機電一體化大作業(yè)

1、某車床進行數(shù)控改造，其小拖板結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示，已知進給系統(tǒng)行程為200m m,快速移動 的最大速度為1 加/min,最大切削進給速度為025m /min,溜板和刀架的質(zhì)量為20kg。滾珠絲杠的導程io=6:Hill，試回答和計算下列問題:Fy工作臺FxTFrTTTrnTrT工作臺FxTFrTTTrnTrT絲匯計算機 Vir齒輪2步進電機7T7削動器卜圖數(shù)控車床小托板系統(tǒng)簡圖1 本設計系統(tǒng)中的計算機擬采用PLC,請簡述其特點。(6分)可靠性高。(2) 適應性強，應用靈活。(3) 編程簡單、容易掌握。(4) 控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便，工作量少(5) 維修方便。體積小，能耗低2. 本設計系統(tǒng)中擬

2、選擇反應式三相步進電機驅(qū)動，請簡述其工作原理。(6分)設步進電機的三項分別是A、B、C,將電脈沖加到A相，A相產(chǎn)生磁通，并對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，I、3兩個齒與定子的A相磁極對齊。而后再將電脈沖通入B相勵磁繞組，：8相磁極便 產(chǎn)生磁通。 使轉(zhuǎn)子2、4兩個齒與定子B相磁極對齊。如果按照ATB-C f A的順序通電，轉(zhuǎn)子則沿反時針方 向一步步地轉(zhuǎn)動。3. 本設計系統(tǒng)中的傳感器擬采用光柵傳感器，請簡述該傳感器的特點。(6分) 精度高。 可用于大量程測量兼有高分辨力； 可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動化； 具有較強的抗干擾能力 高精度光柵制作成本高,4. 對于初步選用的反應式三相步進電機，假設其

3、步距角為 0.60/1.20，采用三項六拍的通電方式工作，脈沖當量S為0.005：IIIII，請計算傳動鏈中的傳動比i。(8分)根據(jù)題意：iodo360 6360 X 0.0055設工作時絲杠軸向切削分力為Fy=1304N，垂直切削分力為Fx= 1779 .3 N，傳動系統(tǒng)的總效率為n =0.85 0(1) 計算切削負載力等效到電機軸的等效力矩TeF(N.m)。(8分)丁1779 .3 X6Te； -=1000(N .mm ) =1(N .m)2 兀 Xi xn 2X3.14X2 X0.85(2) 根據(jù)加工需要，選擇燕尾形導軌，在良好的潤滑情況下，其摩擦系數(shù)為01,計算切削運行時摩擦負載力等效

4、到電機軸的等效力矩Tec(N.m) 0 ( 8分)摩擦阻力 Fc=(Mg +Fx)卩二(20 X9.8+1304 ) X 0.1 =150 (N )=84.3( N.mm) = 0.0843 (N .m)FcXI。150 X62 兀 Xix 門2咒 3.14 咒 2 X0.85(3)齒輪乙，乙的轉(zhuǎn)動慣量為Jzi =1.6X10Sgm2_4jZ2 =6.4X10 Kgm絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Jeq 0(20 分)Js=1.2X10Kgm2o求機械系統(tǒng)等效到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)題意：1 JeqAm 1 J Z m + 1 J Z2d): + 一.J ： +. - MV *2 2222Jeq = Jz

5、1 + Jz2+ Js=Jzi + Jz2X +J414130.006所以：=1.6X10 +-C6.4X10 +-X1.2X10 +44= 1.6X10, +1.6X10 +3X10 二 +0.152X10-2X65 16兀422=6.352 X10(Kg m ) = 6.352 (Kg .cm )6 如果選擇三相反應式步進電機，根據(jù)系統(tǒng)切削時最大速度的需要, 系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)矩(10分)(忽略電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量影響)y最大加速力矩 T =TeF +TeC +Tem =Te； + W + ( J eq + J m )咒名=T。；+ T其加速時間為0Is 5計算心 2“0.25(m/min) 5%2

6、=8 7 (raC| / S)6(mm )所以：T =1 (N. m) + 0.0843 (N. m) + 6.352 x 10H (Kg .m2) x87 (rad /s2)+ 2.4x = (rad 0.1 一=1(N.m) +0.0843 (N.m) +0.0552 (N.m) +0.0418 (N.m) =1.18( N.m)8.70.1/S2)考慮機械效率T，二匚二上!* =1.39 (N.m)n 0.857 驗算最大靜轉(zhuǎn)矩Sax和起動轉(zhuǎn)矩Tq是否滿足系統(tǒng)要求，確定步進電機的型號。(8分) 查附件2可知：SM3910的步距角為120，最大靜轉(zhuǎn)矩(保持扭矩)丁冋=4 (N.m)則 Tq

7、 =TjmaxX 0.87 =4 X0.87 =3.48滿足要求。8 確定步進電機的空載最大啟動頻率fq，并判斷步進電機是否能夠在不丟步的情況下直接啟 動，如果不能，應采取什么樣的措施。(10分)Te： =(Jm+Jeq)X； ax =(2.ATO+6.35A10A)x8.7 = 8.752 TO 七 87最大空載慣性力矩0.1=0.0761 (N.m)空載起動力矩 Tkq=Tec+Tem =0.5308 +0.0761 = 0.6968 (N .m)查附件2表知：fq可以達到10KHZ以上，按數(shù)據(jù)給定使用3KHZ啟動，不丟步。滿足要求。9 確定步進電機的空載最大運行頻率仏axO ( 10分)CO max爲260咒2兀0360又：AVm.COmaXVmax1所以max360 max0.6 X 2; !360X2