X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交 流 401339828 或 11970985 本科畢業(yè)論文 題 目： 作臺(tái) 院 系： 機(jī)械系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 論文提交日期： 論文答辯日期： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交 流 401339828 或 11970985 摘 要 當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起 到了極大的推動(dòng)作用。新一代的 統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。立式銑床與臥式銑床相比較，主要區(qū)別是主軸垂直布置，除了主軸布置不同以外，工作臺(tái)可以上下升降， 立式銑床用的銑刀相對(duì)靈活一些，適用范圍較廣。可使用立銑刀、機(jī)夾刀盤、鉆頭等。機(jī)床設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)原理，操作方便 ;操作面板均使用形象化符號(hào)設(shè)計(jì)，簡單直觀。 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。X 用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 關(guān)鍵詞： X Y 工作臺(tái)，伺服電機(jī)，機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交 流 401339828 或 11970985 he of in s a in in of a in A NC a to is of be up so to of of of is of is is a is of to a a of To is of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交 流 401339828 或 11970985 to of of is so of of of to 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 前言 . 1 第一章 總體方案設(shè)計(jì) . 2 體方案確定 . 2 第二章 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 3 計(jì)任務(wù) . 3 電系統(tǒng) 總體方案的確定 . 3 第三章 繪制裝配圖 . 13 第四章 電氣原理圖設(shè)計(jì) . 13 型數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖 . 13 片機(jī)的選擇 . 14 部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 . 14 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 . 15 ， Q 號(hào)交 流 401339828 或 11970985 1 前言 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械加工技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，一方面是向著提高產(chǎn)品加工的生產(chǎn)效率為主的高度自動(dòng)化方向發(fā)展，另一方面則是向著以提高產(chǎn)品質(zhì)量為主的精密化方向發(fā)展。現(xiàn) 代機(jī)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜 ,融機(jī)、 電、 光、 液等技術(shù)于一體功能也越來越復(fù)雜和完善。在這種情況下如何提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量成為機(jī)械制造行業(yè)迫切需要解決的問題之一。而工作臺(tái)是實(shí)現(xiàn)高精密加工的核心部件，它的傳動(dòng)部件的定位精度直接影響系統(tǒng)的加工精度。如何有效地提高機(jī)床的定位精度是現(xiàn)在當(dāng)前研究的一項(xiàng)重要課題。 X - Y 工作臺(tái)是實(shí)現(xiàn)平面 X 、 Y 坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的典型關(guān)鍵部件，能分別沿 X 向和 Y 向移動(dòng)的工作臺(tái)稱為 X 作臺(tái)。其工作原理是 X、 Y 向均采用伺服電機(jī)通過齒輪減速和絲桿傳動(dòng)后，帶動(dòng)工作臺(tái)做 X - Y 向的運(yùn)動(dòng)。如 圖右圖 1 所示，工作臺(tái)由兩個(gè)互相獨(dú)立的、互為垂直的導(dǎo)向?qū)к墶鲃?dòng)系統(tǒng)及工作臺(tái)面等組成。其中 X 向工作臺(tái)固定在 Y 向工作臺(tái)的工作臺(tái)面上，由 Y 向工作臺(tái)帶動(dòng)其作 X 向工作臺(tái)通過定位銷定位于 Y 向工作臺(tái)上，兩者在水平面上保持正交。工作臺(tái)上，動(dòng)導(dǎo)軌沿著靜導(dǎo)軌做定向直線運(yùn)動(dòng)。為保持高剛度和無間隙連接，一個(gè)合適的預(yù)載荷被施加在滾珠絲杠和滾珠導(dǎo)軌上。伺服電機(jī)與滾珠絲杠之間采用剛性聯(lián)軸器直接連接。與伺服圖 1X - Y 工作臺(tái)示意圖電動(dòng)機(jī)直接連接的增量式碼盤被用于速度的反饋。位置測量信號(hào)則來自于安裝在工作臺(tái)上的直線光柵 ,位 置測量值同時(shí)被計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡所記錄，用來分析 X - Y 工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度。位置控制是利用 造的基于 的運(yùn)動(dòng)控制卡來實(shí)現(xiàn)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè) 車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面 :(1)高速、高精加 工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從 會(huì)情況來看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/ 甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ 右。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10 m 提高到 5 m ,精密級(jí)加工中心則從 3 5 m ,提 高到 1m 并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) m 。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 (2) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。 (3) 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能 化 ,如加工過程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動(dòng)生成 ;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。 體方案確定 （ 1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng) 由于工件在移動(dòng)的過程中沒有進(jìn)行切削，故應(yīng)用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制。為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) （ 2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用了與 列兼容的 片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià) 比。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、 I/O 接口、光電偶合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。 （ 3） 作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙 V 形滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)。 考慮電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取， 為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 第二章 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一種供立式數(shù)控銑床使用的 控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下 ： （ 1）立銑刀最大直徑 d =10 （ 2）立 銑刀齒數(shù) Z=3； （ 3）最大銑削寬度 0 （ 4）最大銑削深度 （ 5）加工材料為碳素鋼或有色金屬； （ 6） X、 Y 方向的脈沖當(dāng)量 x = y = 沖； （ 7） X、 Y 方向的定位精度均 為 （ 8）工作臺(tái)面尺寸為 230 30 工范圍為 180 00 （ 9）工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度 6000 mm/ （ 10）工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度 800 mm/ 電系統(tǒng) 總體方案的確定 電系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 （ 1）導(dǎo)軌副的選用 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 要設(shè)計(jì)的 作臺(tái)是用來配套輕型的立式數(shù)控銑床，需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo) 軌副。它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）絲杠螺母副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，脈沖當(dāng)量和 定位精度， 滑動(dòng)絲杠副無能為力， 只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。 （ 3）減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要 減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu) ，所以 采用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱 。 （ 4）伺服電動(dòng)機(jī)的選用 任務(wù)書規(guī)定的脈沖量尚未達(dá)到 位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有 3000mm/此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。 （ 5）檢測裝置的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏高的，為了確保電動(dòng)機(jī)在 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配 。 考慮到 X、 Y 兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量， X、 Y 兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （ 1）設(shè)計(jì)的 作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以 控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 （ 2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制，選用 列的 8 位單片機(jī) 該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。 （ 3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇 后，還需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、 I/O 接口電路、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。 （ 4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。 一、 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型 1. 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算 由臺(tái)面尺寸為 300180 ，查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表 3計(jì)取工作臺(tái)厚度買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 30重量：按重量 =體積材料比重估算 3 拖板）：估計(jì)上絲桿長度，由 ，余程 表 5 20絲桿長度約為 320。電動(dòng)機(jī)約 2板和導(dǎo)軌合估 計(jì)為 3 工作物重為 G 則 (420+G)。 按照下導(dǎo)軌之上移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為800N。 2. 銑削力的計(jì)算 設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則查 表 得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為： 8 （ 1） 今選擇銑刀直徑 d=10數(shù) Z=3，為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度 0削深度 齒進(jìn)給量 1.0zf 刀轉(zhuǎn)速 00 。則由式（ 1）求得最大銑削力： 1851 N871 N 采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可由 查 表， 并 考慮逆銑 時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為： 58N， 31N， 18N， 工作臺(tái)受到垂 直方向的銑削力 331N，受到水平方向的銑削力分別為 將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力 58N，徑向銑削力 218N。 線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 （ 1）滑塊承受工作載荷的計(jì)算及 導(dǎo)軌型號(hào)的選 取 工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的 重要因素。本例中的 作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂向載荷為： 4（ 2） 其中，移動(dòng)部件重量 G 800N，外加載荷 F= 331N，代入（ 2）式得最大工作載荷 31N=表，根據(jù)工作載荷 選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 ： 定動(dòng)載荷為 足要求。 任務(wù)書規(guī)定加工范圍 18000慮工作行程應(yīng)留有一定余量，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為 340 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 （ 2）距離額定壽命的計(jì)算 上述選取的 ： 導(dǎo)軌副的滾道硬度為 作溫度不超過100 ，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表，分別取硬度系數(shù) 度 系數(shù) 觸系數(shù)度系數(shù) 載荷系數(shù) 距離壽命： 64950)( 3 遠(yuǎn)大于期望值 50距離額定壽命滿足要求 珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）最大工作載荷 計(jì)算 當(dāng) 承受最大銑削力時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）58N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直） 218N，受到垂向的載荷（與工作臺(tái)面垂直） 331N。已知移動(dòng)部件總重量 G=800N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表，取顛覆力矩影響系數(shù) K=動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù) =得滾珠絲杠副的最大工作載荷 ： （ G） = 58 + ( 331+ 218 + 800 ) N 1061 N （ 2）最大動(dòng)載荷 設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度 v=800mm/由課本表 5 初選絲杠導(dǎo)程 此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/ 160r/滾珠絲杠的使用壽命 T=15000 h，代入 006，得絲杠壽命系數(shù) 44（單位為： 106 r） 。查表，取載荷系數(shù) 道硬度為 ，取硬度系數(shù) 得 最大動(dòng)載荷： 7746 N （ 3）初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 取 內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為 20 程為 5 環(huán)滾珠為 3 圈 1 列，精度等級(jí)取 3級(jí)， 其額定動(dòng)載荷為 9022N,足夠用。故 本導(dǎo)程為 5l 為絲杠有效行程 300，取余程 20 絲杠螺紋全長 320， 公稱直徑0d =20 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 表 1 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號(hào) 計(jì)算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 0距 t 4 接觸角 45 鋼球直徑 螺紋滾道法面半徑 R 0 . 5 2 1 . 0 4偏心距 e / 2 s i n 0 . 0 3 d 螺紋升角 0a r c 3 . 6 3d 螺桿 螺桿外徑 d 0 0 . 2 0 . 2 5 1 9 . 5qd d d 螺桿內(nèi)徑 2 1 7 . 9 8ld d e R 螺桿接觸直徑 c o s 1 8 . 5 9d d 螺母 螺母螺紋外徑 D 0 2 2 2 2 . 0 2D d e R 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 0 . 2 0 . 2 5 5 2 0 . 5qD d d （ 4）傳動(dòng)效率 的計(jì)算 將公稱直徑 0程 入 = h/(，得絲杠螺旋升角 =將摩擦角 =10，代入 = +)， 得傳動(dòng)效率 = （ 5）剛度的驗(yàn)算 1） 作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用 “單推 的方式。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為 a=500的彈性模量 表，得滾珠直徑 =杠底徑 =16.2 杠截面積 /4=絲杠在工作載荷 用下產(chǎn)生的拉 /壓變形量 1= =1779500/（ 2） 根據(jù)公式 Z ( 0)得單圈滾珠數(shù) Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù) 列數(shù)為 31，代入公 ： Z Z圈數(shù) 列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 Z =60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力=593 N， 求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取 2 = 3）將以上算出的 1 和 2 代入21 總，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度500總表知 ,5 級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 315400，行程偏差允許達(dá)到 25m，可 見絲桿剛度足夠。 （ 6） 壓桿穩(wěn)定性校核 根據(jù)公式計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 表，取支承系數(shù)；由絲杠底徑2d =16.2 得截面慣性矩 64/42 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) （絲杠臥式水平安裝 ）； 滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值 500臨界載荷9343N，遠(yuǎn)大于工作載荷061N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。 進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲 杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。 已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量 =沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程 選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 = 算得減速比： i=(360) =()/(36025:12 本設(shè)計(jì)選用大小齒輪模數(shù)均為 1數(shù)比為 75:36，材料為 45 號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá) 速箱中心距為 (75+36)1/2 55.5 齒輪厚度為 20片大齒輪厚度均為 10 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 （ 1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量珠絲杠的公稱直徑0d=20 長 l =320程5料密度 33 /1085.7 ；移動(dòng)部件總重量 G=800N;小齒輪寬度 1b 20徑 1d =36 齒輪寬度 2b 20徑 2d =75 動(dòng)比 i =25/12。參照表，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過程從略 ）： 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣， 小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1， 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 90兩相混合式，二相四拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為 加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 1( 2J)/ 2i = （ 2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 1）快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩0T。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，0以忽略不計(jì)。則有： 1= （ 3）考慮傳動(dòng)鏈的總效率 ，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 1602m a x t （ 4）式中 對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至位為 s。 其中： 360m （ 5）式中空載最快 移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為 6000mm/ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 脈沖當(dāng)量，本例 =沖。 將以上各值代入式（ 5），算得 500r/ 設(shè)步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)由靜止到加速至 動(dòng)鏈總效率 =由式（ 4）求得： 0 m a x Nm） 當(dāng) 移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：2)( （ 6） 則由式（ 6），得： 12/000(Nm） 最 后由式（ 3），求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 1 （ 7） 2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2 2括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 對(duì)于 f 很小，可以忽略不計(jì)。則有： 2 + （ 8）本例中在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載 荷 58N ，則折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ： 12/ Nm） 再計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（ 31N）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： i 2 )( = 12/ 0 0 03 3 1(0 0 Nm） 最后由式（ 8），求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 2 + = m （ 9）經(jīng)過上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為： 1 2 = m （ 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù) K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： 4m =m (10)上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 90 表 得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 12Nm ?？梢?，滿足（ 10）式的要求。 （ 4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度00mm/沖當(dāng)量 =沖 ，可 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 800/(60266690動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖 1 可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩1Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2m，滿足要求。 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度000mm/可 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率6000/（ 6020000此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1 m，滿足要求。 3）最快空載移 動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)速度000mm/應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率0000表知 90動(dòng)機(jī)的極限運(yùn)行頻率為 20000見沒有超出上限。 4）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高起動(dòng)頻率 1800可求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：1=614式說明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候 的起動(dòng)頻率都必須小于 614際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100 100 脈沖 /s）。 綜上所述，本例中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)選用 90進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。 圖 290進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 本例中 X、 Y 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為 90，查表，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)電源為 ，輸入電壓 100V 電流 4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖 2 所示。 圖 2定聯(lián)軸器的型號(hào) 由于數(shù)控平臺(tái)有沖擊，且電動(dòng)機(jī)工作時(shí)經(jīng)常變速，故選用撓性聯(lián)軸器。查閱參考書表 10用 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩： 由估算功率摩擦力作用很小，可忽略： 509 5 50 小于聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩 且工作速度 500 遠(yuǎn)小于允買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 許最高轉(zhuǎn)速 量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用 本設(shè)計(jì) 所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 = 可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出 360/=480 個(gè)步進(jìn)脈沖。考慮到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的 A、 B 相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，因此，編碼器的分辨率可選 120 線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一 個(gè)脈沖信號(hào)。 本例選擇編碼器的型號(hào)為： 狀空心型，孔徑 10電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓 +5V，每轉(zhuǎn)輸出 120 個(gè) A/B 脈沖，信號(hào)為電壓輸出 。 第三章 繪制裝配圖 合與精度等級(jí)。包括特性尺寸、最大體形尺寸、安裝尺寸和主要零件的配合尺寸。 6檢查裝配圖。 第四章 電氣原理圖設(shè)計(jì) 型數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖 單片 機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī) ,因而可以把它看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)。不同系列的單片機(jī)共同的特點(diǎn)是：控制功能強(qiáng)；體積小；功耗低；成本低。 由于上述優(yōu)越性能，單片機(jī)已在工業(yè)、民用、軍用等工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，它在很大程度上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。在買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 軟件和擴(kuò)展接口支持下，單片機(jī)可以代替以往由模擬和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。 如電氣原理圖所