机电一体化大作业.pdf

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1、机机 电电 一一 体体 化化 大大 作作 业业(总总 4 4 页页)-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-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/min，最大切削进给速度为/min，溜板和刀架的质量为 20kg。滚珠丝杠的导程l0=6mm，试回答和计算下列问题：FyFx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）(1)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

2、，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，l、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 ABCA的顺序通电，转子则沿反时针方向一步步地转动。23.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。（精度高。可用于大量程测量兼有高分辨力；36 分）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

3、三相步进电机，假设其步距角为/，采用三项六拍的通电方式工作，脉冲当量为，请计算传动链中的传动比i。（8分）根据题意：i 5.设工作时丝杠轴向切削分力为Fy1304N，垂直切削分力为Fx1779.3N，传动系统的总效率为 0.85。F（1）计算切削负载力等效到电机轴的等效力矩Teq(N.m)。（8分）l036000.66 23600.005FTeqFxl01779.361000(N.mm)1(N.m)2i23.1420.85（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，计算切削运c行时摩擦负载力等效到电机轴的等效力矩Teq(N.m)。（8分）摩擦阻力Fc(Mg Fx)(2

4、09.81304)0.1150(N)cTeqFcl01506 84.3(N.mm)0.0843(N.m)2i23.1420.85（3）齿轮Z1,Z2的转动惯量为Jz11.6104Kgm2，Jz2 6.4104Kgm2，丝杠的转动惯量Js1.2103Kgm2。求机械系统等效到电机轴上的等效转动惯量Jeq。（20分）1111122JZ1mJZ2s2Jss2Mv2根据题意：Jeqm22222又：sm1mi4v sl0ml0283Jeqs2s2lv211 JZ1 JZ22 Js2 M2 JZ1 JZ2 Js M(0)2444mmm4110.006243所以：1.6106.4101.2106524416

5、1.61041.61043104 0.152104 6.352104(Kg.m2)6.352(Kg.cm2)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，计算系统的总转矩（10分）（忽略电机转子的转动惯量影响）FcmFcFcTeqTeq TeqTeq(Jeq Jm)TeqTeq(Jeq Jm)最大加速力矩T Teq0.1又：所以：v2i0.25(m/min)22 8.7(rad/s)l06(mm)T 1(N.m)0.0843(N.m)6.352104(Kg.m2)8.78.7(rad/s2)2.4(rad/s2)0.10.11(N.m)0.0843(N.m)0.0

6、552(N.m)0.0418(N.m)1.18(N.m)考虑机械效率T T1.181.39(N.m)0.857.验算最大静转矩Tjmax和起动转矩Tq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，最大静转矩(保持扭矩)Tjmax 4(N.m)则TqTjmax0.87 40.87 3.48T满足要求。8.确定步进电机的空载最大启动频率fq，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）mTeq(Jm Jeq)maxt最大空载惯性力矩(2.4104 6.352104)8.7 8.752104870.1 0.0761(N.m)cm空载起动力矩TkqTeqTeq 0.53080.0761 0.6968(N.m)4查附件 2表知：fq可以达到 10KHz 以上，按数据给定使用 3KHz 启动，不丢步。满足要求。59.确定步进电机的空载最大运行频率fmax。（10 分）maxfmax0.60203602l02vmaxi。maxvmaxl0又：maxi所以fmax360max3602vmaxi3601200(mm/min)20.620.62l00.66(mm)3601200260 4000Hz0.66fmax 4000Hz空载运行频率50KHz。满足要求。5