XY工作臺(tái)說(shuō)明書(shū)詳解

1、目 錄目 錄11.摘要12.技術(shù)要求22.1設(shè)計(jì)題目22.2技術(shù)數(shù)據(jù)22.3設(shè)計(jì)要求33.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33.1滾珠絲杠選取43.1.1計(jì)算載荷43.1.2計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值Ca43.2滾珠絲杠副53.2.1根據(jù)Ca選擇滾珠絲杠副53.2.2滾珠絲杠副校核53.3穩(wěn)定性運(yùn)算，空載運(yùn)行時(shí)工作臺(tái)的速度63.3.1計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速63.3.2壓桿穩(wěn)定性計(jì)算63.4滾動(dòng)導(dǎo)軌73.4.1計(jì)算行程長(zhǎng)度壽命Ts73.4.2計(jì)算動(dòng)載荷 73.5選取電機(jī)93.5.1電機(jī)的初選93.5.2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核94.結(jié)語(yǔ)115.參考文獻(xiàn)121.摘要X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)方便而且能夠

2、保證一定的精度。降低成本,是微機(jī)控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。它充分的利用了危機(jī)的軟件硬件功能以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制;使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大,精度和可靠性進(jìn)一步得到提高。X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用8031單片機(jī),及2764,6264存儲(chǔ)器及8155芯片等硬件組成,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫(xiě)一定的程序以實(shí)現(xiàn)一定的加工功能。其基本思想是:通過(guò)圓弧或者直線插補(bǔ)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行幾何加工,每進(jìn)行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn),同時(shí)通過(guò)8155(1)將相應(yīng)的加工進(jìn)刀信息送至刀架庫(kù)中以實(shí)現(xiàn)以之相應(yīng)的走刀,電機(jī)和刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所以實(shí)現(xiàn)了刀具對(duì)工件的加工。該控制系統(tǒng)采用軟件中斷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及子程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

3、單，條件明確在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控中應(yīng)用較多。中斷結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)便于修改和擴(kuò)充，編制較為方便，便于向多處理方向發(fā)展。X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)移成角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器裝置。其工作原理是：每給一個(gè)脈沖便在定子電路中產(chǎn)生一定的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；由于步進(jìn)電機(jī)通的是三相交流電所以輸入的脈沖數(shù)目及時(shí)間間隔不同，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)快慢及旋轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短也是不同的。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)放入其中的通電導(dǎo)體既轉(zhuǎn)子切割磁力線時(shí)具有力的作用，從實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)迫使轉(zhuǎn)子作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)子才可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)絲杠作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。本題目是步進(jìn)電機(jī)，微型計(jì)算機(jī)，插補(bǔ)原理，

4、匯編語(yǔ)言的綜合應(yīng)用，本題目設(shè)計(jì)得到了老師的幫助和支持，最后由關(guān)英俊老師審定，在此表示感謝。因本人水平有限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，處理問(wèn)題也有不妥之處，敬請(qǐng)相關(guān)老師批評(píng)指正。2.技術(shù)要求2.1設(shè)計(jì)題目X-Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)2.2技術(shù)數(shù)據(jù)工作臺(tái)長(zhǎng)寬（mm）:440300 工作臺(tái)重量（N）：3000 工作臺(tái)行程：X=60100mm Y=5080mm 脈沖當(dāng)量：0.050.08mm/p2.3設(shè)計(jì)要求（1）工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用滾珠絲杠螺結(jié)構(gòu) （2）滾珠絲杠支撐方式：雙推簡(jiǎn)支型 （3）驅(qū)動(dòng)電機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) （4）步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠間采用齒輪降速要求消除齒輪間隙3.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)控工作臺(tái)采用由步

5、進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu),其單向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示:圖3.1實(shí)際設(shè)計(jì)的工作臺(tái)為X、Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái),工作臺(tái)是由上拖板、中拖板、下拖板及導(dǎo)軌、滾珠絲杠等組成.其中下拖板與床身固聯(lián),它上面固定X向?qū)к?中拖板在下拖板的導(dǎo)軌上橫向運(yùn)動(dòng),其上固定Y向?qū)к?上拖板與工作臺(tái)固聯(lián),在Y向?qū)к壣弦苿?dòng).X、Y導(dǎo)軌方向互相垂直。3.1滾珠絲杠選取滾珠螺旋傳動(dòng)按滾動(dòng)體循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩類(lèi),其中應(yīng)用較廣的是插管式和螺旋槽式,它們各有特點(diǎn),其軸向間隙的調(diào)整方法主要有墊片調(diào)隙式和螺紋調(diào)隙式,具體的實(shí)現(xiàn)方法可參考教材有關(guān)章節(jié)。滾珠絲杠傳動(dòng)副多為專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn),一般用戶設(shè)計(jì)時(shí)只負(fù)責(zé)選用,在選用時(shí)主要驗(yàn)算其額定

6、動(dòng)載荷和臨界轉(zhuǎn)速,絲杠較長(zhǎng)時(shí)還應(yīng)進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。3.1.1計(jì)算載荷Fc=KFKHKAFa查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表26取，KF=1.3查表27 取KM=1.1查表24 取D級(jí)精度查表28 取 KA=1.0 則Fc=1.31.11.0280=4004N3.1.2計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值Can=100 L=60n = =90hCa= Fc或 表3.2Ca=FcFc=4.484004=17939.92N實(shí)際硬度HRC551.1501.56452 .4403.85 表3.1 載荷性質(zhì)平穩(wěn)或輕度沖擊11.2輕度沖擊1.21.5 較大沖擊、振動(dòng)1.52.5表3.3類(lèi)別普通機(jī)械普通機(jī)床數(shù)控、精密機(jī)械T(h)50

7、001000010000150003.2滾珠絲杠副3.2.1根據(jù)Ca選擇滾珠絲杠副 根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表29漢江機(jī)床TC1型滾珠絲杠，選取FC1型無(wú)密封圈滾珠絲杠，滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷Ca等于或者大于Ca的原則，選用Fc1-2505-3,Ca=1794公斤得絲杠副數(shù)據(jù)： 公稱直徑：（中徑d2）D0=25mm 導(dǎo)程：P=5mm 螺旋角：=3.38 滾珠直徑：d0=3.175mm根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2-1中公式得：螺紋滾道半徑：R=0.52* d0=0.523.175=1.651mm 偏心距：e=0.07(R- d0/2)=0.07(1.651-3.175/2)=0.5286則 電機(jī)空載啟

8、動(dòng)時(shí)，工作速度：V0=0.75則j為傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比P=導(dǎo)程所以 V0-0.75=7.813mm/s3.2.2滾珠絲杠副校核滾珠絲杠副還要受D0*n的值的限制，通常要求D0n7104mmr/minD0n=2510075=1.8105mmr/minnmax 所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振3.3.2壓桿穩(wěn)定性計(jì)算 FK=（N）式中 FK 臨界載荷E材料彈性模量 對(duì)于鋼,E=2.06PaIa絲杠危險(xiǎn)截面慣性矩FK= =3.81012S= 3.4滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌是工作臺(tái)系統(tǒng)的重要組成部分,由于滾動(dòng)導(dǎo)軌具有定位精度高、低速無(wú)爬行、移動(dòng)輕便等顯著優(yōu)點(diǎn),故本工作臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌.滾動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用最廣的是滾珠導(dǎo)軌,按

9、滾珠的循環(huán)方式分類(lèi),滾珠導(dǎo)軌又可分為滾珠不循環(huán)式和可循環(huán)式.在專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化滾動(dòng)導(dǎo)軌中,都為滾動(dòng)體可循環(huán)式,本次導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)負(fù)載情況選用標(biāo)準(zhǔn)化滾動(dòng)導(dǎo)軌,在選用過(guò)程中,主要進(jìn)行額定載荷驗(yàn)算.3.4.1計(jì)算行程長(zhǎng)度壽命TsTs=2Lsn60Th/100 (km)式中 Ls工作單行程長(zhǎng)度(m) n往復(fù)次數(shù) (次/min) Th工作時(shí)間壽命 (h) 3.4.2計(jì)算動(dòng)載荷 Cj=式中 F作用在滑座上的載荷 (N)M滑座個(gè)數(shù)K壽命系數(shù) 一般取K=50kmfT溫度系數(shù) 見(jiàn)表5fC接觸系數(shù) 見(jiàn)表6 fH硬度系數(shù) 見(jiàn)表7 fW負(fù)載系數(shù) 見(jiàn)表8 表3.4 工作溫度（0C）10011001500.

10、91502000.72002500.6 表3.5每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)1120.8130.7240.66表3.6滾道表面硬度HRC605855535045Fh 10.980.90.710.540.38 表3.7工作條件fw無(wú)沖擊、振動(dòng) V15m/min11.5較小沖擊、振動(dòng)V60m/min23.5、分別由指導(dǎo)書(shū)表3.4,3.5,3.6,3.7查得=1.0, =1.0, =1.0, =1.8另取滑座個(gè)數(shù) m=4壽命系數(shù)一般取k=501(km)作用在滑座上載荷Fx=18000N Fy=24000N= =19689.9N= =26275.1N由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2-13查得故選取滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)為HJGD3

11、53.5選取電機(jī)3.5.1電機(jī)的初選初選型號(hào)為110BF003查表可得： 步距角0.75最大靜轉(zhuǎn)矩：7.84N.m 分配方式：3相6拍空載啟動(dòng)頻率：1500stcp/s空載運(yùn)動(dòng)頻率：700 stcp/s外形尺寸：23753.5.2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核空載起動(dòng)時(shí)電機(jī)軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tq=Tj+Tu+To式中 Tj慣性轉(zhuǎn)矩 Tj=J J電機(jī)軸總慣量(包括當(dāng)量) 取1.810-3選傳動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為 Z1=26 Z2=52 模數(shù)為2齒寬 ：B1=15mm B2=15mm則 d1=Z1m=52mm d2=Z2m=104mmJz1= Jz2= Jz3= Td=Jz1+ 2Td=3.14 0.25 J=Jd+

12、Jm= 空載啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩Jj=J= =5.17Nm空載啟動(dòng)時(shí)間為50s電動(dòng)機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩Jw= 附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0= 工作臺(tái)上的最大軸向載荷折算到電機(jī)軸上的負(fù)載Jw= 則空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Tq=Tj+Tu+To=5.170.48+0.11=5.79Nm在最大外載荷下工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：T1=Tw+Tu+To=2.38Nm5 空載啟動(dòng)時(shí)所需電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：Ts1=Td/c=5.79/0.866=6.7Nm最大外載工作時(shí)，所需要最大靜轉(zhuǎn)矩：Ts2=T1/0.30.5=2.38/0.30.5=7.84.8Nm查表Ts=7.847Ts2所以電機(jī)能正常運(yùn)動(dòng)4.結(jié)語(yǔ)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我更加了解了關(guān)于機(jī)電一體化方面的知識(shí)，將理論與實(shí)踐進(jìn)行了很好的實(shí)踐。通過(guò)從圖書(shū)館查閱資料和對(duì)書(shū)上知識(shí)的掌握，使我受益匪淺，獲益良多。本次課程設(shè)計(jì)利用機(jī)電控制系統(tǒng)，采用步進(jìn)電機(jī)控制滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)XY方向的進(jìn)給，Z方向手動(dòng)，采用主軸電機(jī)帶動(dòng)主軸使工件旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)模擬加工工件，具有快速、靈活、精確的特點(diǎn)，該課題對(duì)機(jī)電一體化控制實(shí)驗(yàn)具有很好的使用價(jià)值。本篇論文是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下完成的。在研究分析的過(guò)程中，老師給予了指導(dǎo)，并提供了很多與該課題相關(guān)的重要信息，培養(yǎng)了我對(duì)事情研究