18、簾式防護(hù)罩占用空間小、安裝簡(jiǎn)單、不易存留污物，同時(shí)防護(hù)效果低于伸縮板式防護(hù)罩、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、防護(hù)面積較小是這種防護(hù)罩缺陷。機(jī)床防護(hù)罩已有專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)，使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要訂貨加工。初選滄州遠(yuǎn)東機(jī)床附件廠的風(fēng)琴式防塵罩。2.9輔助標(biāo)準(zhǔn)件：2.10控制系統(tǒng)的選擇：控制系統(tǒng)分為：開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)控制精度要求和預(yù)期成本進(jìn)行選擇。方案1開環(huán)系統(tǒng)凡是不使用誤差調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，即為開環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不使用位置檢測(cè)元件和反饋元件，計(jì)算機(jī)將算出的坐標(biāo)位置指令送入減法計(jì)數(shù)器，經(jīng)減速電路由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖序列，與門一面將脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行、一方面將脈沖送回減法計(jì)數(shù)器，

19、使計(jì)數(shù)器減1。當(dāng)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容減為零時(shí)，判零電路發(fā)出信號(hào)，關(guān)掉與門，使步進(jìn)電機(jī)停止。開環(huán)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制、成本低廉、控制精度偏低（一般可達(dá)到0.01mm、定位精度誤差大于±0.02mm）。方案2半閉環(huán)系統(tǒng)亦稱增量閉環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然使用了位置檢測(cè)元件，但是因交、直流伺服電機(jī)都是連續(xù)運(yùn)動(dòng)元件，只能藉助于測(cè)量元件檢測(cè)位移量，所以檢測(cè)元件的安裝位置通常在電機(jī)的尾部。由于檢測(cè)元件不是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)零件的最終輸出位置（速度），所以這種在傳動(dòng)鏈中間有反饋的系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。在工作時(shí)計(jì)算機(jī)給減法計(jì)數(shù)器置數(shù)后就使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)單位距離，脈沖編碼器就發(fā)出一個(gè)脈沖，該脈沖使

20、減法計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)器內(nèi)容減為零時(shí)，判零電路發(fā)出停止信號(hào)，切斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)定位。當(dāng)然，檢測(cè)元件也可安裝在傳動(dòng)鏈的中間，間接測(cè)量工作負(fù)載的位置、速度，并反饋到位置（速度）比較電路，電機(jī)控制電路輸出的是位置指令（插補(bǔ)器插補(bǔ)后的輸出）與工作負(fù)載實(shí)際位置的差值，系統(tǒng)僅可以補(bǔ)償整個(gè)傳動(dòng)鏈的部分累計(jì)誤差，這也是半閉環(huán)系統(tǒng)的一種工作方式。半閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)功率大、運(yùn)動(dòng)速度快、起制動(dòng)迅速、控制精度高于開環(huán)系統(tǒng)，但低于閉環(huán)系統(tǒng)。方案3閉環(huán)系統(tǒng)與半閉環(huán)系統(tǒng)不同，閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)元件安裝在傳動(dòng)鏈的末端，直接測(cè)量工作負(fù)載的位置、速度，并反饋到位置（速度）比較電路，電機(jī)控制電路輸出的是位置指

21、令（插補(bǔ)器插補(bǔ)后的輸出）與工作負(fù)載實(shí)際位置的差值，系統(tǒng)可以補(bǔ)償整個(gè)傳動(dòng)鏈的全部累計(jì)誤差，系統(tǒng)精度只取決于測(cè)量元件的制造精度和安裝精度，因此閉環(huán)系統(tǒng)可獲得高伺服精度。目前，閉環(huán)系統(tǒng)的分辨率多數(shù)為1m，定位精度可達(dá)±0.003mm；高精度閉環(huán)系統(tǒng)分辨率可達(dá)0.1m。討論：速度，精度，動(dòng)態(tài)特性方案1比2和3都要差，而方案2結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，故選擇方案3。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器滾珠絲杠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器回轉(zhuǎn)工作臺(tái)蝸輪蝸桿X方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模塊計(jì)算機(jī)機(jī)電接口驅(qū)動(dòng)電路人機(jī)接口圖1. 系統(tǒng)總體方案結(jié)構(gòu)框圖2.11總體結(jié)構(gòu)布局圖圖2總體方案初定電子圖三.計(jì)算部分3.1上工作臺(tái)3.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)總傳動(dòng)效率 w

22、1=0.776 傳遞功率 P1=0.0876(kw) 傳遞轉(zhuǎn)矩 T1=0.646(N·m) 步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n1=1296(r/min) 蝸輪蝸桿最高轉(zhuǎn)速 n2=540(r/min)總傳動(dòng)比 i1=129.6步距角=0.36原動(dòng)機(jī)載荷特性 SF=輕微振動(dòng)工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預(yù)定壽命 H=14400(小時(shí))3.1.2布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 ConS=閉式齒輪布置形式 ConS=懸臂布置3.1.3齒輪基本參數(shù)模數(shù) Mn=1.5螺旋角 =0.00 (度)基圓柱螺旋角 b=0.00（度)齒輪1齒數(shù) Z1=21齒輪1變位系數(shù) X1=0.00齒輪1齒寬 B1=13mm齒輪2齒數(shù) Z2

23、=42齒輪2變位系數(shù) X2=0.00齒輪2齒寬 B2=9mm總變位系數(shù) Xsum=0.00標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=47.25(mm)齒數(shù)比 U=2齒輪1分度圓直徑 d1=31.5(mm)齒輪1齒頂圓直徑 da1=34.5(mm)齒輪1齒根圓直徑 df1=27(mm)齒輪1齒頂高 ha1=1.5(mm)齒輪1齒根高 hf1=2.25 (mm)齒輪1全齒高 h1=3.75(mm)齒輪1齒頂壓力角 at1=20(度)齒輪2分度圓直徑 d2=63(mm)齒輪2齒頂圓直徑 da2=66（mm)齒輪2齒根圓直徑 df2=58.5(mm)齒輪2齒頂高 ha2=1.5 (mm)齒輪2齒根高 hf2=2.25 (mm

24、)齒輪2全齒高 h2=3.75 (mm)齒輪2齒頂壓力角 at2=20(度)齒頂高系數(shù) ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角 *=20(度)齒輪1硬度 HB1=305齒輪2硬度 HB2=2003.1.4強(qiáng)度校核數(shù)據(jù) 接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 Hlim1=650(MPa)；Hlim2=530(MPa)理論許用接觸應(yīng)力 H1=574(MPa)；H2=514.5(MPa)使用系數(shù) KA=1.35 動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.08齒間載荷分配系數(shù) a=1.76；Z=0.86; KH=1.35齒向載荷分布系數(shù) KH=1.15載荷系數(shù) K=2.26彈性系數(shù) ZE=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 接觸最小

25、安全系數(shù) SHmin=1.05接觸壽命系數(shù) ZN1=1.2;ZN2=1.25 實(shí)際許用接觸應(yīng)力 H1=868.5(MPa)；H2=685.7(MPa)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，HH2，滿足條件。重合度系數(shù) Y=0.68 齒間載荷分配系數(shù) KF=1.47齒向載荷分布系數(shù) KF=2.96 載荷系數(shù) K=2.96應(yīng)力修正系數(shù) YSa1=1.56;YSa2=1.68齒形系數(shù) YFa1=2.65; YFa2=2.20彎曲疲勞極限 Flim1=410(MPa)；Flim2=350(MPa)彎曲最小安全系數(shù) SFlim=1.6彎曲壽命系數(shù) TN1=0.82;TN2=0.83尺寸系數(shù) TX=1.0許用彎曲應(yīng)力 F1=206.

26、5 (MPa)；F2=177.5(MPa)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，F(xiàn)1=F1，滿足條件。F2=F2，滿足條件。3.1.5蝸輪蝸桿相關(guān)數(shù)據(jù)蝸桿頭數(shù) z=1蝸桿的模數(shù) m1=2蝸桿分度圓直徑 d1=35.5（mm）蝸桿直徑系數(shù) q=17.75蝸輪分度圓直徑 d2=144(mm)蝸輪齒頂圓直徑 da2=148(mm)蝸輪齒根圓直徑 df2=138(mm)蝸輪齒頂高 ha2=2(mm)蝸輪齒根高 hf2=3(mm)蝸輪全齒高 h2=5(mm) 3.1.6步進(jìn)電機(jī)選型根據(jù)條件選擇步距角 步距=0.36阻力矩 T1=0.646(N·m)空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 TLF=0.0072(N.m)最大靜力矩 Tm=1.72

27、(N·m)小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg1=7.32X10-4(kg.m2)大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg2=4.56X10-3(kg.m2)蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg3=0.51X10-4(kg.m2)蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg4=0.51X10-3(kg.m2)電動(dòng)機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=15.10X10-4kg.m2)之前初選電機(jī)型號(hào)為56BYG250D-SASSBL-0241，其最大靜扭矩Tm=1.72N.m,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=0.46X10-4kg/m2。已知nm=10r/min時(shí)，傳遞轉(zhuǎn)矩T1=0.646N·m，則TmT1，所選型號(hào)電機(jī)是符合設(shè)計(jì)要求的。3.2下工作臺(tái)3.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)總傳動(dòng)

28、效率 w2=0.784 傳遞功率 P2=0.0265(kw) 傳遞轉(zhuǎn)矩 T2=0.203(N·m) 步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n1=1250(r/min) 滾珠絲杠最高轉(zhuǎn)速 n2=625(r/min)總傳動(dòng)比 i2=2步距角=1.8原動(dòng)機(jī)載荷特性 SF=輕微振動(dòng)工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預(yù)定壽命 H=14400(小時(shí))3.2.2布置與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 ConS=閉式齒輪布置形式 ConS=懸臂布置3.2.3齒輪基本參數(shù)模數(shù) Mn=1.5螺旋角 =0.00 (度)基圓柱螺旋角 b=0.00（度)齒輪1齒數(shù) Z1=25齒輪1變位系數(shù) X1=0.00齒輪1齒寬 B1=20(mm)齒輪2齒數(shù) Z

29、2=50齒輪2變位系數(shù) X2=0.00齒輪2齒寬 B2=16(mm)總變位系數(shù) Xsum=0.00標(biāo)準(zhǔn)中心距 A0=56.25(mm)齒數(shù)比 U=2.0齒輪1分度圓直徑 d2=37.25(mm)齒輪1齒頂圓直徑 da2=40.25（mm)齒輪1齒根圓直徑 df2=32.75(mm)齒輪1齒頂高 ha2=1.50 (mm)齒輪1齒根高 hf2=2.25 (mm)齒輪1全齒高 h2=3.75 (mm)齒輪1齒頂壓力角 at2=20(度)齒輪2分度圓直徑 d1=75(mm)齒輪2齒頂圓直徑 da1=78(mm)齒輪2齒根圓直徑 df1=73.5(mm)齒輪2齒頂高 ha1=1.50(mm)齒輪2齒根

30、高 hf1=2.25 (mm)齒輪2全齒高 h1=3.75(mm)齒輪2齒頂壓力角 at1=20(度)齒頂高系數(shù) ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角 *=20(度)齒輪1硬度 HB1=304齒輪2硬度 HB2=2003.2.4強(qiáng)度校核數(shù)據(jù) 接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 Hlim1=880(MPa)；Hlim2=760(MPa)理論許用接觸應(yīng)力 H1=804(MPa)；H2=696.0(MPa)使用系數(shù) KA=1.35 動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.08齒間載荷分配系數(shù) a=1.63；Z=0.89; KH=1.26齒向載荷分布系數(shù) KH=1.16載荷系數(shù) K=2.13彈性系數(shù) ZE=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系

31、數(shù) ZH=2.5 接觸最小安全系數(shù) SHmin=1.05接觸壽命系數(shù) ZN1=1.2;ZN2=1.25 實(shí)際許用接觸應(yīng)力 H1=988.5(MPa)；H2=835.4(MPa)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，HH2，滿足條件。重合度系數(shù) Y=0.71 齒間載荷分配系數(shù) KF=1.41齒向載荷分布系數(shù) KF=1.35 載荷系數(shù) K=2.77應(yīng)力修正系數(shù) YSa1=1.53;YSa2=1.64齒形系數(shù) YFa1=2.85; YFa2=2.45彎曲疲勞極限 Flim1=640(MPa)；Flim2=580(MPa)彎曲最小安全系數(shù) SFlim=1.6彎曲壽命系數(shù) TN1=0.82;TN2=0.83尺寸系數(shù) TX=1.0許用彎曲應(yīng)力 F1=306.5 (MPa)；F2=265.6(MPa)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，F(xiàn)1=F1，滿足條件。F2=F2，滿足條件。3.2.5步進(jìn)電機(jī)選型空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 TLF=0.0072(N.m)阻力矩 TL=0.22（N.m）最大靜力矩 Tm=0.65(N·m)滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=0.3X10-4(kg.m2)空載時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jw=0.1X10-4(kg.m2)小