課程設(shè)計(jì)二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、寧波大學(xué)科技學(xué)院理工分院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)機(jī)電模塊課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名施云龍學(xué) 號(hào)084174025班 級(jí)08機(jī)械1班指導(dǎo)教師胡利永學(xué) 期20112012學(xué)年第二學(xué)期設(shè)計(jì)時(shí)間2012、02、172012、03、09內(nèi)附資料1、課程設(shè)計(jì)說明書一份（含設(shè)計(jì)任務(wù)書）；2、二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)裝配圖一張（a0）；3、二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)電氣控制原理圖一張（a1）；4、計(jì)算說明書草稿一份。成 績2012、03目錄一.機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)目的 （1）二.機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 （1）三.x軸方案及參數(shù)計(jì)算 （1）1.方案擬定 （1）2.x軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確

2、定及選擇 （1）3.x軸聯(lián)軸器選擇 （3）四.x軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 （3）1.x軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 （3）2.x軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 （4）五.y軸方案及參數(shù)計(jì)算 （5）1.y軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇 （5）2.y軸聯(lián)軸器選擇 （7）六.y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 （7）1. y軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 （7）2. y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 （8）七.繪制裝配圖 （9）八.電氣原理圖設(shè)計(jì) （10）九.參考文獻(xiàn) （11）一、機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，所進(jìn)行的機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的綜合性訓(xùn)練。通過該環(huán)節(jié)達(dá)到下列目的：（1）鞏固和加深專業(yè)課所學(xué)的理論知識(shí)；（2）培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際，

3、解決工程技術(shù)問題的動(dòng)手能力；（3）進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的基本功訓(xùn)練，包括以下10方面基本功：1）查閱文獻(xiàn)資料；2)分析與選擇設(shè)計(jì)方案；3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4）電氣控制原理設(shè)計(jì)；5）機(jī)電綜合分析；6）繪工程圖；7）運(yùn)動(dòng)計(jì)算和精度計(jì)算；9）撰寫設(shè)計(jì)說明書；10）貫徹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。二、機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的原始數(shù)據(jù)，在教師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)工作。原始數(shù)據(jù)包括典型工況下，工作臺(tái)速度、進(jìn)給抗力及臺(tái)面上工作物重量；工作臺(tái)定位精度、臺(tái)面尺寸和行程。設(shè)計(jì)具體要求完成以下工作：（1）數(shù)控工作臺(tái)裝配圖（1：1比例或0圖幅） 1張；（2）數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖（2圖幅

4、） 1張；（3）設(shè)計(jì)說明書（1020）頁 1本；所有圖樣均采用cad繪制打印，設(shè)計(jì)說明書按規(guī)定撰寫。三x軸方案及參數(shù)計(jì)算1 方案擬定方案擬定即確定工作臺(tái)傳動(dòng)的形式和控制方式及主要部件或器件的類型。（1）驅(qū)動(dòng)控制方式 由給定的工作臺(tái)精度要求較低，為簡化結(jié)構(gòu)，故采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。主要由步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路、滾珠絲杠副組成。（2）傳動(dòng)形式確定工作臺(tái)x方向和y方向兩個(gè)坐標(biāo)分別采用步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。工作臺(tái)x方向采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)方式，可以通過降速擴(kuò)大轉(zhuǎn)矩輸出，匹配進(jìn)給系統(tǒng)慣量，獲得要求的輸出機(jī)械特性，同時(shí)減小脈沖當(dāng)量。工作臺(tái)y方向采用直接傳動(dòng)方式，電機(jī)通過剛性聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)。

5、結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。絲杠轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出完全與電機(jī)的輸出特性一致。2. x軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇計(jì)算及說明結(jié)果x參數(shù)選定與計(jì)算vx=2.25 m/min=0.0375m/s, fx=210n, px=fxvx=7.875w1）脈沖當(dāng)量選擇初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時(shí)，步矩角=0.75,初定脈沖當(dāng)量 =0.01mm/p, 絲杠導(dǎo)程tsp=6mm,中間齒輪傳動(dòng)比i為: i=(tsp)(360i)=0.756(3600.01)=1.25由i確定齒輪齒數(shù)為z1=24,z2=241.25=30,模數(shù)m=2mm,齒寬b1=16mm，b2=15mmx圓柱斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)如下：1.選定齒輪精度、材料、齒數(shù)及

6、螺旋角1）.選精度為7級(jí)2）.選小齒輪為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,硬度為240hbs，兩者硬度差為40hbs3）.選擇齒數(shù)z1=24,z2=z1i=241.25304）.選取螺旋角， 初選14o2.（1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)d1t2ktt1（u1）(zhze)2/dauh2(1/3)1).試選kt=1.6, (由1表10-6)得材料彈性影響系數(shù)ze189.8mpa2).(由1圖10-30得)選取區(qū)域系數(shù)zh=2.433,(由1表10-7)選取齒寬系數(shù)d0.33).（由1圖10-26）查得a10.78，a20.85，則aa1+a21.634).應(yīng)力循環(huán)系

7、數(shù)取j=1， 所以： n= vx1000i/tsp469n1=60n2jlh=604691(2830015)2.02608109 n2=n1/i=2.02608109/1.251.6208641095).（由1圖10-19）查得接觸疲勞壽命系數(shù)khn1=0.85,khn2=0.87,6).（由1圖10-21d）查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限hlim1=600mpa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限hlim2=550mpa,7).計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取安全系數(shù)s=1,由式（10-12）得： h1khn1hlim1/s=0.85600/1510mpah2khn2hlim2/s=0.87

8、550/1478.5mpah= （h1+h2)/2=494.25 mpa8) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：t1=95.5105px/nx=95.51050.007875/468.75=160.44n.mm（2）.計(jì)算 1）.試算小齒輪分度圓直徑d1t21.6160.442.25/（0.31.581.25）（2.433189.8/494.25）2）（1/3）16.5 mm 2).計(jì)算圓周速度 v=d1tn1/(601000)0.4048m/s3).計(jì)算齒數(shù)b及模數(shù)mnt： b=dd1t=0.316.54.95 mmmnt=d1tcos/z1=16.5cos14o/24=0.65h=2.25mnt=2.

9、250.65mm =1.4625 mmb/h=4.95/1.4625=3.44).計(jì)算縱向重合度0.318dz1tan=0.3180.324tan14o=0.575).計(jì)算載荷系數(shù)k,（查1表10-2）得使用系數(shù)ka=1.25,根據(jù)v=0.0375 m/s ,7級(jí)精度，由（1圖10-8）查得動(dòng)載系數(shù)kv=1.01,（由1表10-4）查得kh的計(jì)算公式：kh=1.12+0.18(1+0.67d2) d2+0.2310-3b=1.14由b/h=3.4,(由1圖10-13)查得kf=1.14, 由（1表10-3）查得kh=kf=1.2,故載荷系數(shù)k=kakvkhkf=1.251.011.21.081

10、.736）.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1=d1t(k/kt)(1/3)=16.5（1.73/1.6）（1/3）=16.8 mm7).計(jì)算模數(shù)mn=d1cos/z1=16.8cos14o/24=0.68 mm3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)1).按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)mn(2kt2ycos2/dz12)(yfys/f)(1/3)計(jì)算載荷系數(shù)，k=kakvkfkf=1.251.011.21.141.73根據(jù)縱向重合度0.57，由（1圖10-28）查得螺旋角影響系數(shù)y=0.93計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)zv1=z1/cos3=24/cos314o=26.27 zv2=z2/cos3=30/cos314o=32.8由

11、（1表10-5）查得：yfa1=2.592,ysa1=1.596 yfa2=2.49, ysa2=1.629因?yàn)樾↓X輪彎曲極限強(qiáng)度fe1=500mpa,大齒輪fe2380mpa,由（1圖10-18）得彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn1=0.85,kfn2=0.88,取安全系數(shù)s=1.1f1khn1fe1/s=386.36mpaf2khn2fe1/s304mpa計(jì)算大、小齒輪yfa1 ysa1/f1并加以比較yfa1 ysa1/f12.5921.596/386.36=0.0107yfa2ysa2/f2=2.491.629/3040.013 取大齒輪數(shù)據(jù)2).設(shè)計(jì)計(jì)算mn21.73160.440.013(c

12、os14)2/（0.32421.63）（1/3）0.252m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)，取mn2 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑d1=48mm ,來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有z1=d1cos/mn=48cos14o/223.28，取z124則z2uz1=1.2524304幾何尺寸計(jì)算中心距 a=(z1+z2)mn/(2cos)=(24+30)2/（2cos14o）55.65 mm 所以圓整為56 mm按圓整后的中心距修正螺旋角arccos(z1+z2)mn/2a=arcos(24+3

13、0) 2/(256) =15.36o因值改變不多，故參數(shù)、k、zh等不必修正 計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑d1=z1mn/cos=242/cos15.395o =49.78mmd2=z2mn/cos=302/cos15.395o =62.22mm計(jì)算齒輪寬度b=dd1=0.349.7814.91mm所以取b2=15mm,為易于補(bǔ)償齒輪軸向位置誤差，應(yīng)使小齒輪寬度大于大齒輪寬度，所以小齒輪約為b1=16mm2)等效傳動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jg1=(d14b1)32=(4.978)41.67.8510-332 =7.610-5 kg.m2式中 鋼密度=7.8510-3 kg/cm3同

14、理,大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 jg2=1710-5 kg.m2 由3表3-13初選滾珠絲杠 cdm2005-2.5, 得到 d0=20 mm ,l=490 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 js=(d04l)32=(2)4497.8510-33210-4 kg.m2 =610-5 kg.m2拖板及工作物重和導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,拖板重量及工作物重約為15kgjw=(g/g)(tsp2) 2i2 =15(0.0052) 2 1.252 =7.310-6 kg.m2因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量je je= jg1+ jw+( jg2+js) i2 =7.610-5 kg.m2+0.7310-5 +(171

15、0-5 +610-5) (1.25)2 =1.5610-4 kg.m2 3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)由3式(2-7)(2-9)可知:mt=(fx+fy) tsp/(2i)= (210+0.06210) 0.006/(20.81.25)=0.2115n.mmf= (ff tsp)/(2i)= (wtsp)/(2i)=(0.06159.80.006)/ (20.81.25)=0.008375n.m上述式中 絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取，=0.8為摩擦系數(shù)取0.06,nmax=(vmax/)(/360)=(2250/0.01) (0.75/360)=468r/min取起動(dòng)加速時(shí)間t=0

16、.03 s初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75bc380a,矩頻特性如下圖所示,其最大靜轉(zhuǎn)矩 mjmax=0.98n.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jm=110-4 kgm2, fm=2200hz.故 m0=(fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3fxtsp)(2i) (1-02) =(1/3) 2100.005(20.81.25) 1-0.92=0.0127n.m式中 fp0滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取fx/3 fx進(jìn)給牽引力(n) 0滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.9j=( je +jm)= 1.5610-4 kgm2+110-4 kg.m2 =2.5610-4 kg.m2ma=( je +jm)( 2nmax)/(

17、60t)= 2.5610-4 (2468)(600.03)=0.4162n.mmq= mamax+ mf+ m0=0.4162+0.008375+0.0127=0.437275n.mmc= mt+ mf+ m0=0.2115+0.008375+0.0127=0.23n.mmk= mf+ m0=0.008375+0.0127=0.021075n.m從計(jì)算可知, mq最大,作為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù).mq/ mjmax=0.202 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)je /jm=0.69 flfc=v1max/(60)=300/(600.01)=500 fl所以,與fc對(duì)應(yīng)的mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩

18、校核,顯然滿足要求.綜上所述,可選該型號(hào)步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量.ze189.8mpazh=2.433d0.3t1=160.44n.mmd1t16.5 mma=56mmd0=20 mm l=490 mmjs=610-5 kg.m2jw=7.310-6je=1.5610-4 kg.mmt=0.2115n.mmf=0.008375n.mnmax=468r/minm0=0.0127 n.mma= 0.4162n.mmq=0.437275n.mmc=0.23n.mmk=0.021075n.mfl=1700 hz3.x軸聯(lián)軸器選擇聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線

19、偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動(dòng)裝置工作要求來選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。四、x軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算1. x軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)（1）滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型滾珠循環(huán)方式 由2表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式 軸向間隙預(yù)緊方式 預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.由3表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式. (2)滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列采用絲杠公稱直徑 20mm,導(dǎo)程為6mm, 絲杠外徑19.5mm，絲杠內(nèi)徑15.9mm，循環(huán)圈數(shù)2.5，基本動(dòng)載荷8451n，基本靜載荷18352n.(3)滾珠絲杠精度等級(jí)確定絲杠有效行程

20、 由導(dǎo)程查得余程le=24mm，得絲杠有效行程lv=394 mm精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差ep=0.02/300160103=10.6由2表5-5得,精度等級(jí)為t2(4)滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束.由2表5-6查得,采用兩端簡支(f-s)支承形式.(5)滾珠絲杠副的選擇本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動(dòng)負(fù)荷cacaj選擇滾珠絲杠副由2式（3-2）可知：caj=(fefw)/(fhftfafk)(60lhne)/(106)1/3式中 caj -滾珠

21、絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(n) fe-絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(n). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半fe=(210+0.06210)/2=111.3n ne-絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 ne=2250/6=375r/min. lh-絲杠工作壽命(h). 查考2表5-7得lh=15000 h. ft-溫度系數(shù). 查2表5-8,得ft=0.70 fa-精度系數(shù). 查2表5-9得fa=0.90 fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查2表5-10得fw=0.95 fh-硬度系數(shù).查2表5-11得fh=1.0 fk-可靠性系數(shù).查2表5-12得fk=0.21.計(jì)算得caj=3758nfmax臨界轉(zhuǎn)速 對(duì)于在

22、高速下工作的長絲杠，須驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，以防止絲杠共振. ncr=9910(f22d2)/lc2式中 f2-絲杠支承方式系數(shù),f -s取3.927 lc -臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度. lc=430mm. d2-絲杠螺紋底徑,取15.9mmncr= 17743r/min nmax,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20250=500070000軸承選擇校核由1表6-1選深溝球軸承6201.由1表6-6選角接觸球軸承7001ac.參考1中有關(guān)內(nèi)容，計(jì)算略定位精度驗(yàn)算(略)(7)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù)滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料

23、為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動(dòng)而產(chǎn)生附加阻力.滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑用鋰基潤滑劑.2.x軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)軌的功用是使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng),并承受運(yùn)動(dòng)部件上的載荷,即起導(dǎo)向和承載作用,導(dǎo)軌副中,運(yùn)動(dòng)的一方稱作運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,與機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)結(jié),不動(dòng)的一方稱作支承導(dǎo)軌,與機(jī)械的支承部件聯(lián)結(jié).支承部件用以支承和約束運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,使之按功能要求作正確的運(yùn)動(dòng).(1) 選日本nsk型滾動(dòng)導(dǎo)軌 ，e級(jí)精度，fh=1,ft=1,fc=0.81 ,fa=1,fww=1(2) 壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:lh=10300280.8=38400 h 每分鐘往復(fù)次數(shù)

24、nz=8(3) l=(2lsnz60lh)/(103)= 5898.24km計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺(tái)及其物重約為100n故：p=100/4=25n計(jì)算需要的動(dòng)載荷c(4) ca=( fwp)(fh ft fc fa)(l/50)1/3=986n由3查表320選用nsk ly25al型號(hào)滾動(dòng)導(dǎo)軌副,其co=1740n. coa=2650n(3)滾動(dòng)導(dǎo)軌間隙調(diào)整預(yù)緊可以明顯提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時(shí),滾動(dòng)體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量.(4)潤滑與防護(hù)潤滑:采用脂潤滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵.防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命.防護(hù)方式用蓋板式.

25、五、y軸方案及參數(shù)計(jì)算1y軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇計(jì)算及說明結(jié)果y參數(shù)選定與計(jì)算vy=2m/min=1/30m/s, fy=190n , py=fyvy=6.33w1）脈沖當(dāng)量選擇初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步矩角=0.36,初定脈沖當(dāng)量 =0.005mm/p, 絲杠導(dǎo)程tsp=5 mm,中間齒輪傳動(dòng)比i為: i=(tsp)/(360)=0.365(3600.005)=1故采用直接傳動(dòng)方式；采用剛性聯(lián)軸器直接帶動(dòng)絲杠。2)等效傳動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)初選滾珠絲杠cdm2005-2.5, 得到 d0=20 mm ,l=370 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 js=(d04l)32=(2)4377.

26、8510-33210-4 kg.m2 =4.5610-5 kg.m2式中 鋼密度=7.8510-3 kg/cm3拖板及工作物重和導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,拖板及工作物重和導(dǎo)軌重之和約為12kgjw=(w/g)(tsp2) 2i2=15(0.52) 21210-4kg.m2=9.510-6 kg.m2因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jeje= jw+js =9.510-6+4.5610-5=5.5110-5 kg.m2 3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)由3式(2-7)(2-9)可知:mt=(fy+fx) tsp/(2i)= (190+0.06190) 0.005/(20.8

27、1)=0.2008 n.mmf= (ff tsp)/(2i)= (w tsp)/(2i)=(0.06159.80.005)/ (20.81)=0.00875n.m上述式中 絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 =0.8為摩擦系數(shù)取0.06nmax=(vmax/)(/360)=(2000/0.01) (0.36/360)=200r/min取起動(dòng)加速時(shí)間t=0.03 s初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75bf006a,矩頻特性如下圖所示,其最大靜轉(zhuǎn)矩 mjmax=1.98 n.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jm=0.710-4 kgm2, fm=1450hz.m0=(fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3fytsp)(2i) (1-02

28、) =(1/3) 1900.005(20.81) 1-0.92=0.012n.m式中 fp0滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取fy/3 fy進(jìn)給牽引力(n) 0滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.9ma=( je +jm)( 2nmax)/(60t)=1.255110-4(2200)(600.03)=1.557n.mmq= mamax+ mf+ m0=1.557+0.00875+0.012=1.57775n.mmc= mt+ mf+ m0=0.2008+0.00875+0.012=0.22155n.mmk= mf+ m0=0.00875+0.012=0.02075n.m從計(jì)算可知, mq最大,作為初選電動(dòng)

29、機(jī)的依據(jù).mq/ mjmax=1.557/1.98=0.8滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)je /jm=0.787 flfc=v1max/(60)=300/(600.005)=1000 fl所以,與fc對(duì)應(yīng)的mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求.綜上所述,可選該型號(hào)步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量.py=6.33wd0=20 mm l=370 mmjs=4.5610-5 kg.m2jw=9.510-6je=5.5110-5 kg.m2mt=0.2008n.mmf=0.00875n.mnmax=200 r/min選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75bf006 am0=0.012 n.mma= 1.557n.mm

30、q=1.57775n.mmc=0.22155n.mmk=0.02075n.mfl=1076hz2.y軸聯(lián)軸器選擇聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動(dòng)裝置工作要求來選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。六、y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算1. y軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)（1）滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型滾珠循環(huán)方式 由2表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式 軸向間隙預(yù)緊方式 預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.由3表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式. (2)滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列采

31、用絲杠公稱直徑 20mm,導(dǎo)程為5mm, 絲杠外徑19.5mm，絲杠內(nèi)徑17.6mm,循環(huán)圈數(shù)2.5，基本動(dòng)載荷8451n，基本靜載荷18352n.(3)滾珠絲杠精度等級(jí)確定絲杠有效行程 由導(dǎo)程查得余程le=20 mm，得絲杠有效行程lv=270 mm精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差ep=0.02/300100103=6.67由2表5-5得,精度等級(jí)為t2(4)滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束.由2表5-6查得,采用兩端簡支(f-s)支承形式.(5)滾珠絲杠副的

32、選擇本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動(dòng)負(fù)荷cacaj選擇滾珠絲杠副由2式（3-2）可知：caj=(fefw)/(fhftfafk)(60lhne)/(106)1/3式中 caj滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(n) fe-絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(n). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半fe=100.7n ne-絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 ne=400 r/min. lh-絲杠工作壽命(h). 查考2表5-7得lh=15000 h. ft-溫度系數(shù). 查2表5-8,得ft=0.70 fa-精度系數(shù). 查2表5-9得fa=0.9 fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查2表5-10得fw=0.95 fh-

33、硬度系數(shù).查2表5-11得fh=1.0 fk-可靠性系數(shù).查2表5-12得fk=0.21計(jì)算得caj=3958nfmax臨界轉(zhuǎn)速 對(duì)于在高速下工作的長絲杠，須驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，以防止絲杠共振. ncr=9910(f22d2)/lc2式中 f2-絲杠支承方式系數(shù),f -s取3.927 lc -臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度. lc=310mm. d2-絲杠螺紋底徑,取17.6mmncr=15194r/min nmax,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20400=800070000由1表6-1選深溝球軸承6201.由1表6-6選角接觸球軸承7001ac. 參考1中有關(guān)內(nèi)容，計(jì)算略定位精度驗(yàn)算(略)(7)滾動(dòng)導(dǎo)軌副

34、的防護(hù)滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動(dòng)而產(chǎn)生附加阻力.滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑用鋰基潤滑劑.2.y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)軌的功用是使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng),并承受運(yùn)動(dòng)部件上的載荷,即起導(dǎo)向和承載作用,導(dǎo)軌副中,運(yùn)動(dòng)的一方稱作運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,與機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)結(jié),不動(dòng)的一方稱作支承導(dǎo)軌,與機(jī)械的支承部件聯(lián)結(jié).支承部件用以支承和約束運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,使之按功能要求作正確的運(yùn)動(dòng).(5) 選日本nsk 型滾動(dòng)導(dǎo)軌 ，e級(jí)精度，fh=1,ft=1,fc=0.81 ,fa=1,fww=1(6) 壽命

35、按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:lh=1030080.8=38400 h 每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8(7) l=(2lsnz60lh)/(103)= 4055.04km計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺(tái)及其物重約為94np=94/4=23.5n計(jì)算需要的動(dòng)載荷c(8) c=(fwp)(fhftfcf)(l/50)1/3=216n由3查表320選用nsk ly25al型號(hào)滾動(dòng)導(dǎo)軌副,其co=1740n. coa=2650n(3)滾動(dòng)導(dǎo)軌間隙調(diào)整預(yù)緊可以明顯提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時(shí),滾動(dòng)體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量.(4)潤滑與防護(hù)潤滑:采用脂潤滑,使

36、用方便,但應(yīng)注意防塵.防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命.防護(hù)方式用蓋板式.七、繪制裝配圖1.標(biāo)注裝配圖尺寸、配合與精度等級(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。2.寫出工作臺(tái)的技術(shù)特征。3.編寫技術(shù)要求。4.對(duì)所有零件進(jìn)行編號(hào)。5.列出零件明細(xì)表及標(biāo)題欄。6檢查裝配圖。 八、電氣原理圖設(shè)計(jì)1.典型數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖的說明單片機(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

37、、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)。如電氣原理圖所示的就是通過單片機(jī)及其外圍接口實(shí)現(xiàn)的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖。它由8031型單片機(jī)、數(shù)據(jù)鎖存器74ls373、存儲(chǔ)器eprom2764、ram6264、地址譯碼器74ls138、并行i/o接口8255等集成電路構(gòu)成。下面分別說明它們?cè)谡麄€(gè)控制部分中的功能、用法及其選擇原則。（1）單片機(jī)的選擇設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，首先要設(shè)計(jì)其核心的單片機(jī)系統(tǒng)。從一開始就有一個(gè)單片機(jī)芯片選型問題。面對(duì)不同字長，如4位、8位、16位，各具

38、特色的單片機(jī)芯片如何進(jìn)行選擇呢？首先要滿足所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能和性能要求；其次要選擇價(jià)格較低的芯片，不要盲目追求過多功能和過高性能；另外要選擇那些在國內(nèi)有成熟的開發(fā)系統(tǒng)和穩(wěn)定的供貨來源。如采用流行普遍使用的芯片，資料豐富，能有效地縮短開發(fā)周期。本課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)型的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)，其功能比較簡單，成本低。因而這里選用mcs-51系列的8031單片機(jī)作為cpu，它具有良好的性能價(jià)格比，且易擴(kuò)展。（2）外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展mcs-51的程序存儲(chǔ)器空間為64k字節(jié)。對(duì)于片內(nèi)無rom的單片機(jī)（如8031），或當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展是必不可缺的。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器eprom、eeprom、rom等在原理上都可用作單片機(jī)的外部程序存儲(chǔ)器。由于eprom價(jià)格低