青岛科技大学本科毕业设计（论文）

2.3 微细电解加工机床进给系统设计

图2-2机床进给系统方案图

Figure2-2 Program of mechanical feeding system

进给系统的结构如上图2-2所示，工作原理为：由软件控制步进电机按不同的转速旋转，电机输出轴与减速器输入轴之间用联轴器连接用来传递转速，通过减速器减速后，减速器输出轴与滚珠丝杠光杠端用联轴器连接用来传递转速，滚珠丝杠与工作台相连，工作台与导轨滑块相连，当滚珠丝杠旋转时带动连接板左右移动，连接板带动导轨滑块左右移动，从而使安装在导轨滑块上的主轴系统左右移动，完成整个运动过程。 2.3.1步进电动机的选择

合理的选用步进电动机是相当重要的，通常希望电动机的输出转矩大、启动频率和运行频率高，步距误差小，性价比高。但增大转矩与快速运行有一定的矛盾，因此在实际选用时，必须全面考虑。

已知条件：进给速度范围0～60mm/min；Z轴最大轴向负载400N；Z轴运动行程100mm；摩擦系数μ=0.04；丝杠机构效率η=0.9；丝杠轴径D=25mm；螺距P=5mm；拟选用二相0.9°/ 1.8°90BYG型步进电机。

（1）分辨力

l?l0?L360i（2-1）

??25?0.9??1.97?10?3360?100

???D?（2）脉冲当量

???L360i（2-2）

0.9??100??2.5?10?3mm360?100

（3）步进电机转速与输入脉冲频率成正比，即

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n??360?6（2-3）

0.9f ??0.15f?0.15?2.8?103?420r/min6

?60??f式中n —电机转速（r/min）；f—控制脉冲频率（Hz ）。

（4）负载转矩估算

FP?F0P1?)2?n2?i （2-4）

400?50.04?400/3?51?(?)?4.296N?mm2??0.92?100

T1?(（5）丝杠惯量

JB???32?LBD4（2-5）

?32?7.9?10?3?100?254?1.24?104(g?mm2)?124g?cm2移动体惯量：

P3)2?（2-6） 53?400?()?318.47(g?mm2)?3.1847g?cm22? Jz?M(∴负载惯量为：JW?JB?JZ?127.1847g?cm2。

根据以上数据可初选90BYG型步进电机，其转动惯量为JM?150g?cm2，空载启动频率f?2800Hz。由要求速度可求出运行频率：

f?vl60??0.6369kHz?637Hz60?1.97?10?3

（2-7）

∴需加减速驱动方式。

（6）验算

JL??(fN?fL)2（2-8） T????Ttg180t0fR?N

'加速时间：

J?fH?fL??（2-9） g?T 根据选中的步进电机，结合转子惯量，再次用需要的运行转矩： t0?运行转矩?驱动物体惯量?转子惯量3.14?步距角??负载转矩（2-10）

980.7加速时间

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127.1847?1.03363.14?0.9??4.296 980.70.02?25.79N?mm所得数值与矩频特性曲线对照，在曲线范围内，可确定步进电机的型号90BYG4501，如图

?2-3。

图2-3 步进电机实体造型 Figure2-3 3D model of motor

步进电机基本参数如表2-1。

表2-1 步进电机参数 Table2-1 Parameters of motor

2.3.2减速器的选择

谐波减速器也就是谐波齿轮传动。谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性变形来实现传递运动和动力的。它的基本构件有：柔轮、波发生器和刚轮。刚轮固定，当波发生器转动时，迫使柔轮产生弹性变形，使它的齿与刚轮的齿相互作用，从而实现了传动的啮合。

谐波传动减速器具有以下优点：（1）结构简单，体积小，重量轻。（2）传动比范围大。 （3）同时啮合的齿数多。（4）承载能力大。运动精度高。（5）运动平稳，无冲击，噪

型号 相数 步距角 静态相电流(A) 相电阻（?）

90BYG4501 2 0.9/1.8 1.5 1.1 保持转矩(N?m) 定位转矩(N?m) 空载启动频率（KHz） 转动惯量(g?cm) 重量(Kg)

25 6 2.8 150 3.5

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声小。（6）齿侧间隙可以调整。（7）传动效率高。（8）同轴性好。（9）可实现向密闭空间传递运动及动力。（10）可实现高增速运动。（11）方便的实现差速传动。

谐波减速器在国内已有不少厂家专门生产，并形成系列化。因此减速器选用谐波减速器，查资料定型号为XBW-60。

减速器的选用步骤：

（1）由于本课题加工精度要求高，主轴转速小， Z轴进给速度为0～60mm/min而90BYG4501系列的转速n按照计算公式n=840(r/min)，因此需要一个大的降速比，拟选用i=100, 算得输出转速n=840/100=8.4r/min。

（2）减速机输入功率Pc1，输出扭矩Tc2的计算：

Pc1?P?KA?0.062?1.3?0.0806(KW) Tc2?T?KA?72.5?1.3?94.25(Nm)（2-11）

（2-12）

式中P－减速机的额定输入功率（KW）；T－减速机的额定输出扭矩（Nm）；KA－工况系数。

（3）减速机输出轴悬臂负荷Fc1

FC1?2T?KA/D?FR （2-13）

?2?72.5?1.3/1.5?0.15?18.85

悬臂负荷FC1?FR，符合要求。基本参数如表2-2。

表2-2 谐波减速机参数 Table2-1 Parameters of reducer

谐波减速器外形图如2-4

XBW-60-100-50

机型

输出力矩

输入转速1000r/min

输出转速

额定输入功率

T2(N?m)

72.5

n2(rpm)

6.7

P(KW)

0.062

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