专业课程设计-xy数控工作台[1]

1、本科生专业课程设计（2011 届）学生姓名：学 号：专业名称：班 级：指导教师：2010 年 11 月 20 h目录任务书2二、总体方案的确定错误！未定义书签。三、机械传动部件的计算与选型错误！未定义书签。四、工作台机械装配图的绘制错误！未定义书签。五、工作台控制系统的设计错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。附件1错误！未定义书签。附件2错误！未定义书签。附件3错误！未定义书签。附件4错误！未定义书签。任务书设计题目：xy数控工作台机电系统设计设计任务：设计一台微机控制xy两坐标工作台，供立式数控铳床使用。具体内容如下:1、机械系统设计：通过计算,正确选择传动机构、导向机构、执行机构、

2、驱动电机等, 根据计算说明，绘制机械系统装配图。控制系统设计：根据系统要求，选择正确的控制策略，设计合理的控制系统，并绘 制控制系统电路图。2、3、主要程序设计：在机械系统设计与控制 系统设计的基础上，进行控制系统的主程序设计, 列出程序清单。4、设计说明书撰写。系统主要参数:1、2、立铳刀最大直径d二20mm 立铳刀齿数z二33、最人铳削宽度q, = 20 mm4、最大背吃刀量a p = 10 mm5、加工材料为碳素钢或有色金属6、x, y方向的脉冲当量心=3y =q.qmm/ p7、8、x, y方向的定位精度均为±0. 01mm工作台而尺寸为400mmx500inin（我们这个长

3、度400以下）,9、工作台空载最快移动速度vvmax = vvmax = 5000mm/ min 10、工作台进给最快移动速度vvniax f = vvmax f = 350 mm/ min时间安排及任务：一、系统功能介绍、总体方案设计（1天）1.机电一体化产品设计的基本过程介绍；2. xy工作台功能介绍；3.总体方案的确定二、单元功能模块介绍和设计任务的落实（1天）三、详细设计（8天）1.机械系统装配图设计；2.控制各部分原理图的设计；3主功能程序的编制二、总体方案的确定1、机械传动部件的选择(1)导轨副的选用要设计的x-y工作台是用來配套轻型的立式数控铳床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小

4、(心=5v =0.0mm/p),定位精度高(= vvmax f = 350mm/min ),因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方 便等优点。(2)丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运 动,要满足0.01 mm的脉冲当量和土0. olnun的定位精度，滑动 丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副 的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预 紧后可消除反向间隙，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方 便，有利于提高开发效率。(3)减速装置的选用选择了步进电动机利滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲为

5、量，放大电动机的输岀转矩，降 低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消除间隙机构。为 此，系统中决定采川无间隙齿轮传动减速箱。(4)伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0. oolnun,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也有卫此丄峑设辻丕必采一 用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，一如混合式步进电动机，以降低成木,提髙性价比。(5)检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给精度 对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影

6、响 而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测 电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。考虑到x、y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作 量，x、y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相选直线滚动导 轨副选滚动丝杠螺 母副拟采用减速器伺服电机选步 进电机检测装置的选 川：增量式旋转 编码器同的型号与规格c2、控制系统的设计（1）设计的x-y工作台准备用在数控铳床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直 线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制

7、型。连续控制型（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用mcs-51系列的8位单片机at89s52作为控制系 统的cpu,应该能够满足任务书给定的相关指标。单片机选：at89s52（3）要设计一台完整的控制系统，在选择cpu之后，还需要扩展程序存贮器、数据存贮器、 键盘与显示电路、i/o接口电路、d/a转换电路、串行接口电路等。盂要电路扩展自行设计步进 电机驱动电源系统总体方案 图三、机械传动部件的计算与选型1、导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、 减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为900nog二900n2、

8、铳削力的计算设零件的加工方式为立式铳削，采用硬质合金立铳刀，工件的材料为碳钢。则由表2-1 查得立铳吋的铳削力计算公式为：表21硬质合金铳刀铳削力的计算公式（单位n）“铳刀类型工件材料铳削力公式面铳刀碳钢fc = 11273afdi3ava9z灰铸铁fc =539町zwio.z可锻铸铁f严 4825（ 丫严盯.述。j）.2°z圆柱铳刀碳钢fc =1000a8f5d37alp°z灰铸铁fc =596曙£。.叨.9。4吃三面刃铳刀碳钢好.=2560£分严0旷叮八吃两面刃铳刀fc = 2746君7严厂七驚z立铳刀时巒严期中：为背吃刀量mm；比为侧吃刀量mm；

9、fz为每齿进给量mm/z； vf进给速度mm/min； z铳刀齿数；d铳刀直径mm； n铳刀转速r/min,见图21。fc=力严/严八厲加严吃（2-1）«）立饶 町圆ttttm c）绸铁图21铳削用量说明若铳刀直径d=15mm,齿数z=3,为了计算最大铳削力，在不对称铳削情况下，取最大 铳削宽度ae=15mm,背吃刀量ap=8,每齿进给量fz=0.1 mm/z；铳刀转速n=300r/mino则由公 式2-1求得最大铳削力：fc =118x2o0-85 x0.1°75 x2o-0-73 x810x3oo013 x3«l893/v采用立铳刀进行圆柱铳削时，各铳削力之间

10、的比值可由表2-2o表22各铳削力之间比值铳削条件比值对称铳削不对称铳削逆铳顺铳端铳削ac=(0.40.8)d/mm fz=(0.1 -0.2)/(mm.z' *)ff / fc0.3 0.40.6 0.9050.3fe / fc0.85 0.950.45 0.700.9 1.0ffn / fe0.50 0.550.50 0.550.5 0.55圆柱铳削 ae=0.05 d/mm x(0.1 0.2)/(mm.zj)ff / fe1.0 1.20.8 0.9ffn /0.2 0.30.75 0.8fe / fc().35 0.40.325 0.4a）b）a）圆柱形铳刀饶削力b）面铳刀铳

11、削力图2-2铳削力分析a）逆铁b）顺铳图2-3顺铳与逆铳由表2-2,图2-2和图2-3,考虑逆铳情况，可估算出三个方向的铳削力分别为:ff =1.1巴 u2082nfe =0.38/7 "9nffn =0.25巴 « 473/vfz=719nfx=2082nfy=473n图23a为卧铳情况，现考虑立铳，则工作台受到垂直方向的铳削力fz=fc=7i9n,受到水平 方向的铳削力分別为r和ffn0今将水平方向较大的铳削力分配给工作台的纵向（丝杠轴线 方向），则纵向铳削力fx=ff=2082n,径向铳削力fy=ffn=473no3、直线滚动导轨副的计算与选型（1）滑块承受工作载荷f

12、“址的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。x-yi作台采用水平布置，利用 双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块 承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：(2-2)其中，移动部件重量g=900n,外加载荷f=fz=719n,代入式22得最大工作载荷专+ 1 罗+ 719 = 116969 綁导轨副的型 号:zl系列的 jsa-lg45 型查表3-413148,根据工作载荷fmax=1.169kn,初选直线滚动导轨副的型号为zl系列的 jsa-lg45型，其额定动载荷ca=7.94kn,额定静载荷c（）a=9.5kn。任务

13、书规定工作台面尺寸为400mmx500mm,加工范围为200mmx200mm,考虑工作行程 应留有一定余量，查表335"，按标准系列，选取导轨长度为750mm.导轨长度为导轨型号导轨长度系jsa-lg15280340400460520580640700760820940jsa-lg20340400520580640760820940100011201240jsa-lg2546064080010001240136()1480160()1840i9603000jsa-lg3552()60084010001080124014801720220024403000jsa-lg455506575

14、()85()950125014501850205025503000jsa-lg5566078090010201260138015001980222027003000jsa-lg65820970112012701420157017202020232027703000表3-35 jsa型导轨长度系列750mm（2）距离额定寿命l的计算上述选取的zl系列jsa-lg45型导轨副的滚道硬度为60hrc,工作温度不超过100°c,每 根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表表2-4硬度系数滚道硬度（hrc）5()5558 640.530.81.0表2-6接触系数每根导轨上

15、滑块数12345fc1.000.810.720.660.61表2-7精度系数精度等级2345fr1.1.00.90.9表28载荷系数工 况无外部冲击或震动的低速 场合，速度小于15m/min无明显冲击或振动的中速 场合，速度为15 60m/min有外部冲击或振动的高速 场合，速度大t* 60m/minfw1-1.51.5-22-3.5工作温度/°c<100100-150150200200250fr1.000.900.730.60表2-5温度系数距离寿命为 180km远大于 期望值50km, 故距离额定寿 命满足要求分別取硬度系数fh=1.0.温度系数ft=1.00.接触系数址=

16、0.81、精度系数fr =0.9载荷系数 fw=1.5,代入式2-3,得所选丝杠的距离寿命为180km.ffnfrfcfr caj w*max )x50(2-3)b|jl =x50« 2.76x10/?7(1.0x1.00x0.81x0.9x42.5 丫<1.5x1.169>结论：所选导轨的距离寿命远大于期望值50km,故距离额定寿命满足要求。4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型（1）最大工作载荷fm的计算在立铳时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）fx=2082n,受到横向的载荷 （与丝杠轴线垂直）fy=473n,受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）fz=719no己

17、知移动部件总重量g=900n,按矩形导轨进行计算，查表2-9 （3138,表29最大工作载荷fm实验计算公式及参考系数导轨类型实验公式k矩形导轨你怦+心+竹+6）1.10.15燕尾导轨你二 kf,+“r+2®+g)1.40.2最人工作载荷：fm =230 in三角形或综合导轨代n心+g）1.150.15-0. 8注：表中摩擦因数u均为滑动导轨。对于贴塑导轨u =（）.030.05,滚动导轨u =0.003 0.005 o表中，fx为进给方向载荷，fy为横向载荷，fz为垂直载荷，单位均为n； g为移动部件 总重力，单位为n； k为颠覆力矩影响系数；卩为导轨的摩擦系数。取移动部件总重量g

18、=900n,按矩形导轨进行计算，查表2-9,取颠覆力矩影响系数k=l.l, 滚动导轨上的摩擦因素u =0.005o求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：、fm = kfx + mf； +fv+g） = l.lx 2082 + 0.005 x（719 + 473 + 900）« 2301/v（2）最大动载荷fq的计算设工作台在承受最大铳削力时的最快进给速度v=350mm/min,初选幺幺杠导程ph=5mm, 则此时丝杠转速n=v/ph=70i7mino取滚珠丝杠的使用寿命t=15000h,代入l（）=60nt/10&,得丝杠寿命系数5=63（单位为： 10%）。查表2-1013139,

19、取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60hrc时,取硬度系数fh=1.0,代入 式 2-4 m 38fq =fa 尸加（24）即：fq =v63xl.2xl.0x2301«9698式中：lo滚珠丝杠副的寿命，单位（106r）o lo=6ont/lo6,（其中t为使用寿命，普通机 械取t=500010000h,数控机床及一般机电设备取t=15000h； n为丝杠每分钟转速）；fw载荷系数，由表2-10查得。fh硬度系数（m58hrc时，取1.0；等于55hrc时，収11；等于52.5hrc时，取1.35； 等于50hrc时,取1.56；等于45hrc时,取2.40）；fni滚珠丝杠副的最

20、大工作载荷，单位为n。表2-10滚珠丝杠载荷系数最大动载荷fq=9698n运转状态载荷系数fw平稳或轻度冲击1.0 1.2中等冲击1.2 1.5较大冲击或振动1.5-2.5（3）初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查附件3表331律选择济宁博特精密 丝杠制造有限公司生产的gd系列2505-4型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其 公称直径为25mm,导程为5mm,循环滚珠为4圈x2列，精度等级取5级，额定动载荷为 11921n,大于fq,满足要求。gd 系列 2505-4 型滚珠丝杠副（4）传动效率n的计算将公称直径d0=25mm,导程ph=5mm,代入2 = arcuin乙

21、/（加（）,得丝杠螺旋升角2 = 3°38 将摩擦角 0 = 10', ra/7 = tana/tan（2 + ）,得传动效率 =95.9%。效率要求大于90%,该丝杠副合格。rj = 95.9% >90%,合格。（5）刚度的验算1）x-y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各 采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约a=550mm；钢的弹性 模量e=2.1xi0smpa；查附件3,得滚珠直径dw二3.175mm,丝杠底径d2=21.2mm,丝杠截 而积 s =加;/4 = 352.8/n/?/2。丝杠的拉伸或压缩变形

22、量州在总变形量中的比重较大，可按下式计算：sfma±ma2（2-5）13'41es 2ttie式中：fm一丝杠的最大工作载荷，单位为na一一丝杠两端支承间的距离，单位为mme丝杠材料的弹性模量，钢的e=2.1x10smpas丝杠按底径d2确定的截面积，单位为mn?m转矩，单位为nmmi一丝杠按底径ch确定的截面积惯性矩（/=加；/64）,单位为mm4滚珠与螺纹滚道间的接粗变形量s21订f y无预紧时=0.00383(2-6)“pl10zj有预紧时0.0013._匚 (2-7)r314110"、九 zf/10式中dw滚珠直径，mmzl滚珠总数量，ze=zx圈数x列数z

23、单圈滚珠数，z = 7id（）/dw （外循环），z = （/0/dw）-3 （内循环）fyj预紧力，单位n忽略式2-5中的第二项，算得丝杠在工作载荷fm作用下产生的拉/压变形量=0.0i24mmrm f 口2301 x550-即厲一-<=00171"伽1 es 2.1x10x 352.82）根据公式z = （/0/z）w,）-3,求得单圈滚珠数z=22；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数x列数为4x2,代入公式：zx=zx圈数x列数，得滚珠总数量z. = 176o丝杠预紧吋，取轴向预紧力fyj=fn/3=767no则山式27,滚珠与螺纹滚道间的接触变形量§ 2丝杠刚度足

24、够jtr m 1a -0 0013_川-0 00b«0 0015mm10z)ufr7z£/10103.175x767x1762/10因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3,所以实际变形量可减小一半，62=0.0005mmo3）将以上算出的州和5代入5总=§ + 心=0.0171 + 0.0005 = 0.0116mm = 17.6pm。丝杠的有效行程为400mm,由表3-273135知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315400mm时，行程偏差允许达到25ixm,可见丝杠刚度足够。（6）压杆稳定性校核滚珠丝杠是属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现

25、象。失稳时的临界载荷fk应满足：fk -仇卅严(2-8)3142aka2，n式中fk临界载荷，单位nfk一一丝杠支承系数，如表所示k一一压杆稳定安全系数，一般取2.54,垂直安装时取小值；a滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为mm。方式双推-自由双推-简支双推-双推单推-单推fk0.25241査表2-11,取fk=l；由丝杠底径d2= 16.2mm,求得截面惯性矩:表211丝杠支承系数"2/=加4/64匕991044加屛；压杆稳定系数k取3 （丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值550mm。代入式28 得临界载荷fk22611n,远大于工作载 荷fm=2301n,故丝

26、杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用耍求。5.步进电动机减速箱的选用为了满足脉冲当量的设计要求，增 大步进电动机的输出转矩，同时也为了 使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算 到电动机轴上尽可能小，决定在步进电 动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。 采用-级减速，步进电动机的输出轴与 小齿轮联接，滚珠丝杠的轴头与大齿轮 联接。其中大齿轮设计成双片结构，釆 用右图所示的弹簧错齿法消除侧隙。为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机轴上尽可能小，决定在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。采用-级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联接

27、，滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用右图所示的弹簧错齿法消除侧隙oaa934a34aa丝杠不会失稳综上所述，初选 的滚珠丝杠副 满足使川要求（1）计算减速器传动比已知工作台的脉冲当量s =0.01mm/p,滚珠丝杠的导程ph=5mm,初选步进电动机的步 距角（1=0.9° ,算得减速比：aph _ 0.75x5 _ 5360° _ 360x0.01 " 40.75x5a -步进电机步距角(°) 卩-丝杠导程mm )6, -工作台运动的脉冲当量(加)30201级4级ifct 15 26 *30 50245543200按图5-33,选

28、一级齿轮传动(2) 齿轮机构设计初选效率为0.98o传递功率：7.14w传递功率二工作台进给抗力x工作台移动速度/传动链效率机械传动效率概略值(供参考)类型v带传动联轴器传动圆柱齿轮传动一对滚动轴承丝杠螺母副符号nc效率0.94 0.970.97-0.9950.96 0.990.98-0.9950.90 0.957传递功率= i200x而/0.98 = 7.舟可见，系统传递的功率很小，在要求不高时，以后各步的计算可省略。并采用经验法来 设计各元部件。但为练习计算过程，本次设计采用分析计算来设计。(3) 齿轮传动机构的棊本参数传递功率（w）小齿轮转速tii （r/min）传动比一天运 转时间（h

29、）工作寿 命年）传动效率转向工况3.5787.55/4850.975不变平稳小齿伦转速:n=87.5r/min其中小齿轮转速:n = vxlooo.= 35ox5 =875r/minp54（4）选择材料及确定许用应力小齿轮材料选择45钢（表血淬火），硬度为45hrc 大齿轮材料为45钢（调质）硬度为220hbs 小齿轮的接触疲劳强度极限liml = 1130m< （淬火处理） 大齿轮的接触疲劳强度极限 可恤2 = 550mpa安全系数s和»安全系数软齿面硬齿面重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮sr1.0 1.11.1-1.21.3sf1.31.41.4-1.61.6-2.2取安

30、全系数s =1.1%=警=罟= 1027.27m<、h i】% =弋囂=詈=500聊齿形系数yfx = 2.4; yf2= 1.67% = 2皆=243;。嘗 1 器2.4 “a阴亠184.62 bm ©5x0.3 x405 二 j =56.85x 24 =81.7mptz<(rfj=146.151.67l几校验结果：安全。校验结果：安全(7)齿轮的圆周速度7nlxnx34x0.3x40x87.5 z “ ，v 11一0.055加/$ <10加/$60x100060x1000选用7级精度是安全的。6、步进电动机的计算与选型(1)计算加在步进电动机转轴上的总转动惯暈几

31、己知：滚珠丝杠的公称直径do=25mm： 总长1=58()nim导程 ph=20mm；材料密度 p =7.85x10'3kg/cm3移动部件总重力g=900n；小齿轮宽度bi=10mm,直径di=28.8mm；大齿轮宽度b?=10mm,直径d2=36mm；传动比i=5/41)滚珠丝杠转动惯量：_ rrodl x7.85x103x0.0254x0,58. _ 亠 一一°滚珠丝杠转动1 / s v 1 ()j 1、a c 32 一32丄/ j入丄u 代占"f 丄 / j代占 cni惯量=?小齿轮转动惯量：小齿轮转动惯7兀pdu /r x 7.85 xlo3xo.o288

32、4x 0.011a_5；2 aaco,2j . = = 0.53xlo k2 in = 0.053檢 cmj32326大齿轮转动惯量：tipdu x7.85xl()3 x0.0364 xo.ol52 a9jt = = 1.29x10 'kg nr =029kg cnrz2 3232托板折算到丝杠上的转动惯量：z (仇丫3 丫 g(0.5丫 900/2jw = - = x= 0.582k(> / cm(2龙丿(2”丿g(2”丿9.8初选步进电动机型号为h0byg2502,为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相 八拍驱动时步距角为0.9° ,从附件4表4-5 131 6

33、5查得该型号电动机转子的转动惯量 jm= ?。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：j eq =丿 m + 丿 zl +(厶2 +九 + 丿s"厂=17.1x777 2量=0.053kg.cm2大齿轮转动惯js-里=?托板折算到丝 杠上的转动惯=0.582kg.cm2步进电动机转 轴上的总转动 惯量= 17kg.cm2(2)计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩丁旳分快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。快速空载启动吋电动机转轴所承受的负载转矩丁叩teq =7lmax +7/ + 0(2_9)式中：tamax快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，nmtf-一移动部

34、件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，nmto一一滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，nm1 27ij nni 1 t“j 胪一七汁<2-10) 6()/“ "式中：jcq步进电动机转轴上的总转动惯量，kg.nr电动机转轴的角加速度,rad/s2nm电动机转速，r/minta一一电动机加速所用时间，s,-般在0.3is之间选取。（这里取0.4s）n齿轮组总效率，取n=0.9360/_ 2000x0.9 360x0.01=500r/min电动机转速=500r/min式中vmax空载最快移动速度，任务书指定为2000mm/min;a 一一步进电机步距角，预选电动机为0.

35、9。s脉冲当量，任务书指定为001mm/p由式210得2ttx17 .ixioxsoo60x0.4x0.9n.m « 0.249n加快速空载启动 时折算到电动 机转轴上的最 大加速转矩 =0.249nmf肿“（巴+g）(2-12)移动部件运动 时折算到电动 机转轴上的摩 擦 转 矩 =0.003nm(2-11)0.005x(0 + 900)x0.005 “。彳曲2 x 0.9x1.25式中f摩导轨的摩擦力，nph一滚珠丝杠导程，mn齿轮总效率，取n =0.9i总的传动比，i=njnsf其中为电动机转速，m为丝杠的转速。u 导轨摩擦因数（滑动导轨取0.15-0.18）,滚动导轨取0.0

36、030.005）；这里取0.005fz一垂直方向的工作载荷，空载时fz=0式中：u导轨摩擦因数（滑动导轨0.15-0.18）,滚动导轨取0.0030.005）；fc垂直方向的工作载荷，车削时为fc，立铳时为见单位为n,空载时斤=0；g运动部件的总总量，单位为n(2-13)式中f“一一滚珠丝杠的预紧力，一般取滚珠丝杠工作载荷fm的1/3,单位为n；ho滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取h 00.9|±1于滚珠丝杠副的传动效率很高，所以to值一般很小，与tamax和tf比起来，通常可以滚珠丝杠预紧忽略不计。由式29得快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩：g 胡皿 +弓 +% &quo

37、t;皿 +巧=0.249 + 0.003 = 0.2522vm后折算到电动 机转轴上的附 加摩擦转矩 =0(即忽略)快速空载启动 时电动机转轴 所承受的负载 转矩=0.252nm2)最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩丁叩teq2=tt+tf+t.(2-式中:tf和to分别按式211和213计算。tt折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩丁 涉 2082x0.005“*入“ 人、tt =« 1.326m?(2-15)2兀币 2 x 0.9x1.25折算到电动机 转轴上的最大 工作负载转矩 = 1.326nm式中ff-进给方向最大工作载荷，单位n。本设计对滚珠丝杠进行计算的时候，

38、已知沿 着丝杠轴线方向的最大进给载荷fx=2802no由式211得：垂直方向承受最大工作负载(fz=719n)情况下，移动部件运动时折算到电动机移动部件运动转轴上的摩擦转矩：时折算到电动 机转轴上的摩t _尸摩人“(fz+g)c 0.005x(719 + 900)x0005 .血切 '2 龙帀2/rr/i2 x 0.9x1.25擦转矩= 1.146nm则由式2-14得：最大工作负载 状态下电动机丁说+t严 t严tf =2a12nm转轴所承受的 负载转矩综上计算，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：teq2=2.472nmteg=meqjj=2a12nm综上计算，得到 加在步

39、进电动 机转轴上的最 大等效负载转 矩应为： 2.472nm(3)步进电机最大静转矩的选定考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会 下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据tc.选择步进电动机的最大静转矩时，需要考 虑安全系数。这里取安全系数k=4,则步进电动机的最大静转矩应满足：>4=4x2.472 = 9.888上述初选的步进电动机型号为1i0byg2502,山附件4表4-5查得该型号电动机的最大静转矩rymax = 20nm.可见，满足要求。步进电机最大 静转矩满足要 求。（4）步进电机性能校核1）最快工作速度时电动机输出转矩校核任务书给定工作台

40、最快加工进给速度vmax f = 350mm/min ,脉冲当量=0.01mm/p ,则电动机对应的运行频率为：vmax f350mdx/ 6060x0.01i12-最快工作速度- 时电动机输出4 '0iii *转矩满足要求。10102103104hz图22 110byg2502步进电机运行距频特性曲线从图2-2查得，在此频率下，电动机的输出转矩tmaxt=18.6nm,大于最大工作负载转矩tcq2=2.472nm,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泄工作台最快空载移动速度vmax = 2000/77/?/min ,则电动机对应的运行频率为：最快空载移动f 一x _2000 一 3333小时电动机输出/max 60/60x0.01°转矩校核满足从图2-2查得，在此频率下，电动机的输出转矩tniax=6nm,大于快