單向滑臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：11204020238:鄒壘指導(dǎo)教師：甘彬老師成績(jī):2015.07.12重慶理工大學(xué)錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。33444561010 .16?1617目錄重慶理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、總體方案的確定1、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、 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2、 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型3、 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型4、 步進(jìn)電機(jī)的選用5、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型6、 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用7、 聯(lián)軸器的選型及校核8、 軸承的選用及校核9、 各傳動(dòng)部件的預(yù)緊203、 驅(qū)動(dòng)器、單片機(jī)及電源211、驅(qū)動(dòng)器的選擇212、單片機(jī)243、

2、82C55和74LS3734、驅(qū)動(dòng)器電源及單片機(jī)電源選擇24四、單片機(jī)VC源程序2529五、參考文獻(xiàn).重慶理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、教學(xué)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能、提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計(jì)是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)上的，是學(xué)生根據(jù)所學(xué)課程進(jìn)行的工程基本訓(xùn)練，課程設(shè)計(jì)的目的在于：1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或試驗(yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知識(shí)領(lǐng)域。2、培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書(shū)籍以及編寫(xiě)技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。3、

3、 培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序和方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。4、 樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)課程設(shè)計(jì)題目：機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)(1) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)；(2) 機(jī)械傳動(dòng)方式：螺旋絲桿、滾珠絲桿、同步皮帶、鏈傳動(dòng)等;(3)電氣控制方式：?jiǎn)纹C(jī)控制、PLC控制；(4)功能控制要求：速度控制、位置控制；(5) 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蚬ぷ餍谐?100mm移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量175kg,負(fù)載移動(dòng)阻力150N,空載最快移動(dòng)速度6000mm/min進(jìn)給最快移動(dòng)速度1200mm/min速度控制精度土0.5%或?qū)崿F(xiàn)行程(位置)控制，控制精度0.01mm三、課程設(shè)

4、計(jì)的基本要求：(1)方案設(shè)計(jì)：根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要功能，確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)；(2)總體設(shè)計(jì)：針對(duì)具體的原理方案，通過(guò)對(duì)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，繪制工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖一張(A2一張)；(3)根據(jù)控制功能要求，完成電氣控制設(shè)計(jì)，給出電氣控制電路原理圖(A2圖一張)；(4)根據(jù)電氣控制原理圖編寫(xiě)相關(guān)的控制程序；(5)每個(gè)學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，字?jǐn)?shù)為3000字以上，設(shè)計(jì)圖紙不少于兩張；(6)用計(jì)算機(jī)繪圖或手工繪圖，打印說(shuō)明書(shū)；(7)設(shè)計(jì)選題分組進(jìn)行，每位同學(xué)采用不

5、同方案(或參數(shù))獨(dú)立完成；四.推薦參考資料1 .機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)2 .微機(jī)原理與接口技術(shù)3 .測(cè)試技術(shù)；4 .機(jī)電傳動(dòng)控制；5 .PLC控制技術(shù)；6.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.機(jī)電控制及自動(dòng)化；&機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)；機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)、總體方案的確定1、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇(1)導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)的工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的數(shù)控機(jī)床，需要承載的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小(0.005mm/p),定位精度高(土0.01mm),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)。選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副(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(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直

6、線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量和土0.01mm的定位精度，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(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙，而且滾珠絲杠已經(jīng)系列化，選用非常方便，有利于提高開(kāi)發(fā)效率。選滾動(dòng)絲杠螺母副(3)伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書(shū)規(guī)定的空載最快移動(dòng)速度6000mm/min。因此，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。伺服電機(jī)選步進(jìn)電機(jī)(5)檢測(cè)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(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給精度對(duì)于步進(jìn)電

7、動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高的，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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，并在電動(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(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。檢測(cè)裝置的選用:增量式旋轉(zhuǎn)編碼器單卜f步進(jìn)電機(jī)J股軸尋流珠絲杠片機(jī)Hr一編碼器系統(tǒng)總體框圖(1)設(shè)計(jì)的工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控機(jī)床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)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。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，選用單片機(jī)，應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。單片機(jī)(3)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型

8、1、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工作平臺(tái)、滑塊等，估計(jì)重量約為G=500N500N。2、宜線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型(1)滑塊承受工作載荷Fmax的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載何；是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。工作臺(tái)米用水平布置利用雙導(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)導(dǎo)軌副的型號(hào)：KL系列的JSA-LG25型導(dǎo)軌長(zhǎng)度為3000mm滑塊7承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直萬(wàn)向載荷為：F(2-2maxGF2)其中，移動(dòng)部件重量G=500N外加載荷F=FZ=1750N，代入式2-2得最大工作載荷查表3-41,根據(jù)工作載荷F

9、max=1875N,初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG25型，其額荷Ca=7.94kN,額日載荷C0a=9.5kN。查表3-35,按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌長(zhǎng)度為3000mm.表3-35JSA型導(dǎo)軌長(zhǎng)度系列導(dǎo)軌型號(hào)導(dǎo)軌長(zhǎng)度系JSA-LG15280340400460520580640700760820940JSA-LG20340400520580640760820940100011201240JSA-LG2546064080010001240136014801600184019603000JSA-LG3552060084010001080124014801720220024403000J

10、SA-LG4555065750850950125014501850205025503000JSA-LG5566078090010201260138015001980222027003000JSA-LG65820970112012701420157017202020232027703000(2)品萌額定壽命L的計(jì)算上述選取的ZL系列JSA-LG25型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC工作溫度不超過(guò)100C,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。查表滾道硬度（HRC）50555864fH0.530.81.0表3-36硬度系數(shù)表3-37溫度系數(shù)工作溫度/c<100100150

11、150200200250fT1.000.900.730.60表3-38接觸系數(shù)距離壽命為44700km遠(yuǎn)大于期望值50km ,故品巨離額定壽命滿足要求每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)12345fC1.000.810.720.660.61表3-39精度系數(shù)精度等級(jí)2345fR1.1.00.90.9表3-40載荷系數(shù)無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速速度小于15m/min場(chǎng)合,fw11.5無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的中速速度為15?60m/mi n1.52場(chǎng)合,有外部沖擊或振動(dòng)的圖速速度大于60m/mi n場(chǎng)合,23.5分別取硬度系數(shù)fH=1.0、溫度系數(shù)fT=1.00、接觸系數(shù)fC =0.81、精度系數(shù)fR =0.9、載荷系數(shù)fW

12、=1.5 ,代入式2-3 ,得所選絲杠的距離壽命為42600kmfH fT fc f R CaFmax100(2-3 )即 l 1.0 1.00 0.81 0.9 7.941004.47 104km1.5 0.757結(jié)論：所選導(dǎo)軌的距離壽命遠(yuǎn)大于期望值50km ,故距離額定壽命滿足要求。3、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型（與絲杠軸線平行）Fx=150N，受到垂直方向的載荷（與（1）最大工作載荷Fm的計(jì)算工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷工作臺(tái)面垂直）Fz=1875N。3-29已知移動(dòng)部件總重量G=500N按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表表3-29最大工作載荷Fm實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù)導(dǎo)軌類型實(shí)驗(yàn)公式K矩形導(dǎo)軌FmK

13、Fx(FzFyG)1.10.15燕尾導(dǎo)軌FmKR(Fz2FyG)1.40.2三角形或綜合導(dǎo)軌FmKFX(FzG)1.150.150.8注：表中摩擦因數(shù)口均為滑動(dòng)導(dǎo)軌。對(duì)于貼塑導(dǎo)軌口=0.03?0.05,滾動(dòng)導(dǎo)軌口=0.003?0.005表中，F(xiàn)x為進(jìn)給方向載荷，F(xiàn)y為橫向載荷，F(xiàn)z為垂直載荷，單位均為N；G為移動(dòng)部件總重力，單位為N；K為顛覆力矩影響系數(shù)；口為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。曰劣丁氏卻5取大工作載何：取移動(dòng)部件總重量G=500N按矩形導(dǎo)軌進(jìn)彳f計(jì)算，查表3-29,取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1,滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因素口=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm2024NFmKR(FzFyG)1.11500.00518755002024N(2)最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算工作臺(tái)的最快進(jìn)給速度v=3000mm/min,初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mimi則此時(shí)絲松轉(zhuǎn)速n=v/Ph=600r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L0=60nT/106,得絲杠