畢業(yè)設(shè)計(論文)圖書分類號：密級：畢業(yè)設(shè)計(論文)小型自動點膠機機械平臺設(shè)計SMALLAUTOMATICDISPENSERMECHANICALPLATFORMDESIGN?？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)動的負載，單位是牛頓;——關(guān)系常數(shù)——支撐桿穩(wěn)定安全常數(shù)——絲杠和直線移動導(dǎo)軌之間長度.根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，考慮到絲杠的進給運動為垂直方向，可得到絲杠各項參數(shù)=4以及絲杠底徑=17.1mm，絲杠有倆個截面慣性矩其中一個界面慣性矩1444.89，K取3；從軸向固定處到滾動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和工作負載Fm=0.5N之間的關(guān)系如下，可知設(shè)計合理。根據(jù)上面的理論計算，壓桿穩(wěn)定性校核符合要求。3.1.2步進電動機減速箱的計算與選型選定的步進電機是二相混合式步進電機，0.75°是電機轉(zhuǎn)動做十拍驅(qū)動的步距角。傳動比i的確定前面步進電機的脈沖當(dāng)量已經(jīng)確定，脈沖當(dāng)量的數(shù)量和頻率可以轉(zhuǎn)化為控制步進電機的轉(zhuǎn)速和軸向進給量。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）解得傳動比i=0.73。綜上的計算理論所述可知Z向電機控制傳動不需要減速箱。3.1.3步進電動機各項參數(shù)的確定與計算（1）步進電機驅(qū)動絲杠傳動時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量和絲杠轉(zhuǎn)動慣量組成總轉(zhuǎn)動慣量QUOTE。選定的滾珠絲杠各項參數(shù)上面已經(jīng)給出，參數(shù)ρ=；步進電機軸向驅(qū)動時所承受的最大軸向負載G=100N。根據(jù)資料表4-1，所有做圓周運動零部件的轉(zhuǎn)動慣量都可以根據(jù)已知條件得出：=0.3Kg·cm2電機驅(qū)動工作臺工作時所消耗的轉(zhuǎn)動慣量。=0.0064表示電機驅(qū)動絲杠所消耗的轉(zhuǎn)動慣量。查閱選定的步進電機相關(guān)資料，=4是電動機轉(zhuǎn)子工作時的自身轉(zhuǎn)動慣量。步進電機總轉(zhuǎn)動慣量有如下幾個轉(zhuǎn)動慣量組成：=+（+）=4.45式（3.9）（2）在不同的工作工作負載下步進電機所承受的軸向負載轉(zhuǎn)矩也是不一樣的。主要分為倆種方式，下面進行討論：1）步進電機空載啟動時，考慮到絲杠有效傳動效率高，沒有工作負載時電機克服絲杠和直線移動導(dǎo)軌之間摩擦的功損可以忽略。所以電機空載啟動時軸向驅(qū)動的最大負載計算公式如下=+式（3.10）根據(jù)前面的計算可知，絲杠傳動的最大優(yōu)點是功損低，最大加速轉(zhuǎn)矩=，考慮絲杠的傳動效率之后：=式（3.11）式（3.12）——滾珠絲杠運動時能達到的最大進給速度，帶入數(shù)值=230。=計算出=0.13,為電動機驅(qū)動絲杠，考慮到摩擦阻力消耗的功損式（3.13）——表示導(dǎo)軌與傳動件運動接觸時的動摩擦系數(shù)——沒有負載絲杠軸向運動時為0——Y向絲杠進給運動克服摩擦的有效傳動率電機損失的輸出轉(zhuǎn)矩：2）步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的計算與驗證可編程控制器通過開環(huán)系統(tǒng)控制電機，工作時額定電壓不穩(wěn)定變小時，步進電機轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定，丟步有可能出現(xiàn)，情況嚴重時堵轉(zhuǎn)也可能出現(xiàn)。由以上分析，中各項參數(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，所以4=0.122式（3.14）90BYG2602行步進電動機是實驗設(shè)計開始初選的，最大靜轉(zhuǎn)矩的確定很重要，明顯4符合設(shè)計條件。（3）步進電動機各項參數(shù)的驗證1）計算步進電機在最快慢進給速度下的輸出轉(zhuǎn)矩上述控制步進電機的脈沖當(dāng)量已知，式（3.15）當(dāng)確定最大進給速度和脈沖當(dāng)量是可根據(jù)公式計算。從90BYG2602的運行矩頻特性可以看出，根據(jù)這個條件，絲杠工作時轉(zhuǎn)矩，步進電機運轉(zhuǎn)工作負載轉(zhuǎn)矩小于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，符合設(shè)計理論，步進電機可以正常工作。2）步進電機最大運行頻率的計算當(dāng)快速空載起動時的負載轉(zhuǎn)矩小于步進電機最大輸出轉(zhuǎn)矩時。設(shè)計正確選用選定的電動機；空載啟動電動機的運行頻率大于電動機輸出運行頻率，不能滿足設(shè)計要求需重新選定合適的電動機。=1200mm/min是步進電機帶動滾珠絲杠作直線進給運動的最大速度，=2000Hz表示的是步進電機最大工作運行頻率。20000Hz是步進電機90BYG2602的最高轉(zhuǎn)動運行頻率根據(jù)表可知，符合選定的步進電機要求。3）啟動頻率的校核=4.45kg·步進電機工作時轉(zhuǎn)子和絲杠的轉(zhuǎn)動慣量之和，=4kg·是電動機除去滾珠絲杠移動部件轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，=1800Hz表示步進電機去除工作載荷獨自空載運轉(zhuǎn)啟動的最高頻率由查表4-5看出。步進電機可根據(jù)求得工作載荷的啟動頻率=1238.4Hz。式（3.16）工作時確保啟動電動機的轉(zhuǎn)動頻率不大于1238.4Hz，這樣步進電機工作時的啟動就不會矢步。正常工作時，可編程控制器取為100Hz（即100脈沖/s），一般都是通過軟件調(diào)控實現(xiàn)電動機啟動頻率大小的增減。根據(jù)以上的理論計算，90BYG2602步進電動機各項參數(shù)達到指標，初選的步進電機合適。3.2X軸步進電機滾珠絲杠和減速箱各項參數(shù)的計算3.2.1輸入可編程器的脈沖當(dāng)量X方向工作臺步進電機的脈沖當(dāng)量選取=0.02mm/脈沖，經(jīng)計算和理論分析得出。3.2.2滾珠絲杠的設(shè)計（1）確定絲杠驅(qū)動的最大動載荷和最大工作載荷進給牽引力即滾珠絲杠承受的最大工作載荷，查表3-29，已知移動部件總重，，絲杠的各項參數(shù)v=1.2m/min，=4mm,n=1200v/=300r/min計算表示X方向絲杠進給運動的最大轉(zhuǎn)速。，代入，=270(單位106r)根據(jù)之前的公式計算得到。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型滾珠絲杠副是長沙雪諾精密絲杠制造工業(yè)有限公司生產(chǎn)的，絲杠各項參數(shù)直徑為16mm，為4mm，3圈2列直線導(dǎo)軌圈數(shù)，絲杠精度等級初選5級，步進電機驅(qū)動的最大動載荷4612N，小于計算得到的最大動載荷，所以根據(jù)表3-31選定的5級精度絲杠是合適的。（3）傳動效率的計算滾珠絲杠副傳動效率高通常取0.8~0.9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%是由上式計算得到的滾珠絲杠傳動效率。（4）剛度的驗算1）滾珠絲杠在驅(qū)動工作臺軸向承受的力會產(chǎn)生形變，因為絲杠本身材質(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。查機械手冊一書，知絲杠的各項參數(shù)=2.381mm，=13.1，在知道絲杠底徑的大小時就能確定絲杠的斷面積式（3.19）得S=134.7絲杠驅(qū)動工作負載時式（3.20）是所確定的截面慣性矩。是慣性矩的計算公式，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通常在計算時取0，因為絲杠的轉(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)計算滾珠絲杠在驅(qū)動工作載荷Fm所承受力產(chǎn)生的拉伸或壓縮形變量。2）滾珠絲杠運動時會和直線導(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）——工作時絲杠的預(yù)緊力，單位是牛頓.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級精度滾珠絲杠軸向行程范圍在630mm~800mm之間任意的數(shù)值，滾珠絲杠闊度的大小為800mm，大小為0.0521為絲杠工作時的總型變量，綜上易知。（5）絲杠支撐的最大工作載荷驗證當(dāng)滾珠絲杠驅(qū)動的負載過大時，絲杠運動會發(fā)生失穩(wěn)跳動，。當(dāng)絲杠驅(qū)動負載運動時，絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的最大工作負載：式（3.25）要想求出絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象時的最大工作負載，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電機和工作臺倆端的距離。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)時的最大工作載荷，工作負載Fm=2.5N小于絲杠即將產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象時的最大工作載荷，設(shè)計符合要求不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)以上的的理論計算，設(shè)計開始選取的5級精度。6N.m是90BYG2602步進電機的空載啟動時的最大輸出轉(zhuǎn)矩。3.2.3直線移動導(dǎo)軌副的設(shè)計（1）支撐工作臺的滑塊參數(shù)設(shè)計支撐工作臺的滑塊使用壽命和工作負載有著大關(guān)系，當(dāng)負載超過滑塊支撐的極限值時，滑塊容易損壞。三軸自動點膠機滑塊的設(shè)計是其重要的結(jié)構(gòu)特點。計算滑塊能承受的最大工作載荷時，一個滑塊全部承擔(dān)在其水平工作臺豎直方向的工作載荷，計算公式如下：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，直線移動導(dǎo)軌副長度要超出500mm，通常工作行程大于工作臺的長度，根據(jù)要求，長度為直線移動導(dǎo)軌副保證有一定的停放區(qū)域。（2）直線移動導(dǎo)軌壽命的設(shè)計絲杠驅(qū)動工作臺運動時，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，導(dǎo)軌上也會產(chǎn)生積累熱量，溫度會提升。直線移動導(dǎo)軌的材質(zhì)，散熱性良好且能保持溫度小于，直線滾動導(dǎo)軌副上配有兩只精度為4級滑塊，考慮到直線滾動導(dǎo)軌副的臨界溫度絲小于，所以絲杠驅(qū)動工作臺上的工作載荷不要超過根據(jù)機械制造技術(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導(dǎo)軌副的額定距離壽命L，所以選定的直線滾動導(dǎo)軌副符合設(shè)計。3.2.4一級減速箱的設(shè)計減小步進電機的轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可以減小絲杠的轉(zhuǎn)動慣量和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量。為了達到這一目的要在步進電機轉(zhuǎn)軸和滾珠絲杠之間增加一個一級齒輪減速箱，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電機的輸出軸和滾珠絲杠軸的倆端。固定在步進電機輸出軸端的大齒輪設(shè)計成雙片結(jié)構(gòu)，彈簧錯齒法消除側(cè)隙有利于提高步進電機的傳動效率可根據(jù)《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》圖3-8。 要想求的一級減速箱齒輪的傳動比，必須要知道控制電機的脈沖當(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算出來，根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書可得一級減速傳動比公式：式（3.28） 無錫市電機精密有限公司生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱能電動機的輸出轉(zhuǎn)速的減速傳遞給滾珠絲杠。連接在電動機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步進電動機的設(shè)計（1）步進電機的功率全部轉(zhuǎn)化成步進電機和各傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量，這些機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量之和為根據(jù)各機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量公式，要想求得各機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量，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，步進電機帶動的零部件所消耗電機的功率轉(zhuǎn)化成步轉(zhuǎn)動慣量的計算公式：表示步進電機的一部分功率作用到絲杠上形成的轉(zhuǎn)動慣量。表示步進電機消耗一部分功率客服摩擦阻力形成的轉(zhuǎn)動慣量。90BYG2602為設(shè)計開始選擇的步進電機，=4表示電動機沒有連接絲杠獨自轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。綜上面的計算可知步進電機的總轉(zhuǎn)動慣量包括移動部件折算到步進電機的轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)子和絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：=+（+）式（3.29）得=4.1（2）步進電機工作時在不同條件下驅(qū)動負載所承受的轉(zhuǎn)矩也是不同的。主要包括以下倆種情況：一個是步進電機快速空載起動沒有工作負載轉(zhuǎn)軸承受的轉(zhuǎn)矩，另外一個是步進電機有工作負載時的輸出轉(zhuǎn)矩。1）在沒有負載的情況下電機從靜止轉(zhuǎn)動時的輸出轉(zhuǎn)矩根據(jù)公式=++，由三個因素決定：根據(jù)上面的公式可知，步進電機空載啟動時的最大轉(zhuǎn)矩由三個部分組成，分別為最大加速轉(zhuǎn)矩，克服絲杠摩擦力的輸出轉(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電機轉(zhuǎn)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。絲杠傳動具有高效率，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好等優(yōu)點。由公式計算，和在數(shù)值上遠大于，此時的數(shù)值接近0。=+式（3.30）=，由于滾珠絲杠傳動副傳動存在傳動效率損失，所以縱向鏈的總效率系數(shù)取0.8~0.9之間數(shù)值。下面表示時步進電機空載啟動轉(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)矩要知道步進電機空載運動時最快進給速度下對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速，還需要知道從靜止加速到最大轉(zhuǎn)速的時間，步進電機的步距角還有控制電機的脈沖當(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)公式，步進電機帶動滾珠絲杠式（3.32）要想求得電機克服絲杠傳動摩擦阻力的輸出轉(zhuǎn)矩時，結(jié)合公式可知要知道參數(shù)有工作臺支撐的工作負載，絲杠的直線移動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，還有步進電機驅(qū)動絲杠工作臺的有效傳動效率。代入數(shù)值式（3.33）進而求得此情況下步進電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩=+=0.057式（3.34）2）步進電機空載啟動時的最大輸出轉(zhuǎn)矩驗證步進電機工作時存在著不安全不穩(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，根據(jù)公式可得步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩符合設(shè)計的條件為：4=根據(jù)選定電動機名牌上的信息可知參數(shù)，顯而易見4符合設(shè)計即步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩合適。（3）步進電動機各項參數(shù)的驗證1）絲杠最大直線移動速度對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩要想求的步進電機在最大進給速度下電機的軸向輸出轉(zhuǎn)矩，先要求出在最大進給速度下電機對應(yīng)的最大運行頻率。想要求得最大運行頻率，要先知道最大進給速度和脈沖當(dāng)量的值。根據(jù)參數(shù)，/脈沖，帶入上述已知的參數(shù)。步進電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩和電機的運行頻率成正比關(guān)系，通常情況下電機的運行頻率越大對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩也越大，根據(jù)機械設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ)一書的輸出轉(zhuǎn)矩和運行頻率線性圖，可以得到在最大運行頻率對應(yīng)下的，遠遠小于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=5.0，符合設(shè)計意圖。2）最快空載移動時電動機運行頻率校核=2400mm/min表示電動機帶動絲杠最快空載進給速度，=2000Hz表示此時電動機對應(yīng)的運行平頻率。根據(jù)選定的電動機名牌可知2000Hz是其最大進給速度下對應(yīng)的最大運行頻率，所以步進電機運行頻率校核正確。3）步進電機的極限情動頻率確定步進電機的啟動頻率不宜過大，通常選很小的啟動頻率，啟動頻率過大時，步進電機容易出現(xiàn)失步空轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。要想求得步進電機克服慣性負載的啟動頻率，要知道kg·，kg·，等參數(shù)。將上面已知的條件代入：式(3.35）步進電機克服慣性負載。綜上所述，只要電動機運行時的啟動頻率不超過1264.9Hz，步進電機就能穩(wěn)定的啟動加速，不會出現(xiàn)故障。結(jié)合以上的理論計算，90BYG2602步進電動機給X軸進給系統(tǒng)提供動力合適。3.3Y軸（前后）方向傳動部件的選型與校核3.3.1控制步進電機信號的確定輸入步進電機脈沖當(dāng)量的個數(shù)和頻率大小分別轉(zhuǎn)化為步進電機的軸向位移和轉(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算和選型（1）最大工作載荷和最大動載荷的計算查表3-29，由最大工作載荷Fm的實驗計算公式，當(dāng)絲杠驅(qū)動G=1000N的工作載荷，絲杠承受的最大軸向力。要想求得步進電機帶動絲杠驅(qū)動的最大工作負載，要知道絲杠工作時的最大進給速度，根據(jù)最大進給速度和公式，可求對應(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)最大工作負載計算公式，得知載荷系數(shù)和絲杠材質(zhì)硬度系數(shù)，就可以算出最大工作負載。各參數(shù)如下，，。選定T=15000h為絲杠的使用期限(T=15000h為普通機電設(shè)備的使用壽命)，將參數(shù)代入公式，可得=270000000r。根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，可得參數(shù)，，計算公式如下式（3.36）最大動載荷N（2）滾珠絲杠的選定根據(jù)上面的計算結(jié)果，再根據(jù)機械制造技術(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)制造精度等級為5級，根據(jù)以上Y方向最快的速度v=1.2m/min計算出的絲杠軸向承受的最大動載荷小于額定動載荷4612N，選定的絲杠合理。（3）絲杠的有效傳動效率絲杠傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊，高效率，剛性好等優(yōu)點。絲杠在直線導(dǎo)軌副上傳動時摩擦角很小，所以相對的摩擦系數(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）絲杠形變量的計算1）絲杠驅(qū)動負載工作時承受來自軸向的壓力會產(chǎn)生形變。所產(chǎn)生的形變量大小可根據(jù)公式計算出，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)，克服摩擦力的轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。 a=800mm，=，根據(jù)機械設(shè)計手冊一書可得，mm絲杠公稱直徑，=13.1表示選定的5級精度絲杠的底徑，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)品型號可得步進電機帶動絲杠工作時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算公式可知，要知道絲杠的滾珠總數(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)動的最大工作負載。外內(nèi)圈滾珠計算公式拉伸或者縮小總形變量值減小一半左右時，且滾珠絲杠設(shè)有預(yù)緊力，那么這個預(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)緊時的軸向預(yù)緊力。則=7.9×10-5mm，=6.67×10-6mm。=3.33×10-6mm表示絲杠產(chǎn)生形變的實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載的三分之一條件下產(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)線性表變動量允許36，對應(yīng)絲杠的軸向行程范圍630mm~800mm之間。而且絲杠的闊度也和絲杠的形變量存在對應(yīng)關(guān)系。（5）絲杠發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象時的最大工作負載滾珠絲杠驅(qū)動工作負載運動時會承受來自軸向的壓力，工作負載越大，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載超過一臨界值時，絲杠轉(zhuǎn)動會發(fā)生振動幅度大，不穩(wěn)定現(xiàn)象，此時對應(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)象時的臨界負載。.根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計一書可得上式中各項參數(shù)值mm，1，K取3絲杠正常驅(qū)動時；a=800mm。結(jié)合以上條件求得6233N為絲杠即將失穩(wěn)時的最大工作載荷，工作載荷Fm=5N遠小于絲杠發(fā)生失穩(wěn)時的最大工作載荷，顯而易見工作時絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)以上的計算，設(shè)計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)計合理。3.3.3直線移動導(dǎo)軌的設(shè)計（1）支撐工作臺滑塊的設(shè)計影響使用壽命的長短最重要的因素就是絲杠軸向承受的工作負載。水平工作臺的運動在雙導(dǎo)軌上位移，由四個滑塊在水平工作臺四個角下面支撐。單滑塊所受的最大垂直方向載荷為條件四個滑塊只有一個滑塊支撐水平工作臺時，單個滑塊的最大工作載荷計算公式：式（3.45）根據(jù)機械設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，，。根據(jù)機械設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ)一書最大工作動載荷和直線導(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)軌各項參數(shù)如下，。剛開始設(shè)計時的工作臺長和寬均為500mm，查《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表3-35，當(dāng)選取導(dǎo)軌的長度為600mm時，工作臺在水平面X和Y向的運行最大距離為500mm，還有100mm為安全距離。（2）直線移動導(dǎo)軌副的使用期限考慮到直線移動導(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)軌會因為摩擦產(chǎn)生積累熱量，散熱性要好積累溫度最大，直線移動導(dǎo)軌副的精度等級為4級，每2個滑塊安在一個導(dǎo)軌上，水平工作臺面積不宜過大。根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)一書，可得直線導(dǎo)軌的各項參數(shù)、、、、，根據(jù)下面公式得運行的最大距離壽命：式（3.46）遠小于直線移動導(dǎo)軌副的運行距離壽命，所以設(shè)計符合。3.3.4步進電動機減速箱的選用考慮到設(shè)計的合理化，可以安裝一個沒有齒輪間隙齒輪減速箱，這樣電動機轉(zhuǎn)軸上承受的轉(zhuǎn)動慣量包括工作臺的轉(zhuǎn)動慣量和滾珠絲杠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)速可以減小很多。采用一級減速，通過減速箱的小齒輪端與步進電機輸出軸端連接，減速箱大齒輪端與滾珠絲杠端連接。滾珠絲杠連接減速箱的大齒輪設(shè)計成雙片結(jié)構(gòu)，彈簧錯齒法可以降低減速箱齒輪的磨損速度。 本課題采用一級齒輪減速箱，要想求得齒輪的傳動減速比，要知道電機的步距角和絲杠的導(dǎo)程以及脈沖當(dāng)量等參數(shù)值，取mm/脈沖，，。將上述數(shù)值代入下面的公式： 為了更好的符合設(shè)計要求選取JBF-7型齒輪減速箱。1mm為減速箱倆大小齒輪的模數(shù)，60:36減速箱倆大小齒輪比，45調(diào)質(zhì)鋼為減速箱大小齒輪的材料，增加減速箱大小齒輪表面淬火硬化硬度達55HRC。表示減速箱大小齒輪的中心距，20mm表示小齒輪軸向倆端面間的距離，10mm表示雙片大齒輪軸向倆端面間的距離。3.3.5步進電動機的設(shè)計（1）步進電機工作時的功率轉(zhuǎn)化成各轉(zhuǎn)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量和克服摩擦損失的轉(zhuǎn)動慣量。克服摩擦那一部分的功率也可以轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動慣量附加到步進電機上。要想求得各機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量，需知道絲杠的直徑，絲杠倆支撐端的中心距里，導(dǎo)程，絲杠的材質(zhì)密度和軸向移動部件的總重量等參數(shù)。根據(jù)上面已知的條件可得到mm，，=4mm，=，G=1000N。根據(jù)公式=0.4，將各參數(shù)代入可得到絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。要想求得步進電機轉(zhuǎn)軸輸出的總轉(zhuǎn)動慣量，還需要知道電機的自身的轉(zhuǎn)動慣量和絲杠克服摩擦阻力的轉(zhuǎn)動慣量，根據(jù)選定步進電機的名牌參數(shù)可知。將上面已知的參數(shù)代入下面公式：=+（+）式(3.47）電機轉(zhuǎn)軸輸出的總轉(zhuǎn)動慣量=4.1（2）步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩總結(jié)為倆方面，步進電機快速空載起動即工作載荷為0的輸出轉(zhuǎn)矩，以及步進電機驅(qū)動負載時的對應(yīng)輸出的轉(zhuǎn)矩。1）步進電機快速空載啟動的情況=++轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩，大小決定因素有三個，分別為電機空載啟動時的最大加速轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動時克服摩擦力的輸出轉(zhuǎn)矩，絲杠預(yù)緊時克服預(yù)緊阻力的輸出轉(zhuǎn)矩，絲杠傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，效率高等優(yōu)點，考慮到絲杠傳動效率高數(shù)值接近1。代入公式，數(shù)值幾乎接近0，所以電機轉(zhuǎn)軸的總輸出轉(zhuǎn)矩公式又可以寫成=+式（3.48）結(jié)合最大步進電機空載啟動最大加速轉(zhuǎn)矩=，表示縱向鏈空載啟動電動機總效率：=式（3.49）要想求得上式計算結(jié)果，要知道電機的最大轉(zhuǎn)速，步進電機從靜止加速到最大轉(zhuǎn)速的時間，絲杠直線進給的最大速度，步進電機的步距角，脈沖當(dāng)量等參數(shù)的數(shù)值。最大進給速度下對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速公式如下式（3.50）根據(jù)上面已經(jīng)有的參數(shù)根據(jù)上述的已知條件，可計算出。取s，絲杠有效傳動效率；將上述倆個已知量代入=步進電機軸端最大輸出轉(zhuǎn)矩為電動機帶動絲杠驅(qū)動移動部件工作時，克服移動部件摩擦阻力附加到：式（3.51）——絲杠和直線滾動導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)——Y向步進電機帶動絲杠驅(qū)動的工作負載，移動部件上沒有工作載荷時為0；——Y向電動機帶動絲杠驅(qū)動負載的有效傳動總效率，取0.7則由式得：=0.002式（3.52）綜合上面的理論與移動部件運動折算到電動機轉(zhuǎn)軸上摩擦轉(zhuǎn)矩之和：=+=0.0582）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定開環(huán)控制是可編程控制器控制電動機的主要形式，工作時實際電壓大小不穩(wěn)定時，電動機轉(zhuǎn)軸的輸出轉(zhuǎn)矩可能增大，也可能減小，輕微時轉(zhuǎn)子出現(xiàn)丟步，嚴重時出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。由此可知，計算電動機最大靜轉(zhuǎn)矩時，首先要計算步進電機空載啟動轉(zhuǎn)軸承受的負載轉(zhuǎn)矩，然后再選取安全系數(shù)K。當(dāng)確定步進電機時：4式（3.53）根據(jù)前面選定的電動機銘牌參數(shù)可知由表，步進電機的，由此可知4步進電機的各項參數(shù)選擇正確。（3）步進電機各項參數(shù)的驗證1）絲杠最大轉(zhuǎn)速對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計一書中步進電機輸出轉(zhuǎn)矩和步進電機的最大運行平率的線性表，可知只要求出步進電機對應(yīng)的最大運行頻率就可得到最大輸出轉(zhuǎn)矩。要想求出最大運行頻率必須要知道絲杠最大進給速度和脈沖當(dāng)量的值。取mm/min，mm/脈沖，=2400/（60*0.02）Hz=2000Hz表示Y向絲杠做最大進給速度時電動機運行的最大頻率。求的最大運行頻率后，查線性表可得，小于此時電動機最大運行頻率下的輸出轉(zhuǎn)矩，步進電機各項參數(shù)符合要求。2）最大運行頻率的驗證要想求得步進電機最大的運行頻率必須要知道脈沖當(dāng)量和絲杠最大進給速度。/min，Hz。計算出的最大運行頻率沒有超出選定步進電機的最大運行頻率，驗證成功。3）步進電機最大啟動頻率的確定上面計算得到的kg·，kg·，查銘牌信息參數(shù)得90BYG2602電動機空載啟動時最大的運行平率=1800Hz。將上面已知的參數(shù)代入最大運行頻率的計算公式如下式（3.54）最大運行頻率Hz。步進電機的啟動頻率選取要注意不大于1264.9Hz，那么步進電機轉(zhuǎn)子不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。通常情況下，步進電機轉(zhuǎn)軸驅(qū)動負載工作時，設(shè)置的負載啟動頻率都是通過軟件控制的，低啟動頻率Hz通常比較適合啟動頻率。根據(jù)選定的步進電機銘牌信息參數(shù)可知最大運行頻率校正成功。。4可編程控制器控制4.1基本控制內(nèi)容可編程控制器（PLC）能控制X,Y,Z軸方向三個步進電機驅(qū)動絲杠在這6個自由度方向做進給直線運動，X和Y方向控制絲杠的進給最大行程距離為500mm,Z向控制絲杠的最大行程為300mm。能精準的控制膠頭到達這個空間任何位置。4.2整體機構(gòu)布局設(shè)計的控制機構(gòu)既可以手動控制絲杠的前進也能手動控制進給的后退。三個方向絲杠位置的歸零由手動控制完成。根據(jù)可編程控制器來設(shè)計出控制步進電動機脈沖當(dāng)量的程序，脈沖當(dāng)量程序的數(shù)量可由計數(shù)器或計時器來計算。4.3PLC控制