机电一体化大作业

1、机电一体化大作业标准化文件发布号：（9456EUATWKMWUBWUNNINNULDDQTYKII某车床进行数控改造，其小拖板结构简图如图所示，已知进给系统行程为200mm,快速移动的最大速度为1.2m/min,最大切削进给速度为0.25m/min,溜板和刀架的质量为图数控车床小托板系统简图1. 本设计系统中的计算机拟采用PLC,请简述其特点。(6分)可靠性高。(2) 适应性强，应用灵活。(3) 编程简单、容易掌握。(4) 控制系统设计、安装、调试方便，工作量少(5) 维修方便。(6) 体积小，能耗低2. 本设计系统中拟选择反应式三相步进电机驱动，请简述其工作原理。(6分)设步进电机的三项分别

2、是A、B、C,将电脉冲加到A相，A相产生磁通，并对转子产生磁 拉力，1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。而后再将电脉冲通入B相励磁绕组，B相磁极便 产生磁通。使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照A-B-C-A的顺序通电， 转子则沿反时针方向一步步地转动。3. 本设计系统中的传感器拟采用光栅传感器，请简述该传感器的特点。(6分)精度高。©可用于大量程测量兼有高分辨力；3)可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化； 具有较强的抗干扰能力 高精度光栅制作成本高，4对于初步选用的反应式三相步进电机，假设其步距角为0.60/1.2。，采用三项六拍的通电方式工作，脉冲当量&

3、为0.005mm,请计算传动链中的传动比：。(8分)根据题意:叫 _0.6 x 6360(,j" 360x0.0055设工作时丝杠轴向切削分力为Fy=13(MN,垂直切削分力为耳=17793N,传动系统的总效率为 = 0.85。(1)计算切削负载力等效到电机轴的等效力矩T駅(8分)1779.3x62x3.14 x 2x0.85=1000 (N.ttvn) = l(N.m)(2)根据加工需要，选择燕尾形导轨，在良好的润滑情况下，其摩擦系数为0.1,计算切肖|J运行时摩擦负载力等效到电机轴的等效力矩讣叽 偲分)摩擦阻力 F( = (Mg + Fx)/ = (20x9.8 + 13O4)x

4、O.l = 150(N)F/l°2;r x i x 150x62x3.14x2x0.85=84.3(ATjwn) = 0.0843 (N.m)(3)齿轮Z“Z2的转动惯量为Jz=.6x0KSm J z2 = 6Ax0 Kgm2 丝杠的转动惯量人=1.2x10-3Kg亦Q求机械系统等效到电机轴上的等效转动惯量丿“ °(20分)根据题意:”屁=”曲+”Z2©： +”同2zr 8/rJz = Jz + Jzi 7 + J$ V + M r = Jzi+JZ2x- + Jxx- + M x(y1-)2如 血 %44勿所以：=l6xl()7 + 丄x64xl0“ +丄xl2

5、xl0+ °°°& x654416;T= 1.6xl0-4 +1.6xl0-4 +3x10" +0.152x10"=6.352 x 10" (Kg 加2)= 6.352( Kg e"2)6如果选择三相反应式步进电机根据系统切削时最大速度的需要，其加速时间为0.1s,计算系统的总转矩(10分)(忽略电机转子的转动惯量影响)最大加速力矩 T = T：q + T：q +T；=哺 + 监 + (J J J "X £ = 口 + T；q + (J J JX春VX 2X7又：3=-=(00.25(/n/nii

6、n) x 2x 2 ox=& /(rad /s)6("”)所以：Q 7Q 7T = l(Njn) + 0.0843(N.m) + 6.352 x 10M(Kg.m2)x (rad/s2) + 2Ax(rad/s2)=1(M?)+ 0.0843 (N.m) + 0.0552 (N.m) + 0.0418 (N.m) = lAS(N.m)T 1 12考虑机械效率厂=一=肘=139(Nm)0.857验算最大静转矩和起动转矩儿是否满足系统要求，确定步进电机的型号。(8分)查附件2可知：SM3910的步距角为1.2。，最大静转矩(保持扭矩)7；论=4(2.加)则Tq = T.maxX0

7、.87 =4x0.87 = 3.48 A V满足要求。&确定步进电机的空载最大启动频率九，并判断步进电机是否能够在不丢步的情况下直接启动，如果不能，应采取什么样的措施。（10分） 最大空载惯性力矩：=3” + 丿小字=（24x 10" +6.352 xl0-4）x = 8.752 x 104x87=0.0761 （N.m）空载起动力矩 Tq=T；q+T； =0.5308+0.0761 = O.6968（N.7）查附件2表知：人可以达到lOKHz以上 按数据给定使用3KHz启动，不丢步。满足要求。9确定步进电机的空载最大运行频率人（10分）s 0於max360°2龙%comax2"VmaJ1200所以/ _ "°5曲="八 S J maxn x c0.6 x 2_ 360 x 2