畢業(yè)設(shè)計(jì)--小型自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì)

1、 圖書分類號(hào)：密 級(jí)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)小型自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì)SMALL AUTOMATIC DISPENSER MECHANICAL PLATFORM DESIGN學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的

2、學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要在傳統(tǒng)人工點(diǎn)膠機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，本課題設(shè)計(jì)一種由可編程控制器（PLC)編寫程序控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠自動(dòng)控制X Y Z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)膠機(jī)，該點(diǎn)膠機(jī)在人工點(diǎn)膠機(jī)的基礎(chǔ)上將手動(dòng)驅(qū)動(dòng)絲杠換成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，提高了工業(yè)自動(dòng)化，減少勞動(dòng)力和

3、提高點(diǎn)膠的精確度。絲杠的運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)膠頭的動(dòng)作均由PLC控制。設(shè)計(jì)的三軸全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)靈敏度高，工作效率高。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：滾珠絲杠螺母副各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算與選取，減速箱的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算與選取，本設(shè)計(jì)在確定點(diǎn)膠機(jī)總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，最后進(jìn)行必要的相關(guān)校核。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖和整體設(shè)計(jì)裝配圖都是用CAD繪制的，在計(jì)算機(jī)上將點(diǎn)膠機(jī)的設(shè)計(jì)圖紙CAD化，大大提高了設(shè)計(jì)效率關(guān)鍵詞：點(diǎn)膠機(jī)；懸臂式；步進(jìn)電機(jī)；滾珠絲杠；PLC Abstract In traditional artificial points glue machine of developm

4、ent status and exists problem of based subject, this subject design a by can programming controller(PLC) prepared program step into motor drive ball screw control x y z three a direction movement of points glue machine, the points glue machine in artificial points glue machine of based subject will

5、manual drive screw replaced step into motor drive screw movement, improve has industrial automation, reduced labor and improve points glue of precision. Screw motion and dispensing head movements are controlled by PLC. Design of three-axis automatic dispensing machine high sensitivity, high working

6、efficiency. designs include: ball screw nut all parameters of calculation, the calculation and selection of parameters of the stepper motor, gearbox calculation and selection of the parameters, the design in dispensing the overall design is determined on the basis of further analysis and design calc

7、ulation of the force, and finally the necessary checking. The non-standard graduation design detail drawing and Assembly drawing are made dispenser on the computer, greatly improving the efficiency of design. Keywords: Dispensing machine Cantilever Stepper motor Ball screw PLC 全套圖紙 外文文獻(xiàn)扣扣 1411494633

8、目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1小型自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的研究背景及意義11.2小型自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀11.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求22設(shè)計(jì)方案32.1 機(jī)械部分32.2 電氣部分32.3控制部分32.4傳動(dòng)部分33 點(diǎn)膠機(jī)各組成機(jī)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算43.1 滾珠絲杠機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)的運(yùn)算和驗(yàn)證43.1.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型43.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的計(jì)算與選型63.1.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的確定與計(jì)算73.2 X軸步進(jìn)電機(jī)滾珠絲杠和減速箱各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算93.2.1輸入可編程器脈沖當(dāng)量93.2.2滾珠絲杠的設(shè)計(jì)9 3.2.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)123.2.4一級(jí)減速箱的設(shè)計(jì)123.2.5步進(jìn)

9、電動(dòng)的設(shè)計(jì)133.3 Y軸（前后）方向傳動(dòng)部件的選型與校核163.3.1控制步進(jìn)電機(jī)信號(hào)的確定163.3.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型163.3.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)193.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用193.3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)204可編程控制器控制254.1基本控制內(nèi)容254.2整體機(jī)構(gòu)布局244.3 PLC控制和單片機(jī)控制的特點(diǎn)244.4 驅(qū)動(dòng)器的選用24結(jié) 論24 致謝30參考文獻(xiàn)311 緒論點(diǎn)膠機(jī)在各行各業(yè)中有著不可磨滅的作用。在電子機(jī)械行業(yè)，點(diǎn)膠機(jī)的是眾多機(jī)械設(shè)備中的必備設(shè)備，比如單片機(jī)，手機(jī)，工業(yè)儀表中。點(diǎn)膠機(jī)問(wèn)世之前工業(yè)點(diǎn)膠都是勞動(dòng)力代替的。在高自動(dòng)化高效率的現(xiàn)代工業(yè)中，人工

10、點(diǎn)膠的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上自動(dòng)化生產(chǎn)的步伐。工人點(diǎn)膠效率低，低準(zhǔn)確率，不良品多，適合點(diǎn)膠簡(jiǎn)單圖的產(chǎn)品，無(wú)法滿足快速有效的自動(dòng)化生產(chǎn)現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)中小型企業(yè)急需一款性價(jià)比高自動(dòng)化高精準(zhǔn)高的點(diǎn)膠機(jī)。三軸自動(dòng)控制的點(diǎn)膠機(jī)的發(fā)明解決了這一難題。在知識(shí)就是力量的的當(dāng)下，全自動(dòng)三軸點(diǎn)膠機(jī)器大大促進(jìn)了各行各業(yè)的生產(chǎn)效率，加強(qiáng)了工業(yè)自動(dòng)化的水平。技術(shù)人員為了能滿足點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)的復(fù)雜圖形的生產(chǎn)技術(shù)要求，把設(shè)計(jì)方案編寫成PLC程序，全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)能根據(jù)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)要求做各種定向定位的精確運(yùn)動(dòng)，因此就誕生了全自動(dòng)三軸點(diǎn)膠機(jī)。全自動(dòng)三軸點(diǎn)膠機(jī)具有效率高，簡(jiǎn)單方便控制，運(yùn)動(dòng)精度高完成各種高難度要求高的圖形點(diǎn)膠設(shè)備。1.1小型自動(dòng)

11、點(diǎn)膠機(jī)的研究背景及意義隨著大量外企開拓國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)，各行各業(yè)都急需一款高效率的全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)。國(guó)內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)相對(duì)國(guó)外起步較晚，技術(shù)也不成熟，自主生產(chǎn)的點(diǎn)膠機(jī)自動(dòng)化程度低，需要工人手動(dòng)操作控制膠頭到達(dá)指定位置，到達(dá)指定位置后再手動(dòng)擠膠，所以存在傳統(tǒng)手工點(diǎn)膠產(chǎn)品不良率高的現(xiàn)象。后來(lái)企業(yè)開始用點(diǎn)膠設(shè)備進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)點(diǎn)膠，它的優(yōu)點(diǎn)是工人操作點(diǎn)膠設(shè)備能夠控出膠量，點(diǎn)膠比較均勻。缺點(diǎn)是人工操作點(diǎn)膠，自動(dòng)化程度低，精確度不高，生產(chǎn)效率低，滿足不了和國(guó)外產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。因此國(guó)內(nèi)中小型企業(yè)為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，不斷升級(jí)產(chǎn)品，必須購(gòu)買高精度高自動(dòng)化的點(diǎn)膠設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)電子廠百家爭(zhēng)鳴，正趕上創(chuàng)業(yè)高峰期，初期個(gè)體資本周轉(zhuǎn)不易，沒

12、有足夠的資金購(gòu)買市場(chǎng)上叫先進(jìn)的國(guó)外點(diǎn)膠設(shè)備。面對(duì)這樣的現(xiàn)狀本課題來(lái)研究小型自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)機(jī)械平臺(tái)結(jié)構(gòu)，為了改善以往的點(diǎn)膠設(shè)備，設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠能在三維立體空間精確進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的三軸自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)。一方面這樣能提高給內(nèi)電子市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高工業(yè)的自動(dòng)化。另一方面價(jià)格也適中，能滿足中小型企業(yè)的需求。1.2小型自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀在日新月異礦物質(zhì)時(shí)代的中國(guó)，作為世界第一經(jīng)濟(jì)體和世界第一工廠，政府的招商引資帶來(lái)了一大片海歸創(chuàng)業(yè)群體。各種新興行業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用使得點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)有著不可或缺的作用。在飲食，醫(yī)療器械，PCB單片機(jī)生產(chǎn)，紡織，激光焊接等領(lǐng)域你都可以看到點(diǎn)膠機(jī)的身影。更重要的是，我

13、相信在未來(lái)即將新興的新產(chǎn)業(yè)鏈中點(diǎn)膠機(jī)仍然會(huì)有很多潛在的市場(chǎng)，點(diǎn)膠機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展也會(huì)邁向更高的自動(dòng)化和智能化。點(diǎn)膠機(jī)的發(fā)展和各行各業(yè)的電子膠水的廣泛應(yīng)用有著很大關(guān)系。這是點(diǎn)膠機(jī)應(yīng)用廣泛和市場(chǎng)廣闊的前提。對(duì)于簡(jiǎn)單的點(diǎn)膠設(shè)備，盡管經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)的研究和創(chuàng)新，改良了運(yùn)動(dòng)進(jìn)給的控制，能進(jìn)行一些復(fù)雜疑難圖形的點(diǎn)膠生產(chǎn)。仍然存在點(diǎn)膠精確不高，運(yùn)動(dòng)靈敏度不夠，點(diǎn)膠設(shè)備噪聲大，絲杠等運(yùn)動(dòng)零件壽命短自動(dòng)化程度不高等硬傷。因此，國(guó)內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)發(fā)展升級(jí)的方向仍然是高精度進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制，高自動(dòng)化，高質(zhì)量的點(diǎn)膠設(shè)備。在這個(gè)優(yōu)勝劣汰的社會(huì)，點(diǎn)膠企業(yè)更要大膽改革，創(chuàng)新，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的點(diǎn)膠技術(shù)。在自動(dòng)化這塊，點(diǎn)膠機(jī)由傳統(tǒng)的人工點(diǎn)膠機(jī)發(fā)展為

14、半自動(dòng)控制點(diǎn)膠機(jī)，如果從事簡(jiǎn)單精度要求低的點(diǎn)膠技術(shù)生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)的點(diǎn)膠設(shè)備可以滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求。當(dāng)今中國(guó)點(diǎn)膠機(jī)廠家百家爭(zhēng)鳴，為提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，各點(diǎn)膠機(jī)廠家也研制和改良了點(diǎn)膠設(shè)備，盡管如此點(diǎn)膠行業(yè)仍然沒有飽和，還是一個(gè)具有潛力的好市場(chǎng)。在電子工業(yè)上研究和應(yīng)用雙組份點(diǎn)膠技術(shù)，是一個(gè)極具潛力和發(fā)展空間的領(lǐng)域：國(guó)外知名品牌的點(diǎn)膠設(shè)備，效率高，精確度也高，但是價(jià)格讓國(guó)內(nèi)企業(yè)望塵莫及。中國(guó)雙組份點(diǎn)膠市場(chǎng)缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力，性價(jià)比也不高，但是產(chǎn)品質(zhì)量還需要投入更多資金研究開發(fā)新的點(diǎn)膠設(shè)備。1.3點(diǎn)膠機(jī)組成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求主要內(nèi)容：在傳統(tǒng)人工點(diǎn)膠機(jī)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款懸臂式三軸全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)，要求X方向和Y方向滾珠

15、絲杠做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的最大距離為500mm，Z向絲杠軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的極限距離為300mm，用可編程控制器（PLC）控制三個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)到指定的位置，最后點(diǎn)膠控制器控制點(diǎn)膠頭完成點(diǎn)膠動(dòng)作。設(shè)計(jì)要求；（1）滾珠絲杠雙螺母副的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算與驗(yàn)證。 （2）步進(jìn)電機(jī)減速箱的各項(xiàng)計(jì)算與驗(yàn)證。 （3）步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算與驗(yàn)證。 （4）可編程控制器（PLC）程序指令的編寫。 （5）存儲(chǔ)器和驅(qū)動(dòng)器的分析與選擇。2設(shè)計(jì)方案2.1 機(jī)械部分點(diǎn)膠機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠做直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。懸臂式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是控制方便，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成Y軸滾珠絲杠固定在水平工作臺(tái)上，Z軸

16、絲杠部分與X軸絲杠部分連接在一起作為一個(gè)整體，在Y軸上整體以懸臂式固定。X，Y和Z三個(gè)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的步進(jìn)電機(jī)由PLC控制，根據(jù)可編程控制器編寫的程序控制絲杠在各個(gè)方向的進(jìn)給量到達(dá)指定的位置，最后點(diǎn)膠頭完成點(diǎn)膠控制。點(diǎn)膠機(jī)X軸和Y軸方向上滾珠絲杠進(jìn)給的最大行程為500mm，Z軸方向滾珠絲杠的最大進(jìn)給行程為300mm。2.2 電氣部分 選用步進(jìn)電機(jī)控制具有編程簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，功耗低，啟動(dòng)周期短，調(diào)節(jié)變速方便，能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠機(jī)各種控制要求，點(diǎn)膠位置控制精確且價(jià)格相對(duì)較低。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作載荷產(chǎn)生的誤差不會(huì)積累，具有抗干擾性強(qiáng)，反應(yīng)靈敏，易于維護(hù)。還有就是步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟步，堵轉(zhuǎn)，死機(jī)現(xiàn)象?？?/p>

17、以實(shí)現(xiàn)三個(gè)軸方向絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)定位，精度可達(dá)0.5mm。步進(jìn)電機(jī)是由脈沖當(dāng)量控制的，通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)和脈沖的頻率就可以控制電機(jī)的輸出位移和轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)向則通過(guò)脈沖輸入到各相繞組相序決定的。2.3控制部分 三個(gè)軸向方向的步進(jìn)電機(jī)控制滾珠絲杠的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，能到達(dá)工作行程范圍內(nèi)的任意位置。步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)可以控制絲杠螺母副的前進(jìn)與后退，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制絲杠直線進(jìn)給的速度。三個(gè)步進(jìn)電機(jī)再由可編程控制器輸入的程序來(lái)完成各種指定的動(dòng)作，選用的PLC控制適合工業(yè)設(shè)備，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，且易于維護(hù)。2.4傳動(dòng)部分 設(shè)計(jì)采用可編程控制器控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠再驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)到達(dá)指定的位置。絲杠

18、傳動(dòng)效率高，電動(dòng)機(jī)克服摩擦阻力損失的功率較小，而且絲杠結(jié)構(gòu)性緊湊，剛性好，傳動(dòng)精度高，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。步進(jìn)電機(jī)控制絲杠運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定準(zhǔn)確到達(dá)指定的位置，絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的最大行程也符合設(shè)計(jì)。3 點(diǎn)膠機(jī)各項(xiàng)組成機(jī)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算3.1 Z軸各組成機(jī)構(gòu)參數(shù)的運(yùn)算和驗(yàn)證根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求，Z方向（上下）脈沖當(dāng)量為=0.02mm/脈沖。3.1.1滾珠絲杠機(jī)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)的運(yùn)算和驗(yàn)證（1）Z向機(jī)構(gòu)工作時(shí)絲杠能驅(qū)動(dòng)的最大負(fù)載 Z向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠工作時(shí)，絲杠軸向承受的力有一個(gè)極限值，是由相對(duì)應(yīng)絲杠驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載產(chǎn)生的，絲杠所能承受最大軸向力也對(duì)應(yīng)一個(gè)最大工作負(fù)載，而且當(dāng)知道工作平臺(tái)的重量時(shí)，可根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)書中的計(jì)

19、算公式，代入工作平臺(tái)50N時(shí)可得最大工作負(fù)載為70N。 （2）Z向機(jī)構(gòu)工作時(shí)絲杠驅(qū)動(dòng)的最大動(dòng)載荷當(dāng)Z軸方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)最快速度為v=1m/min，滾珠絲杠副基本導(dǎo)程 =4mm在設(shè)計(jì)開始時(shí)已經(jīng)選好了，在絲杠最大進(jìn)給速度下絲杠對(duì)應(yīng)一個(gè)最大轉(zhuǎn)速，根據(jù)已知絲杠的最快進(jìn)給速度得n=1000v/ =250r/min。在已知絲杠的最大轉(zhuǎn)速和絲杠的使用壽命條件下，帶入T=15000h，由，絲杠的使用壽命圈數(shù)=225 （單位 106 r） ，即在絲杠最大轉(zhuǎn)速條件下絲杠可以轉(zhuǎn)動(dòng)的極限圈數(shù)。=1.0為絲杠表面材質(zhì)處理后的硬度系數(shù)，根據(jù)公式： 式(3.1)計(jì)算出=468N（3）初選型號(hào) 絲杠軸向驅(qū)動(dòng)的最大動(dòng)載

20、荷已經(jīng)算出，對(duì)照表3-31查出，2002-3型滾珠絲杠副各項(xiàng)參數(shù)要求達(dá)標(biāo)，此型號(hào)絲杠的各項(xiàng)參數(shù)如下，d。=20mm，=4mm，選用的絲杠為雙螺母型，因此滾珠的圈數(shù)是對(duì)稱的，有倆個(gè)，所以滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，根據(jù)已知的條件計(jì)算此型號(hào)絲杠在最大進(jìn)給速度下的最大動(dòng)載荷，帶入數(shù)值可得Cn為5243N，大于上述計(jì)算的最大動(dòng)載荷所以選用的2002-3型滾珠絲杠合理。（4）步進(jìn)電機(jī)有效效率的計(jì)算 絲杠結(jié)構(gòu)緊湊傳動(dòng)效率高，所以有效傳動(dòng)效率在0.70.9范圍，絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)和直線移動(dòng)導(dǎo)軌副之間存在摩擦角，會(huì)克服摩擦阻力損失一部分能量。根據(jù)公式當(dāng)知道絲杠的導(dǎo)程和絲杠的公稱直徑時(shí)，就可以算得出Z向滾珠絲杠副直線進(jìn)

21、給時(shí)的旋轉(zhuǎn)升角，帶入已知條件得螺旋升角為4°33。由公式可知只要知道絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)的螺旋升角和絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和直線導(dǎo)軌副之間的摩擦角，就可以計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)功率的有效傳動(dòng)效率，將上面已知的摩擦角和螺旋升角代入得=96.4% 。 （5）剛度的驗(yàn)算1）滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)負(fù)載承受壓力，會(huì)產(chǎn)生拉伸或者壓縮變形量。要想計(jì)算出絲杠工作時(shí)產(chǎn)生的形變量值得大小，要知道絲杠工作時(shí)連接步進(jìn)電機(jī)一端和連接工作臺(tái)一端的軸向距離大小為600mm；還要知道的變量是剛的彈性模量E=和絲杠直徑參數(shù)為2.381mm以及絲杠底徑參數(shù)d2 為17.1mm，根據(jù)絲杠底徑，絲杠底面積=134.7。 結(jié)合上述變量參數(shù)可

22、得 式 (3.2) （其中后面的公式因?yàn)檗D(zhuǎn)矩M值較小，有時(shí)可以省略。）。 式（3.3）格局上面的計(jì)算可知絲杠在工作載荷Fm工作時(shí)絲杠的拉伸或壓縮變形量大小=1×10-5mm 。 2）從產(chǎn)品型號(hào)表中可以得知絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)分為倆種情況計(jì)算： 式（3.4） 式（3.5）公式中，DW表示絲杠滾珠的直徑，毫米為單位;（外圈環(huán)），根據(jù)上式可求得絲杠單圈滾珠的數(shù)目，（內(nèi)圈環(huán)）；再根據(jù)公式Z圈數(shù)列數(shù)，帶入數(shù)值求得絲杠的滾珠總數(shù)目F為預(yù)緊力，單位為牛頓.點(diǎn)膠機(jī)機(jī)械平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)絲杠產(chǎn)生預(yù)緊力，滾珠絲杠的的形變量與絲杠自身的預(yù)緊力大小成正比。Z=18是單圈滾珠總數(shù)，絲杠和直線導(dǎo)軌副之間的滾珠總數(shù)目 =186

23、=108 。根據(jù)絲杠自身預(yù)緊力和絲杠型變量的大小成正比，結(jié)合公式當(dāng)?shù)弥獫L珠絲杠預(yù)緊力33.3N 時(shí)，帶入上面的形變量公式 =1.5×10-5mm , =1.2×10-6mm。 絲杠預(yù)緊力的大小和絲杠產(chǎn)生的形變量成正比，自身預(yù)警力取工作載荷的三分之一時(shí)，因此滾珠絲杠螺母副型變量會(huì)少產(chǎn)生二分之一，可得到絲杠形變量大小 =9×10-7mm。3）絲杠工作時(shí)總的形變量為、倆形變量之和，計(jì)算公式表達(dá)如下 式（3.6）帶入數(shù)值可得 =0.0384。查閱機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)得出結(jié)論，當(dāng)絲杠拉伸或壓縮形變量變動(dòng)范圍為32可選5級(jí)精度絲杠軸向運(yùn)動(dòng)距離范圍在500mm620mm。絲杠的闊度

24、也決定著絲杠的總型變量，當(dāng)絲杠的闊度為600mm時(shí)，查閱機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)絲杠總變形量大小為0.0384 ，絲杠總的形變量沒有超出極限形變量的范圍。（6）失穩(wěn)現(xiàn)象最大工作載荷的計(jì)算滾珠絲杠是將圓周運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件，工作時(shí)受到軸向力和產(chǎn)生軸向力，工作時(shí)絲杠軸向支撐負(fù)載形成較大的軸向力，滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)會(huì)不穩(wěn)定，振動(dòng)大。失穩(wěn)時(shí)的工作最大載荷載荷?？筛鶕?jù)下面公式算出： 式（3.7）絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)的負(fù)載，單位是牛頓;關(guān)系常數(shù)支撐桿穩(wěn)定安全常數(shù)絲杠和直線移動(dòng)導(dǎo)軌之間長(zhǎng)度 .根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，考慮到絲杠的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為垂直方向，可得到絲杠各項(xiàng)參數(shù) =4以及絲杠底徑 =17.1mm ，絲杠有倆個(gè)

25、截面慣性矩其中一個(gè)界面慣性矩 1444.89，K取3；從軸向固定處到滾動(dòng)螺母之間的最大距離為600毫米 。根據(jù)上面壓感穩(wěn)定性校核公式，得最大載荷 692.5N和工作負(fù)載Fm=0.5N之間的關(guān)系如下，可知設(shè)計(jì)合理。根據(jù)上面的理論計(jì)算，壓桿穩(wěn)定性校核符合要求。3.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的計(jì)算與選型選定的步進(jìn)電機(jī)是二相混合式步進(jìn)電機(jī)，0.75°是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做十拍驅(qū)動(dòng)的步距角。傳動(dòng)比i的確定前面步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量已經(jīng)確定，脈沖當(dāng)量的數(shù)量和頻率可以轉(zhuǎn)化為控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和軸向進(jìn)給量。 知道絲杠導(dǎo)程和步距角及絲杠的總型變量，由公式 式（3.8）解得傳動(dòng)比i=0.73。綜上的計(jì)算理論所述可知Z向電

26、機(jī)控制傳動(dòng)不需要減速箱。3.1.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的確定與計(jì)算（1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量組成總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。選定的滾珠絲杠各項(xiàng)參數(shù)上面已經(jīng)給出，參數(shù)=；步進(jìn)電機(jī)軸向驅(qū)動(dòng)時(shí)所承受的最大軸向負(fù)載G=100N。根據(jù)資料表4-1，所有做圓周運(yùn)動(dòng)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都可以根據(jù)已知條件得出：=0.3Kg·cm2電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)工作時(shí)所消耗的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 =0.0064表示電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠所消耗的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。查閱選定的步進(jìn)電機(jī)相關(guān)資料，=4是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)的自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。步進(jìn)電機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有如下幾個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量組成：=+（+）=4.45 式（3.9）（2）在不同的工作工作負(fù)載下步進(jìn)

27、電機(jī)所承受的軸向負(fù)載轉(zhuǎn)矩也是不一樣的。主要分為倆種方式，下面進(jìn)行討論：1）步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)，考慮到絲杠有效傳動(dòng)效率高，沒有工作負(fù)載時(shí)電機(jī)克服絲杠和直線移動(dòng)導(dǎo)軌之間摩擦的功損可以忽略。所以電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)軸向驅(qū)動(dòng)的最大負(fù)載計(jì)算公式如下 =+ 式（3.10）根據(jù)前面的計(jì)算可知，絲杠傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是功損低，最大加速轉(zhuǎn)矩 =，考慮絲杠的傳動(dòng)效率之后：= 式（3.11） 式（3.12）滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)能達(dá)到的最大進(jìn)給速度，帶入數(shù)值=230。=計(jì)算出=0.13,為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，考慮到摩擦阻力消耗的功損 式（3.13）表示導(dǎo)軌與傳動(dòng)件運(yùn)動(dòng)接觸時(shí)的動(dòng)摩擦系數(shù)沒有負(fù)載絲杠軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)為0 Y向絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)克服摩擦

28、的有效傳動(dòng)率電機(jī)損失的輸出轉(zhuǎn)矩：2）步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的計(jì)算與驗(yàn)證可編程控制器通過(guò)開環(huán)系統(tǒng)控制電機(jī)，工作時(shí)額定電壓不穩(wěn)定變小時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定，丟步有可能出現(xiàn)，情況嚴(yán)重時(shí)堵轉(zhuǎn)也可能出現(xiàn)。由以上分析，中各項(xiàng)參數(shù)確定后就可以求得最大靜轉(zhuǎn)矩，一定要質(zhì)疑安群系數(shù)的選取。綜上所述安全系數(shù)K=4滿足設(shè)計(jì)，所以4=0.122 式（3.14）90BYG2602行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開始初選的，最大靜轉(zhuǎn)矩的確定很重要，明顯4符合設(shè)計(jì)條件。（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的驗(yàn)證1）計(jì)算步進(jìn)電機(jī)在最快慢進(jìn)給速度下的輸出轉(zhuǎn)矩上述控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量已知， 式（3.15）當(dāng)確定最大進(jìn)給速度和脈沖當(dāng)量是可根據(jù)公式計(jì)算。從9

29、0BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，根據(jù)這個(gè)條件，絲杠工作時(shí)轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，符合設(shè)計(jì)理論，步進(jìn)電機(jī)可以正常工作。2）步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率的計(jì)算當(dāng)快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于步進(jìn)電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)。設(shè)計(jì)正確選用選定的電動(dòng)機(jī)；空載啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率大于電動(dòng)機(jī)輸出運(yùn)行頻率，不能滿足設(shè)計(jì)要求需重新選定合適的電動(dòng)機(jī)。=1200mm/min是步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的最大速度，=2000Hz表示的是步進(jìn)電機(jī)最大工作運(yùn)行頻率。20000Hz是步進(jìn)電機(jī) 90BYG2602的最高轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率根據(jù)表可知，符合選定的步進(jìn)電機(jī)要求。3）啟動(dòng)頻率的校核=4.45kg&

30、#183;步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)子和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和， =4kg·是電動(dòng)機(jī)除去滾珠絲杠移動(dòng)部件轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，=1800Hz表示步進(jìn)電機(jī)去除工作載荷獨(dú)自空載運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)的最高頻率由查表4-5看出。步進(jìn)電機(jī)可根據(jù)求得工作載荷的啟動(dòng)頻率=1238.4Hz。 式（3.16）工作時(shí)確保啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不大于1238.4Hz，這樣步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)的啟動(dòng)就不會(huì)矢步。正常工作時(shí)，可編程控制器取為100Hz（即100脈沖/s），一般都是通過(guò)軟件調(diào)控實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻率大小的增減。根據(jù)以上的理論計(jì)算，90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到指標(biāo)，初選的步進(jìn)電機(jī)合適。3.2 X軸步進(jìn)電機(jī)滾珠絲杠和減速箱各項(xiàng)

31、參數(shù)的計(jì)算3.2.1輸入可編程器的脈沖當(dāng)量X方向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量選取=0.02mm/脈沖，經(jīng)計(jì)算和理論分析得出。3.2.2滾珠絲杠的設(shè)計(jì)（1）確定絲杠驅(qū)動(dòng)的最大動(dòng)載荷和最大工作載荷進(jìn)給牽引力即滾珠絲杠承受的最大工作載荷，查表3-29，已知移動(dòng)部件總重， ， 絲杠的各項(xiàng)參數(shù)v=1.2m/min， =4mm,n=1200v/ =300r/min計(jì)算表示X方向絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的最大轉(zhuǎn)速。，代入， =270(單位106 r)根據(jù)之前的公式計(jì)算得到。fw=1.1為絲杠的載荷系數(shù)， =1.0表示絲杠表面處理后的材質(zhì)系數(shù)， 式（3.17） 得 （2）滾珠絲杠的選定 選GD系列1604-3型滾珠絲杠副是長(zhǎng)

32、沙雪諾精密絲杠制造工業(yè)有限公司生產(chǎn)的，絲杠各項(xiàng)參數(shù)直徑為16mm，為4mm， 3圈2列直線導(dǎo)軌圈數(shù)，絲杠精度等級(jí)初選5級(jí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最大動(dòng)載荷4612N，小于計(jì)算得到的最大動(dòng)載荷，所以根據(jù)表3-31選定的5級(jí)精度絲杠是合適的。（3）傳動(dòng)效率的計(jì)算 滾珠絲杠副傳動(dòng)效率高通常取0.80.9范圍的系數(shù)，將公稱直徑 ，基本導(dǎo)程 ，根據(jù)下面公式 式（3.18）代入， =96.4% 是由上式計(jì)算得到的滾珠絲杠傳動(dòng)效率。（4）剛度的驗(yàn)算1）滾珠絲杠在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)軸向承受的力會(huì)產(chǎn)生形變，因?yàn)榻z杠本身材質(zhì)和外力的作用，絲杠產(chǎn)生形變的大小根據(jù)不同情況有著不同的形變量。查機(jī)械手冊(cè)一書，知絲杠的各項(xiàng)參數(shù)=2.381

33、mm，=13.1，在知道絲杠底徑的大小時(shí)就能確定絲杠的斷面積 式（3.19）得S=134.7絲杠驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí) 式（3.20）是所確定的截面慣性矩。是慣性矩的計(jì)算公式，絲杠產(chǎn)生的形變拉伸在公式中表示為“+” 絲杠產(chǎn)生的形變壓縮在公式中表示為“-”。絲杠形變公式第二項(xiàng)通常在計(jì)算時(shí)取0，因?yàn)榻z杠的轉(zhuǎn)矩M一般小到接近0。所以上面的絲杠形變量公式可表示， 式（3.21） =7×10-5mm 表示經(jīng)計(jì)算滾珠絲杠在驅(qū)動(dòng)工作載荷Fm所承受力產(chǎn)生的拉伸或壓縮形變量。 2）滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)和直線導(dǎo)軌副摩擦產(chǎn)生形變，考慮到絲杠的預(yù)緊有否倆種情況： 式（3.22） 式（3.23）工作時(shí)絲杠的預(yù)緊力，單位是

34、牛頓.絲杠螺母副的形變量與預(yù)緊力大小成正比，值減小一半左右。Z=18表示絲杠單圈滾珠數(shù)目；5級(jí)精度絲杠為雙螺母絲杠， 32=6圈表示雙螺母絲杠總?cè)?shù)， =186=108 表示雙螺母絲杠滾珠總數(shù)量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,則， 。絲杠螺母副即3）絲杠總的形變量大小為 式（3.24） =0.0521。表示絲杠螺母副總形型變量根據(jù)表3-27可知，絲杠型變量為6，可知5級(jí)精度滾珠絲杠軸向行程范圍在630mm800mm之間任意的數(shù)值，滾珠絲杠闊度的大小為800mm，大小為0.0521 為絲杠工作時(shí)的總型變量，綜上易知。（5）絲杠支撐的最大工作載荷驗(yàn)證當(dāng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大時(shí)，絲杠運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生失穩(wěn)跳動(dòng)，。當(dāng)絲杠驅(qū)動(dòng)

35、負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)，絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的最大工作負(fù)載： 式（3.25） 要想求出絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)的最大工作負(fù)載，必須要知道絲杠的剛彈性模量，絲杠底徑部分的截面慣性矩，絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，絲杠支撐系數(shù)還有滾珠絲杠鏈接步進(jìn)電機(jī)和工作臺(tái)倆端的距離。根據(jù)制造技術(shù)基礎(chǔ)一書可得上面公式中的各項(xiàng)參數(shù) ， ， ； K= 3； 。將已知數(shù)據(jù)帶入絲杠產(chǎn)生失穩(wěn)的最大工作載荷公式，算出 6233N為產(chǎn)生失穩(wěn)時(shí)的最大工作載荷，工作負(fù)載Fm=2.5N小于絲杠即將產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)的最大工作載荷，設(shè)計(jì)符合要求不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)以上的的理論計(jì)算，設(shè)計(jì)開始選取的5級(jí)精度。6N.m是90BYG2602步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)時(shí)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。3

36、.2.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)（1）支撐工作臺(tái)的滑塊參數(shù)設(shè)計(jì)支撐工作臺(tái)的滑塊使用壽命和工作負(fù)載有著大關(guān)系，當(dāng)負(fù)載超過(guò)滑塊支撐的極限值時(shí)，滑塊容易損壞。三軸自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)滑塊的設(shè)計(jì)是其重要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。計(jì)算滑塊能承受的最大工作載荷時(shí)，一個(gè)滑塊全部承擔(dān)在其水平工作臺(tái)豎直方向的工作載荷，計(jì)算公式如下： 式（3.26）相要求的滑塊的極限支撐力，必須先知道工作載荷和工作平臺(tái)的重量，帶入式（3-24），為單滑塊所能承受垂直方向的。根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書相關(guān)內(nèi)容，。X向和Y向的行程寬度均為500mm在任務(wù)書中有規(guī)定，直線移動(dòng)導(dǎo)軌副長(zhǎng)度要超出500mm，通常工作行程大于工作臺(tái)的長(zhǎng)度，根據(jù)要求，長(zhǎng)度為直線移動(dòng)導(dǎo)軌副保

37、證有一定的停放區(qū)域。（2）直線移動(dòng)導(dǎo)軌壽命的設(shè)計(jì)絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，絲杠和直線導(dǎo)軌之間存在摩擦力，所以直線導(dǎo)軌材質(zhì)的硬度要大，摩擦的同時(shí)，導(dǎo)軌上也會(huì)產(chǎn)生積累熱量，溫度會(huì)提升。直線移動(dòng)導(dǎo)軌的材質(zhì)，散熱性良好且能保持溫度小于，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副上配有兩只精度為4級(jí)滑塊，考慮到直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的臨界溫度絲小于，所以絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)上的工作載荷不要超過(guò)根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，可得、，總的公式如下： 式（3.27）為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的最低距離額定壽命且小于上述選定的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的額定距離壽命L，所以選定的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副符合設(shè)計(jì)。3.2.4一級(jí)減速箱的設(shè)計(jì)減小步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以減小絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工

38、作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了達(dá)到這一目的要在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸和滾珠絲杠之間增加一個(gè)一級(jí)齒輪減速箱，而且減速箱齒輪之間要沒有縫隙。減速箱的小齒輪和大齒輪分別固定在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸和滾珠絲杠軸的倆端。固定在步進(jìn)電機(jī)輸出軸端的大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙有利于提高步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)效率可根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖3-8。要想求的一級(jí)減速箱齒輪的傳動(dòng)比，必須要知道控制電機(jī)的脈沖當(dāng)量和步距角以及絲杠的導(dǎo)程。 mm/脈沖，。根據(jù)上面已知的條件大小齒輪減速比就可以計(jì)算出來(lái)，根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書可得一級(jí)減速傳動(dòng)比公式： 式（3.28） 無(wú)錫市電機(jī)精密有限公司生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱能電動(dòng)機(jī)的輸

39、出轉(zhuǎn)速的減速傳遞給滾珠絲杠。連接在電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠倆端大小齒輪模數(shù)均為1mm，60:36減速箱倆齒輪的比，45調(diào)質(zhì)鋼是齒輪的材料，齒輪。， 20mm，10mm分別為減速箱大小齒輪的齒厚和減速箱的中心距。3.2.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)（1）步進(jìn)電機(jī)的功率全部轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)和各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這些機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和為根據(jù)各機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式，要想求得各機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，要知道如下參數(shù)，絲杠倆支撐端的軸向距離， =；。根據(jù)以上的已知條件，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的零部件所消耗電機(jī)的功率轉(zhuǎn)化成步轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式：表示步進(jìn)電機(jī)的一部分功率作用到絲杠上形成的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 表示步進(jìn)電機(jī)消耗一部分功率客服摩擦阻力形成的轉(zhuǎn)動(dòng)

40、慣量。90BYG2602為設(shè)計(jì)開始選擇的步進(jìn)電機(jī)， =4表示電動(dòng)機(jī)沒有連接絲杠獨(dú)自轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。綜上面的計(jì)算可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量包括移動(dòng)部件折算到步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)子和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=+（+） 式（3.29） 得=4.1（2）步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)在不同條件下驅(qū)動(dòng)負(fù)載所承受的轉(zhuǎn)矩也是不同的。主要包括以下倆種情況：一個(gè)是步進(jìn)電機(jī)快速空載起動(dòng)沒有工作負(fù)載轉(zhuǎn)軸承受的轉(zhuǎn)矩，另外一個(gè)是步進(jìn)電機(jī)有工作負(fù)載時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩。1）在沒有負(fù)載的情況下電機(jī)從靜止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩根據(jù)公式=+，由三個(gè)因素決定：根據(jù)上面的公式可知，步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩由三個(gè)部分組成，分別為最大加速轉(zhuǎn)矩，克服絲杠摩擦力的輸出

41、轉(zhuǎn)矩，克服絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力矩。這三部分可以全部折算到步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。絲杠傳動(dòng)具有高效率，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好等優(yōu)點(diǎn)。由公式計(jì)算， 和在數(shù)值上遠(yuǎn)大于，此時(shí)的數(shù)值接近0。 =+ 式（3.30） =，由于滾珠絲杠傳動(dòng)副傳動(dòng)存在傳動(dòng)效率損失，所以縱向鏈的總效率系數(shù)取0.80.9之間數(shù)值。下面表示時(shí)步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)軸的最大加速轉(zhuǎn)矩： = 式（3.31）根據(jù)上面的最大加速轉(zhuǎn)矩公式可知，要想求得最大加速轉(zhuǎn)矩要知道步進(jìn)電機(jī)空載運(yùn)動(dòng)時(shí)最快進(jìn)給速度下對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速，還需要知道從靜止加速到最大轉(zhuǎn)速的時(shí)間，步進(jìn)電機(jī)的步距角還有控制電機(jī)的脈沖當(dāng)量。綜上所述結(jié)合已知的條件，。再根據(jù)式=，最大加速轉(zhuǎn)矩=，根據(jù)公

42、式，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠 式（3.32） 要想求得電機(jī)克服絲杠傳動(dòng)摩擦阻力的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)合公式可知要知道參數(shù)有工作臺(tái)支撐的工作負(fù)載，絲杠的直線移動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，還有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠工作臺(tái)的有效傳動(dòng)效率。代入數(shù)值 式（3.33）進(jìn)而求得此情況下步進(jìn)電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩=+=0.057 式（3.34）2）步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)的最大輸出轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)存在著不安全不穩(wěn)定的現(xiàn)象，也可能出現(xiàn)故障影響工作效率。所以安全系數(shù)也是影響最大靜轉(zhuǎn)矩重要因素，當(dāng)安全系數(shù)K=4時(shí)，根據(jù)公式可得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩符合設(shè)計(jì)的條件為：4=根據(jù)選定電動(dòng)機(jī)名牌上的信息可知參數(shù)，顯而易見4符合設(shè)計(jì)即步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩合適

43、。（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的驗(yàn)證1）絲杠最大直線移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩要想求的步進(jìn)電機(jī)在最大進(jìn)給速度下電機(jī)的軸向輸出轉(zhuǎn)矩，先要求出在最大進(jìn)給速度下電機(jī)對(duì)應(yīng)的最大運(yùn)行頻率。想要求得最大運(yùn)行頻率，要先知道最大進(jìn)給速度和脈沖當(dāng)量的值。根據(jù)參數(shù)，/脈沖，帶入上述已知的參數(shù)。步進(jìn)電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的運(yùn)行頻率成正比關(guān)系，通常情況下電機(jī)的運(yùn)行頻率越大對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也越大，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)基礎(chǔ)一書的輸出轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率線性圖，可以得到在最大運(yùn)行頻率對(duì)應(yīng)下的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=5.0，符合設(shè)計(jì)意圖。2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核=2400mm/min表示電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠最快空載進(jìn)給速度，

44、=2000Hz表示此時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行平頻率。根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)名牌可知2000Hz是其最大進(jìn)給速度下對(duì)應(yīng)的最大運(yùn)行頻率，所以步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率校核正確。3）步進(jìn)電機(jī)的極限情動(dòng)頻率確定步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率不宜過(guò)大，通常選很小的啟動(dòng)頻率，啟動(dòng)頻率過(guò)大時(shí)，步進(jìn)電機(jī)容易出現(xiàn)失步空轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。要想求得步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率，要知道kg·， kg·， 等參數(shù)。將上面已知的條件代入： 式(3.35） 步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載。綜上所述，只要電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的啟動(dòng)頻率不超過(guò)1264.9Hz，步進(jìn)電機(jī)就能穩(wěn)定的啟動(dòng)加速，不會(huì)出現(xiàn)故障。結(jié)合以上的理論計(jì)算，90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給X軸進(jìn)給系統(tǒng)提

45、供動(dòng)力合適。3.3 Y軸（前后）方向傳動(dòng)部件的選型與校核3.3.1控制步進(jìn)電機(jī)信號(hào)的確定輸入步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量的個(gè)數(shù)和頻率大小分別轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的軸向位移和轉(zhuǎn)速，而且還成正比關(guān)系。取/脈沖。3.3.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（1）最大工作載荷和最大動(dòng)載荷的計(jì)算 查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，當(dāng)絲杠驅(qū)動(dòng)G =1000N的工作載荷，絲杠承受的最大軸向力 。要想求得步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)的最大工作負(fù)載，要知道絲杠工作時(shí)的最大進(jìn)給速度，根據(jù)最大進(jìn)給速度和公式，可求對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速，在知道絲杠的使用期限就可以求的絲杠的最大使用壽命圈數(shù)，最后再根據(jù)最大工作負(fù)載計(jì)算公式，得知載荷系數(shù)和絲杠材質(zhì)

46、硬度系數(shù)，就可以算出最大工作負(fù)載。各參數(shù)如下， ， 。選定T= 15000h為絲杠的使用期限(T=15000h為普通機(jī)電設(shè)備的使用壽命)，將參數(shù)代入公式，可得=270000000r。根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，可得參數(shù)，計(jì)算公式如下 式（3.36） 最大動(dòng)載荷 N（2）滾珠絲杠的選定 根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，再根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書 GD系列1604-3型滾珠絲杠副是上海精密絲杠生產(chǎn)有限公司制造的，采用內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效果更好，16mm為絲杠的公稱直徑， =4mm為絲杠的基本導(dǎo)程，3圈2列表示絲杠的循環(huán)滾珠，選取的絲杠生產(chǎn)制造精度等級(jí)為5級(jí)，根據(jù)以上Y方向最快的速度v=1.2m/m

47、in計(jì)算出的絲杠軸向承受的最大動(dòng)載荷小于額定動(dòng)載荷4612N，選定的絲杠合理。（3）絲杠的有效傳動(dòng)效率 絲杠傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，高效率，剛性好等優(yōu)點(diǎn)。絲杠在直線導(dǎo)軌副上傳動(dòng)時(shí)摩擦角很小，所以相對(duì)的摩擦系數(shù)也很小，摩擦阻力小，能量損失低。要想求得有效傳動(dòng)效率，必須先求的絲杠的螺旋升角，要想求得螺旋升角必須先知道如下參數(shù) ， ，再根據(jù)公式 式（3.37）算出 =5°33，取 =9，再將摩擦角和螺旋升角代入，可得 。（4）絲杠形變量的計(jì)算1）絲杠驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作時(shí)承受來(lái)自軸向的壓力會(huì)產(chǎn)生形變。所產(chǎn)生的形變量大小可根據(jù)公式計(jì)算出，需要知道絲杠倆支撐端的距離，剛的彈性模量，絲杠底徑部分的截面慣性據(jù)，

48、克服摩擦力的轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。a=800mm，=，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)一書可得，mm絲杠公稱直徑， =13.1表示選定的5級(jí)精度絲杠的底徑，將以上數(shù)據(jù)帶入下面的公式： 式（3.38）底徑斷面積 求得絲杠底徑斷面面積后，在代入下面公式 式（3.39），絲杠工作時(shí)產(chǎn)生的拉伸形變量表示為“+”，絲杠壓縮產(chǎn)生的形變量表示為“-”?？紤]到絲杠克服自身產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很小接近0。 式（3.40）帶入數(shù)據(jù) mm 。 2）從產(chǎn)品型號(hào)可得步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠工作時(shí)滾珠與螺紋間的形變量大小，另外一種方法就是根據(jù)公式，分為倆種情況：第一種情況 式（3.41）第二種情況 式（3.42） 由上面的絲杠形變量計(jì)算公式可知，要知道絲杠的滾珠總

49、數(shù)目，單圈滾滾珠數(shù)目為內(nèi)圈滾珠數(shù)目和外圈滾珠數(shù)目之和。還要知道絲杠緊固的預(yù)緊力和絲杠驅(qū)動(dòng)的最大工作負(fù)載。外內(nèi)圈滾珠計(jì)算公式 拉伸或者縮小總形變量值減小一半左右時(shí)，且滾珠絲杠設(shè)有預(yù)緊力，那么這個(gè)預(yù)緊力的大小為絲杠軸向支承的工作載荷大小的三分之一。Z=18表示絲杠單圈滾珠數(shù)目；32=6圈表示絲杠雙螺母副的滾珠總?cè)?shù)， =186=108 公式表示雙螺母滾珠絲杠的滾珠總數(shù)。333.3N為滾至絲杠預(yù)緊時(shí)的軸向預(yù)緊力 。則=7.9×10-5 mm， =6.67×10-6mm。=3.33×10-6mm表示絲杠產(chǎn)生形變的實(shí)際拉伸或縮小變形量，在滾珠絲杠預(yù)緊力的大小為軸向負(fù)載的三分

50、之一條件下產(chǎn)生的形變。3）根據(jù)上面?zhèn)z種情況下的形變量 式（3.43） 。根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，絲杠的形變量與絲杠軸向形成范圍存在線性關(guān)系，根據(jù)線性表變動(dòng)量允許36，對(duì)應(yīng)絲杠的軸向行程范圍630mm800mm之間。而且絲杠的闊度也和絲杠的形變量存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。（5）絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)的最大工作負(fù)載滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)承受來(lái)自軸向的壓力，工作負(fù)載越大，相應(yīng)的絲杠承受的軸向力也越大，但是當(dāng)絲杠承受的最大工作負(fù)載超過(guò)一臨界值時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)發(fā)生振動(dòng)幅度大，不穩(wěn)定現(xiàn)象，此時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界載荷公式： 式（3.44） 絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的最大載荷，單位為牛頓;上式中要求得臨界最大工作載荷，要先知道絲杠支撐

51、系數(shù)，壓桿穩(wěn)定系數(shù)，絲杠底徑部分的界面慣性矩，絲杠倆支撐端的距離和剛彈性模量。等這些參數(shù)確定后即可得發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)的臨界負(fù)載。.根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一書可得上式中各項(xiàng)參數(shù)值 mm， 1， K取3絲杠正常驅(qū)動(dòng)時(shí)； a=800mm。結(jié)合以上條件求得 6233N為絲杠即將失穩(wěn)時(shí)的最大工作載荷，工作載荷Fm=5N遠(yuǎn)小于絲杠發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最大工作載荷，顯而易見工作時(shí)絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)以上的計(jì)算，設(shè)計(jì)開始選定的滾珠絲杠螺母副最大工作載荷小于臨界載荷，設(shè)計(jì)合理。3.3.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)（1）支撐工作臺(tái)滑塊的設(shè)計(jì)影響使用壽命的長(zhǎng)短最重要的因素就是絲杠軸向承受的工作負(fù)載。水平工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)在雙導(dǎo)軌上位移

52、，由四個(gè)滑塊在水平工作臺(tái)四個(gè)角下面支撐。單滑塊所受的最大垂直方向載荷為條件四個(gè)滑塊只有一個(gè)滑塊支撐水平工作臺(tái)時(shí)，單個(gè)滑塊的最大工作載荷計(jì)算公式： 式（3.45）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)基礎(chǔ)一書最大工作動(dòng)載荷和直線導(dǎo)軌副之間的關(guān)系，根據(jù)線性表選取合適的直線導(dǎo)軌副。選定的直線導(dǎo)軌各項(xiàng)參數(shù)如下， 。剛開始設(shè)計(jì)時(shí)的工作臺(tái)長(zhǎng)和寬均為500mm，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，當(dāng)選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為600mm時(shí)，工作臺(tái)在水平面X和Y向的運(yùn)行最大距離為500mm，還有100mm為安全距離。（2）直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的使用期限考慮到直線移動(dòng)導(dǎo)軌和絲杠摩擦接觸，所以直線導(dǎo)軌的表面硬度要求高，直線導(dǎo)軌會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生積累熱量，散熱性要好積累溫度最大，直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的精度等級(jí)為4級(jí)，每2個(gè)滑塊安在一個(gè)導(dǎo)軌上，水平工作臺(tái)面積不宜過(guò)大。根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，可得直線導(dǎo)軌的各項(xiàng)參數(shù)、，根據(jù)下面公式得運(yùn)行的最大距離壽命： 式（3.46） 遠(yuǎn)小于直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的運(yùn)行距離壽命，所以設(shè)計(jì)符合。3.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用考慮到設(shè)計(jì)的合理化，可以安裝一個(gè)沒有齒輪間隙齒輪減速箱，這樣電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上承受的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量包括工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和滾珠絲杠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)速可以減小很多。采用一級(jí)減速，通過(guò)減速箱的小齒輪端與步進(jìn)電機(jī)輸出軸端連接，減速箱大齒輪端與滾珠