机电一体化第五章作业解答

第五章作业解答

1、数控机床伺服进给系统中，为何常采用滚动导轨、滚动丝杆螺母副机构？为何采用齿轮传动间隙消除机构？为何要进行惯量匹配计算?

答：数控机床伺服进给系统要求机械传动导向机构有较高的精度较快速响应速度。滚动导轨及滚动丝杆螺母副机构摩擦系数小，可以提高系统的响应速度。还可以通过预紧得到较高的刚度及精度。较高的刚度及较小的摩擦系数可以减小工作台启动和反向时所产生的死区误差。

数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动间隙消除机构是为了保证双向传动精度，消除死区误差。

数控机床伺服进给系统中进行惯量匹配计算是为了更好的兼顾系统的动态特性和经济性，J d/J m太大时系统的动态特性取决于负载特性，使系统的综合性能变差；J d／J m太小，经济性差。

2、什么是步进电机脉冲分配器?软件脉冲分配器与硬件脉冲分配器有何区别？

答：按一定规律将指令脉冲分配给步进电机各绕组的器件称脉冲分配器。脉冲分配器有硬件与软件之分。软件脉冲分配器是用计算机程序实现脉冲分配。硬件脉冲分配器大多作成集成芯片，由硬件（芯片）本身实现脉冲分配。

3、采用MCS-51系列单片机控制步进电机运行速度。已知步进电机步距角α=0.75º，单片机晶振频率f osc=6M。采用T0定时中断16位计数器定时工作模式，试计算当电动机转速n=100r／min时，定时器的定时常数T X。

解：定时常数T X=216-N （1）

N为一个步距定时计数器计数的个数

N=f﹒t （2）

f为计数器计数频率，t为一个步距所用时间

f=f osc/12

t=路程/速度= α/n =0.75/(100×360÷60)

速度单位化为：度/每秒

将f、t代入（2）式求得N ,将N代入（1）式求得T X

T X=216-N=216- f﹒t= 216- f oscα/ 12 n

= 216 - （6×106×0.75）/（12×100×360÷60）

=65536-625=64911=0DF8H

4、如图所示的开环控制纵向进给传动系统，已知齿轮Z1＝10，Z2＝25，J Z1=1.5×10-3kg.m2, J Z2=6.0×10-3kg.m2；丝杆导程P＝18mm，J S=4.0×10-3kg.m2；系统脉冲当量δ=0.02mm；电机最大静转矩为T S=8N·M，电机轴转动惯量J m=2.8×10-3kg.m2；工作台质量折算到电机轴上惯量J工作台=3.48×10-4kg.m2。

（1）若步进电动机的通电方式为A－AB－B－BC－C－CA－A……，计算电动机转子齿数Z

(2)计算电机轴上总惯量J

(3)当外部载荷为零、且不计摩擦力影响时，计算工作台最大启动加速度。

解：

（1）Z=360/cmα

c为通电方式系数，取2

m为步进电机的相数,取3

α为步距角

α=360δi / p = (360×0.02×25)/(10×18)=1°

Z=360/cmα=360/(2×3×1)=60

（2）J=J d+J m

J d = J Z1+( J Z2+ J S)/ i2+J工作台=1.5×10-3+(6.0×10-3+4.0×10-3)/2.52+3.48×10-4

=3.448×10-3kg.m2

J=3.448×10-3 kg.m2+2.8×10-3kg.m2

=6.248×10-3kg.m2

（3）T q=Jε

T q =T s k 取k=0.87（三相六拍运行k=0.87），则T q=8×0.87=6.96NM

ε= T q /J=6.96/6.248×10-3=1114 rad/s2

最大启动加速度a=εP / 2πi = 1114×18×10-3 / 2×3.14×2.5≈1.28(m/s2)