409 點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì)—懸臂式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、摘 要本設(shè)計(jì)為點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì)懸臂式結(jié)構(gòu)，末端執(zhí)行器是一個(gè)固定在Z軸上的點(diǎn)膠頭， X、Y、Z三個(gè)方向上都是由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，將電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成工作平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)膠機(jī)在規(guī)定工作范圍內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)膠、涂膠工作。在PLC控制下，該結(jié)構(gòu)能按照程序自動(dòng)在相應(yīng)的點(diǎn)完成點(diǎn)膠、在一段距離內(nèi)完成涂膠工作，也可由手動(dòng)控制到達(dá)工作范圍內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)以及完成回零工作。選用的步進(jìn)電機(jī)用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和頻率分別轉(zhuǎn)化成為末端執(zhí)行器的位移和移動(dòng)速度。關(guān)鍵詞：點(diǎn)膠機(jī)、懸臂式、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、PLC ABSTRACTThis design for glue machine design-th

2、e cantilevered structure, end actuator is a fixed in the Z axis at a point on the rubber head, X, Y, Z three direction is by stepping motor drive the ball screw, will the motor shaft rotation movement into working platform linear motion, realize a little gum machine in the provisions within the scop

3、e of work of various points point glue, glue work. In the PLC control, this structure can be in accordance with the procedures in the corresponding points finish glue, in a distance work to finish glue, can also be made by manual control to work within the scope of the various points, and complete b

4、ack to zero. The selection of stepping motor power pulse signal control, the electrical impulses of the number and frequency signal into a respectively at the end of the implementation of the displacement and speed.Key words: Glue machine, cantilevered, step motor, the ball screw, PLC目 錄1緒論-1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

5、及開展趨勢(shì)-1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)-12設(shè)計(jì)方案-32.1 機(jī)械局部-32.2 電氣局部-32.3 控制局部-32.4 傳動(dòng)局部-43 計(jì)算說(shuō)明-5 Z軸上下方向傳動(dòng)部件的選型與校核-5 X軸左右方向傳動(dòng)部件的選型與校核-113.3 Y軸前后方向傳動(dòng)部件的選型與校核-194電氣控制局部-28-28-284.3 PLC簡(jiǎn)介-28 驅(qū)動(dòng)器的選用-295結(jié)論-30附錄 電氣控制圖-31附錄 PLC控制流程圖-32附錄 PLC控制程序圖-33參考文獻(xiàn)-35致謝-361 緒論點(diǎn)膠機(jī)在行業(yè)中的影響很廣。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方都需要用到HYPERLINK :/baike.baidu /view/1120

6、853.htm t _blank點(diǎn)膠，比方HYPERLINK :/baike.baidu /view/1355.htm t _blank集成電路、印刷電路板、彩色液晶屏、HYPERLINK :/baike.baidu /view/1243519.htm t _blank電子元器件如繼電器、揚(yáng)聲器、汽車部件等等。傳統(tǒng)的點(diǎn)膠是靠工人手工操作的。隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅猛開展，手工點(diǎn)膠已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上的要求。手工點(diǎn)膠具有操作復(fù)雜、速度慢、精確度低、容易出錯(cuò)，而且無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜圖形的操作，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化等缺點(diǎn)。市場(chǎng)上要求一種速度快，效率高，精度高的設(shè)備。因此就出現(xiàn)了全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人。在科技就是第一

7、生產(chǎn)力的今天，全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的出現(xiàn)為點(diǎn)膠行業(yè)帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和開展。人們?yōu)榱伺c點(diǎn)膠機(jī)器人簡(jiǎn)單方便地交流，把想法傳達(dá)給機(jī)器人，使機(jī)器人按照人的意志和點(diǎn)膠工藝的要求來(lái)運(yùn)動(dòng)，就創(chuàng)造了一種示教編程器系統(tǒng)。這種示教編程器可以很簡(jiǎn)易地控制點(diǎn)膠機(jī)器人，發(fā)送各種運(yùn)動(dòng)指令，執(zhí)行各種圖形的點(diǎn)膠。14國(guó)外研究現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)目前單液點(diǎn)膠機(jī)已經(jīng)做得很成熟，世界品牌主要是日本仲氏NLC、EFD和I&J 、武藏MUSASHI等。國(guó)內(nèi)單液點(diǎn)膠機(jī)目前在通用性上做得可以，在普通的控制器和自動(dòng)化設(shè)備這塊技術(shù)比擬成熟，然而在高精度要求還是有很大差距。雙組份的點(diǎn)膠機(jī)目前國(guó)外的機(jī)器挺多，技術(shù)也相對(duì)成熟，只是價(jià)位太高。 國(guó)內(nèi)雙液點(diǎn)膠技

8、術(shù)已經(jīng)走向成熟，國(guó)內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)知名品牌浙江湘瑞XRui勝翔自動(dòng)化、深圳世椿SECOND-AUTO、東莞賽恩斯(SES、歐寶(Oupel)、特盈TWINWIN)、騰盛TENSUN)目前已經(jīng)有專業(yè)雙液設(shè)備存在,而且質(zhì)量穩(wěn)定,價(jià)格適宜，很適合國(guó)內(nèi)用戶使用。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速開展，特別是近幾年機(jī)械工業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定開展，給點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)帶來(lái)難得的開展機(jī)遇，點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中屬于應(yīng)用量大面廣的產(chǎn)品之一。據(jù)有關(guān)部門調(diào)查顯示，點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用在各主要行業(yè)分別是:建筑占、環(huán)保占、輕工占、冶金占、礦山占、船舶占、水泥占、電力占、地鐵和隧道占、紡織占、煤炭占、化工占、石油占、空分裝置占。然而，點(diǎn)

9、膠機(jī)產(chǎn)品尚未涉及或?qū)⒁婕暗念I(lǐng)域還有許多，即點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品的潛在市場(chǎng)。例如：煤矸石綜合利用、新型干法熟料技改工程、煙氣脫硫、垃圾燃燒熱電聯(lián)產(chǎn)、高爐噴煤、改造溫室用點(diǎn)膠機(jī)等等。隨著電子膠水的普遍應(yīng)用，點(diǎn)膠設(shè)備的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛和多樣化。目前，單組份的點(diǎn)膠技術(shù)相對(duì)成熟，其開展方向是自動(dòng)化和高精度。在普通的點(diǎn)膠機(jī)，如一些點(diǎn)膠控制器，國(guó)內(nèi)的模仿技術(shù)已經(jīng)很成熟，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分劇烈，價(jià)格一落千丈，甚至幾百的機(jī)器都已經(jīng)出現(xiàn)。但是國(guó)內(nèi)的點(diǎn)膠機(jī)普遍存在精度不高，打膠不夠穩(wěn)定現(xiàn)象，一些高科技行業(yè)，說(shuō)到選購(gòu)點(diǎn)膠機(jī)，肯定只能找世界品牌。所以，在高精度這塊，有待各位有志之士進(jìn)一步努力呀。當(dāng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)劇烈，唯有質(zhì)量和效勞能夠讓自

10、己脫穎而出。在自動(dòng)化這塊，國(guó)內(nèi)的三軸平臺(tái)，圓周點(diǎn)膠機(jī)等等已經(jīng)有多年的開展歷史，如果只是普通的精度，那么使用國(guó)內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)和平臺(tái)就可以了。目前從事這些單組份設(shè)備的生產(chǎn)和研究的廠家也比擬多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸劇烈，不過(guò)可以挖掘的空間還是十分之大。而對(duì)于雙組份的點(diǎn)膠設(shè)備，這可是一個(gè)遠(yuǎn)未成熟的領(lǐng)域：國(guó)際上稍微可以一點(diǎn)的點(diǎn)膠機(jī)，動(dòng)輒十幾萬(wàn)幾十萬(wàn)，讓許多廠家望而止步。而國(guó)內(nèi)目前的雙液機(jī)技術(shù)還有很大差距，價(jià)格稍微低些，然而產(chǎn)品質(zhì)量還有待進(jìn)一步改良。隨著AB膠的日益廣泛使用，灌膠等等工藝的要求也會(huì)更高，雙液點(diǎn)膠機(jī)是點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)另外一個(gè)極具潛力的開發(fā)領(lǐng)域。2設(shè)計(jì)方案2.1 機(jī)械局部機(jī)械局部分為X、Y、Z三個(gè)方向，每個(gè)方向都

11、做直線運(yùn)動(dòng)，共有六個(gè)自由度。整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)采用懸臂式結(jié)構(gòu)，Y軸前后局部固定在工作臺(tái)上，Z軸上下局部與X軸左右局部連接，以懸臂式的形式連接在Y軸上。三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是由滾珠絲杠螺母副把電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成為直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，到達(dá)指定位置后，由點(diǎn)膠控制器控制點(diǎn)膠頭完成點(diǎn)膠動(dòng)作。其中X軸和Y軸方向上要求的運(yùn)動(dòng)范圍都為500mm，Z軸方向上沒(méi)有要求運(yùn)動(dòng)范圍，初步定為300mm。2.2 電氣局部電機(jī)：選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制,并分別將脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和頻率轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的位移和移動(dòng)速度的執(zhí)行器。步進(jìn)電機(jī)的編程簡(jiǎn)單，易于控制，控制精度高且價(jià)格相對(duì)較低。要求的各軸定位精度為 ，步進(jìn)電機(jī)可以滿

12、足，應(yīng)選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比、轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制脈沖數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組通電順序便可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。其特點(diǎn)為：1. 輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格和電動(dòng)機(jī)角位移成正比,電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒(méi)有累積誤差,因此具有良好的跟隨特性;2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以與驅(qū)動(dòng)器組成開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng),同時(shí)也可以與角度反應(yīng)環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng);3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)和變速;4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié),在低速狀態(tài)下仍能獲得很大的轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有無(wú)累積誤差、跟

13、蹤性能好等優(yōu)點(diǎn),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制主要采用開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的方式。在對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí),常常會(huì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)其進(jìn)行控制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用超大規(guī)模的硬件集成電路,具有高度的抗干擾性以及快速的響應(yīng)性,不易出現(xiàn)死機(jī)或丟步現(xiàn)象。使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī),可以不考慮各相的時(shí)序問(wèn)題(由驅(qū)動(dòng)器處理) ,只要考慮輸出脈沖的頻率(控制驅(qū)動(dòng)器CP端) ,以及步進(jìn)電機(jī)的方向。在使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí),往往需要較高頻率的脈沖。2.3控制局部選用可編程控制器PLC。根據(jù)要求，控制器要控制三個(gè)電機(jī)，PLC控制可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用性強(qiáng)，可以滿足要求。2.4傳動(dòng)局部 選用滾珠絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠可以實(shí)現(xiàn)由圓

14、周運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變，具有傳動(dòng)摩擦力矩小、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、傳動(dòng)精度高、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。又因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)的工作范圍是500500mm滾珠絲杠可以滿足要求。3 計(jì)算說(shuō)明3.1 Z軸上下方向傳動(dòng)部件的選型與校核根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求，Z方向上下為=mm/脈沖。3.1.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型1最大工作載荷Fm的計(jì)算 最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)開工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，移動(dòng)部件總重G=50N得到FM =70N 。 2最大動(dòng)載荷的計(jì)算假設(shè)Z方向最快的進(jìn)給速度v=1m/min，并且初選絲杠根本導(dǎo)程 =4mm,那

15、么此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/ =250r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得滾珠絲杠副的壽命=225 單位 106 r 。查表3-30，取載荷系數(shù)，取硬度系數(shù)，代入公式： 3-1得到=468N3初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表3-31可知，選用2004-3型滾珠絲杠副，其公稱直徑d。為20mm，根本導(dǎo)程為4mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷Cn為5243N，滿足要求。4傳動(dòng)效率的計(jì)算 一般在之間，摩擦角一般取10。將=20mm，=4mm，代入得到絲杠的螺旋升角=433。將摩擦角=10，代入，得傳動(dòng)效率=9% 。 5剛度的驗(yàn)算1絲杠的拉伸或

16、者壓縮變形量 QUOTE 在總變形量中占的比重較大。上、下支承中心距離約為600mm；剛的彈性模量E=；查表3-31，得滾珠直徑=mm，d2 =17.1mm，那么絲杠截面積=絲杠的拉伸或壓縮變形量 QUOTE 可按下式計(jì)算 3-2 其中I為絲杠按底徑 QUOTE 確定的截面慣性矩，單位為mm4?！?號(hào)用于拉伸，“-用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略。 3-3 綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=110-5mm 。 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 QUOTE 可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算：無(wú)預(yù)緊時(shí) 3-4有預(yù)緊時(shí) 3-5其中，DW為滾珠直徑，單位

17、為mm;Z為單圈滾珠數(shù)，外圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)； QUOTE 為滾珠總數(shù)量， QUOTE =Z圈數(shù)列數(shù)； QUOTE 為預(yù)緊力，單位為N.當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力到達(dá)軸向工作載荷的1/3時(shí)，值減小一半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18，由于該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量 =186=108 。當(dāng)滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力33.3N 。那么 =10-5mm , =10-6mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取 =710-7mm。3將以上算出的、代入 3-6得變形總量 =。查表3-27可知，5級(jí)精度滾珠絲杠任意500mm630mm軸向行程內(nèi)行程

18、的變動(dòng)量允差為32，由計(jì)算可得闊度為600mm 的滾珠絲杠，總的變形量只有 ，可見絲杠剛度足夠。6壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，那么可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 QUOTE 應(yīng)滿足： 3-7臨界載荷，單位為N;絲杠支承系數(shù);壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時(shí)取小值;滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm .查表3-34，由于其為垂直安裝應(yīng)選雙推雙推，那么絲杠支承系數(shù) =4有絲杠底徑 =17.1mm ，求得界面慣性矩 ；壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離600mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷 N，大于工作載荷Fm=N，故絲杠不會(huì)失

19、穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。3.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的計(jì)算與選型初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602 ，二相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為6Nm，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為。傳動(dòng)比i確實(shí)定電動(dòng)機(jī)的步距角=, 脈沖當(dāng)量通常要小于定位精度，故Y脈沖當(dāng)量為取1mm/脈沖。 那么根據(jù)式 3-8求得i=0.83。所以不需要減速機(jī)構(gòu)。3.1.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型1根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 QUOTE 滾珠絲杠的公稱直徑 =20mm，總長(zhǎng)=600mm，導(dǎo)程 =4mm，材料密度=；移動(dòng)部件總重量G=100N。參照表4-1，可以算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=；

20、折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =。初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，從表4-5查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4。那么加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=+= 3-92步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)工作載荷為0，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論：1快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式=+可知，包括三局部：快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;移動(dòng)部件折算時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N.m;滾珠絲杠預(yù)警后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式

21、可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。那么有 =+ 3-10根據(jù)式 =，考慮縱向鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：=* 3-11對(duì)應(yīng)橫向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速; 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間.其中： 3-12Z向最快移動(dòng)速度，1200mm/min； Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，為； Z向脈沖當(dāng)量，1mm/脈沖.將以上各式帶入式，算得=250。 設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，Y向傳動(dòng)鏈總效率；那么由式=*求得=由式可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 3-13導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取;垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0； Y

22、向傳動(dòng)總效率，取.那么由式得：=10-4最后由式，求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：=+=2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮到平安系數(shù)。這里取平安系數(shù)K=4，那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：4=對(duì)于前面預(yù)選的90BYG2602行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可知其最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm，可見完全滿足式4的要求。3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核由最快工作進(jìn)給速度和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為Y向最快移動(dòng)速度=1200mm/mi

23、n，脈沖當(dāng)量1mm/脈沖，由式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率=1200/1Hz=2000Hz。從90BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=5Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=Nm，滿足要求。2最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核由最快空載移動(dòng)速度和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，算出 QUOTE ，再?gòu)木仡l特性曲線上找出其對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩 QUOTE ，檢查是否大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。假設(shè)是，那么滿足要求；否那么，需重新選擇電機(jī)。最快移動(dòng)速度=1200mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=2000Hz。查表的90BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見沒(méi)有超出范圍。3啟動(dòng)頻率的校核

24、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量=kg，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4kg，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率=1800Hz。那么由式可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為：=Hz。 3-14上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz即100脈沖/s。綜上所述，這里縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.2X軸左右方向傳動(dòng)部件的選型與校核3.2.1脈沖當(dāng)量確實(shí)定根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求，X方向的脈沖當(dāng)量為=mm/脈沖。3.2.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型1最大

25、工作載荷Fm的計(jì)算 最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)開工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，移動(dòng)部件總重G =500N; Fm2FQ最大動(dòng)載荷的計(jì)算假設(shè)X方向最快的速度v=/min，初選絲杠根本導(dǎo)程 =4mm,那么此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=1200v/ =300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T= 15000h(一般機(jī)電設(shè)備取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速)，代入，得絲杠壽命系數(shù)=270(單位106 r)。查表3-30，取載荷系數(shù)fw，再取硬度系數(shù)，代入公式： 3-15 得 =1777N3初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表3-31，選用濟(jì)

26、寧博特精密絲杠制造生產(chǎn)的GD系列1604-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為16mm，根本導(dǎo)程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為4612N，大于，故滿足要求。4傳動(dòng)效率的計(jì)算 一般在之間，摩擦角一般取10。將公稱直徑 =16mm，根本導(dǎo)程 =4mm，代入 3-16得絲杠螺旋升角 =433將摩擦角 =10，代入，得傳動(dòng)效率 =96.4% 。5剛度的驗(yàn)算1絲杠的拉伸或者壓縮變形量 QUOTE 在總變形量中占的比重較大。左、右支承中心距離約為800mm；剛的彈性模量=；查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-31，得滾珠直徑=，算得絲杠底徑，那么絲杠

27、截面積 3-17得絲杠的拉伸或壓縮變形量 3-18其中I為絲杠按底徑 QUOTE 確定的截面慣性矩，單位為 QUOTE 。慣性矩，其中“+號(hào)用于拉伸，“-用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略。所以， 3-19綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 =710-5mm 。 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 QUOTE 可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算：無(wú)預(yù)緊時(shí) 3-20為有預(yù)緊時(shí) 3-21滾珠直徑，單位為mm; 單圈滾珠數(shù)，外圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)；滾珠總數(shù)量， =Z圈數(shù)列數(shù)；預(yù)緊力，單位為N.當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力到達(dá)軸向工作載荷的1/3時(shí)，值減小一半左右。單

28、圈滾珠數(shù)目Z=18；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量 =186=108 。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力166.7N 。那么=510-5 mm， =4.210-6mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取=2.110-6mm。3將以上算出的、代入 3-22得變形總量。查表3-27可知，5級(jí)精度滾珠絲杠任意630mm800mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許36，而對(duì)于闊度為800mm的滾珠絲杠，總的變形量只有 ，可見絲杠剛度足夠。6壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，那么可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)滿足： 3-23

29、臨界載荷，單位為N;絲杠支承系數(shù);壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時(shí)取小值;滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm .查表3-34由于課題要求為雙推雙推那么絲杠支承系數(shù) =4有絲杠底徑 = ，求得界面慣性矩 ；壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離800mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷 6233N，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。先初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)90BYG2602 ，二相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，最大靜轉(zhuǎn)矩為，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為。3.2.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型1滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影

30、響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計(jì)中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊全部承當(dāng)，那么單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： 3-24其中，移動(dòng)部件重量，外加載荷，帶入式3-24，得最大工作載荷。查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-41，根據(jù)工作載荷，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為系列的型，其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷。任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為500mm500mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為600mm。2距離額定壽命的計(jì)算上述選取的系列

31、型導(dǎo)軌副的滾道硬度為，工作溫度不超過(guò)，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入式3-11得距離壽命： 3-25遠(yuǎn)大于，故距離額定壽命滿足要求。3.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套無(wú)間隙齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用?機(jī)電一體

32、化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?圖3-8所示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量 mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角。根據(jù)?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?式3-12，算得減速比：本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為60:36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒面淬硬后達(dá)55HRC。減速箱的中心距為，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。3.2.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型1根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠的公稱直徑 =16mm，總長(zhǎng)=800mm，導(dǎo)程 =4mm，材料密度 =；X向移動(dòng)部件總重量G=500N

33、。參照表4-1，可以算的各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，從表4-5查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =4。那么加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=+ 3-26 得=2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)工作載荷為0，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論：1快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式=+可知，包括三局部：快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;移動(dòng)部件折算時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N.m;滾珠絲杠預(yù)警

34、后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩.因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。 =+ 3-27 根據(jù)式 =，考慮縱向鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： = 3-28對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速; 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間.其中： 3-29 X方向空載最快移動(dòng)速度，為2400mm/min； X方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩叫角，為； X方向脈沖當(dāng)量，=/脈沖.將以上各式帶入式，算得=500。 設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，縱向傳動(dòng)鏈總效率；那么由式=求得由式可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：

35、 3-30 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取;垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0； 縱向傳動(dòng)總效率，取.那么由式得：最后由式，求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：=+2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮到平安系數(shù)。這里取平安系數(shù)K=4，那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：4對(duì)于前面預(yù)選的90BYG2602行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩=37Nm，可見完全滿足式4的要求。3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核X向最快工進(jìn)速度=2400mm

36、/min，脈沖當(dāng)量=/脈沖，由式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率=2400/Hz=2000Hz。從90BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要求。2最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度=2400mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=2000Hz。查表得90BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見沒(méi)有超出范圍。3啟動(dòng)頻率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4kg，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率=1800Hz。那么由式可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為： 3-31 得 Q

37、UOTE =。上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz即100脈沖/s。綜上所述，這里橫向進(jìn)給系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.3 Y軸前后方向傳動(dòng)部件的選型與校核3.3.1脈沖當(dāng)量確實(shí)定根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求， Y方向前后為=0.01 mm/脈沖。3.3.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型1最大工作載荷Fm的計(jì)算 最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)開工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，移動(dòng)部件總重G =1000N; Fm=

38、G*u=1000*0.005=5N2FQ最大動(dòng)載荷的計(jì)算假設(shè)Y方向最快的速度v=/min，初選絲杠根本導(dǎo)程 =4mm,那么此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/ =300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T= 15000h(一般機(jī)電設(shè)備取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速)，代入，得絲杠壽命系數(shù)=270單位為r。查表3-30，取載荷系數(shù)fw，再取硬度系數(shù)，代入公式： 3-32 得3初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表3-31，選用濟(jì)寧博特精密絲杠制造生產(chǎn)的GD系列1604-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為16mm，根本導(dǎo)程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷

39、為4612N，大于，滿足要求。4傳動(dòng)效率的計(jì)算 一般在之間，摩擦角一般取10。將 =16mm， =4mm，代入 3-33得絲杠螺旋升角 =433將摩擦角 =10，代入，得傳動(dòng)效率 =96.4% 。5剛度的驗(yàn)算1絲杠的拉伸或者壓縮變形量 QUOTE 在總變形量中占的比重較大。左、右支承中心距離約為800mm；剛的彈性模量=；查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-31，得滾珠直徑=，算得絲杠底徑，那么絲杠截面積 3-34得絲杠的拉伸或壓縮變形量 QUOTE 可按下式計(jì)算 3-35其中I為絲杠按底徑 QUOTE 確定的截面慣性矩，單位為 QUOTE 。慣性矩，其中“+號(hào)用于拉伸，“-用于壓縮。

40、由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略。所以， 3-36綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 =1.410-4mm 。 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 QUOTE 可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算：無(wú)預(yù)緊時(shí) 3-37為有預(yù)緊時(shí) 3-38 滾珠直徑，單位為mm;Z 單圈滾珠數(shù)，外圈環(huán)，內(nèi)圈環(huán)； QUOTE 滾珠總數(shù)量， QUOTE =Z圈數(shù)列數(shù)；預(yù)緊力，單位為N.當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力到達(dá)軸向工作載荷的1/3時(shí)，值減小一半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量 =186=108 。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力33

41、3.3N 。那么=10-5 mm， =10-6mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取=10-6mm。3將以上算出的、代入 3-39得變形總量 =。由表3-27形成偏差和變動(dòng)量知，5級(jí)精度滾珠絲杠任意630mm800mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許36，而對(duì)于闊度為800mm 的滾珠絲杠，總的變形量只有 ，可見絲杠剛度足夠。6壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，那么可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)滿足： 3-40 臨界載荷，單位為N;絲杠支承系數(shù);壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時(shí)取小值;滾珠絲杠兩端支承間的距離，單

42、位為mm .查表3-34由于課題要求為雙推雙推那么絲杠支承系數(shù) =4有絲杠底徑 = ，求得界面慣性矩 ；壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離800mm取最大值 。代入上式，得臨界載荷 6233N，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=5N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。3.3.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型1滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計(jì)中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊全部承當(dāng)，那么單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： 3-41其

43、中，移動(dòng)部件重量，外加載荷，帶入式3-41，得最大工作載荷。查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-41，根據(jù)工作載荷，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為系列的型，其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷。任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為500500mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為600mm。2距離額定壽命的計(jì)算上述選取的系列型導(dǎo)軌副的滾道硬度為，工作溫度不超過(guò)，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入式

44、3-27得距離壽命： 3-42 遠(yuǎn)大于，故距離額定壽命滿足要求。3.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套無(wú)間隙齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?圖3-8所示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量 mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角。根據(jù)?機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?式3-12，算得減速比：本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)

45、生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為60:36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒面淬硬后達(dá)55HRC。減速箱的中心距為，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。3.3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型1根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠的公稱直徑 =16mm，總長(zhǎng)=800mm，導(dǎo)程 =4mm，材料密度 =；移動(dòng)部件總重量G=1000N。參照表4-1，可以算的各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=；折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =。初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，從表4-5查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =4。那么加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能

46、夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： =+ 3-43 得=2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)工作載荷為0，另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論：1快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式=+可知，包括三局部：快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;移動(dòng)不見折算時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;滾珠絲杠預(yù)警后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。那么有=+ 3-44根據(jù)式 =，考慮縱向鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大

47、加速轉(zhuǎn)矩：= 3-45對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間。其中： 3-46 -Y方向空載最快移動(dòng)速度，為2400mm/min； -Y方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩叫角，為； -Y方向脈沖當(dāng)量，=/脈沖。將以上各式帶入式，算得=500。 設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，縱向傳動(dòng)鏈總效率；那么由式=求得=由式可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 3-47 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0； 縱向傳動(dòng)總效率，取那么由式得：2最后由式，求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：=+=2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩

48、的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮到平安系數(shù)。這里取平安系數(shù)K=4，那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：4=對(duì)于前面預(yù)選的130BYG3502行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm，可見完全滿足式4的要求。3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核Y向最快工進(jìn)速度=2400mm/min，脈沖當(dāng)量=/脈沖，由式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率=2400/Hz=2000Hz。從90BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩= Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)

49、載轉(zhuǎn)矩=Nm，滿足要求。2最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度=2400mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=2000Hz。查表的90BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見沒(méi)有超出范圍。3啟動(dòng)頻率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量=kg，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4kg，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率=1800Hz。那么由式可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為： 3-48 得 QUOTE =Hz。上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz即100脈沖/s

50、。綜上所述，這里橫向進(jìn)給系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。4電氣控制局部4.1控制要求控制X,Y,Z三軸的正反方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，點(diǎn)膠頭從原點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)程序設(shè)定的第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)膠頭開始出膠，并按照程序設(shè)定的路線走一個(gè)“凸字形框，然后點(diǎn)膠頭回到初始位置。4.2設(shè)計(jì)方案操作方式設(shè)計(jì)為回原點(diǎn)、手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。X、Y、Z軸向直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)退可由手動(dòng)或自動(dòng)程序控制，調(diào)零動(dòng)作由手動(dòng)控制完成。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)由編程產(chǎn)生。采用計(jì)時(shí)與計(jì)數(shù)器命令來(lái)進(jìn)行控制。4.3 PLC簡(jiǎn)介PLC可編程邏輯控制器是用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)和過(guò)程的可控網(wǎng)絡(luò)集線器。他們包含多個(gè)輸入輸出，輸入輸出

51、是用晶體管和其它電路，模擬開關(guān)和繼電器來(lái)控制設(shè)備的。PLC用軟件接口，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算器接口，專門的語(yǔ)言和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程?？删幊踢壿嬁刂破鱅/O通道規(guī)那么包括所有的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)，擴(kuò)展能力和最大數(shù)量的通道。觸點(diǎn)數(shù)量是輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的總和。PLC可以指定這些值的任何可能的組合。擴(kuò)展單元可以被堆棧或互相連接來(lái)增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個(gè)擴(kuò)展系統(tǒng)中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。PLC系統(tǒng)規(guī)那么包括掃描時(shí)間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)。掃描時(shí)間是 PLC需要的用來(lái)檢測(cè)輸入輸出模塊的時(shí)間。指令是用于PLC軟件例如數(shù)學(xué)運(yùn)算的標(biāo)準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。程序存儲(chǔ)是控制軟件的能力。用于可編程邏輯

52、控制器的輸入設(shè)備包括DC，AC，中間繼電器，熱電偶，RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號(hào)輸入；輸出設(shè)備包括DC，AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖，晶體管，三端雙向可控硅開關(guān)元件；PLC的編程設(shè)備包括控制面板，手柄和計(jì)算機(jī)?？删幊踢壿嬁刂破饔酶鞣N軟件編程語(yǔ)言來(lái)控制。這些語(yǔ)言包括IEC61131-3，順序執(zhí)行表SFC，動(dòng)作方塊圖FBD，梯形圖LD，結(jié)構(gòu)文本ST，指令序列IL，繼電器梯形圖RIL，流程圖，C語(yǔ)言和Basic語(yǔ)言。IEC61131-3編程環(huán)境能支持五種語(yǔ)言，用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)加以標(biāo)準(zhǔn)，分別為SFC，F(xiàn)BD，LD，ST和IL。這便允許了多賣主兼容性和多種語(yǔ)言編程。SFC是一種圖表語(yǔ)言，它提供

53、了編程順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。FBD用一種大的運(yùn)行庫(kù)，以圖表形式建立了一些復(fù)雜的過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)行可以與用戶交流和接口運(yùn)行相結(jié)合。LD是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語(yǔ)言。它在離散控制上與FBD是完全兼容的。ST是一種文本語(yǔ)言，用于復(fù)雜的數(shù)學(xué)過(guò)程和計(jì)算，不太適用于圖表語(yǔ)言。IL是與組合編碼相似的低級(jí)語(yǔ)言。它用在相比照擬簡(jiǎn)單的邏輯指令。繼電器梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語(yǔ)言。梯形圖編程是設(shè)計(jì)成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語(yǔ)言，用于在一個(gè)控制器或應(yīng)用軟件中描述順序操作，它用于建立有標(biāo)準(zhǔn)組件的可循環(huán)使用的運(yùn)行庫(kù)。C語(yǔ)言是一種

54、高級(jí)編程語(yǔ)言，適用于處理最復(fù)雜的計(jì)算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。它典型地在PC機(jī)上運(yùn)行調(diào)試。BASIC語(yǔ)言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接口運(yùn)行的高級(jí)語(yǔ)言。有幾種根本的現(xiàn)在經(jīng)常使用的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器類型：RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器這種存儲(chǔ)器速度很快，但是當(dāng)沒(méi)電時(shí)，它的內(nèi)容將被喪失。這是一種不穩(wěn)定存儲(chǔ)器，每個(gè)PLC在運(yùn)行時(shí)，都用這種存儲(chǔ)器作為中央處理器 。ROM只讀存儲(chǔ)器這種存儲(chǔ)器是永久性的不可擦除的。它通常用于存放PLC的操作系統(tǒng)。EPROM可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器這是一種像ROM一樣可編程的存儲(chǔ)器，但是它能用紫外線光擦除并且可以重新編程。EEPROM電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器這種存儲(chǔ)器能像ROM一樣存放程序。它能被編程并且用電壓擦