「机电一体化系统综合课程设计_X-Y数控工作台设计说明书边缘冰点」46641.pdf
总体方案设计 11 设计任务 设计一个数控工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工,重复定位精度为001m，定位精度为 0.025mm。设计参数如下：负载重量 G=50N；台面尺寸 CBH145mm10mm12mm;底座外形尺寸 C1B1H10mm20mm0m;最大长度=388mm；工作台加工范围X=55m,Y=mm;工作台最大快移速度为m/mn。1.总体方案确定（1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本,采用步进电机开环伺服系统驱动 X工作台。(2）计算机系统 本设计采用了与 MC-51 系列兼容的 AT8S51 单片机控制系统。它的主要特点是集成度高,可靠性好,功能强，速度快,有较高的性价比。控制系统由微机部分、键盘、LED、/接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LD 显示数控工作台的状态。()X工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙,采用预加负荷的结构。由于工作台的运动载荷不大,因此采用有预加载荷的双形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取,为达到分辨率的要求,需采用齿轮降速传动。图 1-1 系统总体框图 二、机械系统设计 2.1、工作台外形尺寸及重量估算 X 向拖板(上拖板)尺寸：长宽高 15105 重量：按重量体积材料比重估算 32145 16050 107.8 1090 Y 向拖板(下拖板)尺寸：145 16050 重量：约 90N。上导轨座(连电机）重量:223(220 140382 1558)7.8 10101.1 10107()N 夹具及工件重量:约50 。X-Y 工作台运动部分的总重量:约87N。2.2、滚动导轨的参数确定、导轨型式：圆形截面滚珠导轨、导轨长度 上导轨(X 向）取动导轨长度 100Bl 动导轨行程 55l 支承导轨长度 155BLll 下导轨(Y 向)50l 100Bl 150L 选择导轨的型号:GTA16 、直线滚动轴承的选型 上导轨 240()XGN 下导轨 287()YGN 由于本系统负载相对较小,查表后得出 LM10UUOP 型直线滚动轴承的额定动载荷为 30N,大于实际动负载;但考虑到经济性等因素最后选择 LM1UOP 型直线滚动轴承。并采用双排两列 4 个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。、滚动导轨刚度及预紧方法 当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大,受力小的滚动体变形小。当导轨在位置时,两端滚动体受力相等,工作台保持水平;当导轨移动到位置或时,两端滚动体受力不相等,变形不一致，使工作台倾斜 角,由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形,会使工作台下凹(有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。2.、滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计算。、最大动负载 Q 的计算 3HQL f f P 查表得系数1f,1Hf,寿命值 66010nTL 查表得使用寿命时间 T=1500h,初选丝杠螺距 t4mm，得丝杠转速 max10001000 1250(/min)4Vnrt 所以 660250 1500022510L 向丝杠牵引力 1.414xxPf G当 ()f当当量摩擦系数 1.4140.012403.39()N Y 向丝杠牵引力 1.4141.4140.01 2874.06()yyPf GN当 所以最大动负荷 X 向 32251 1 3.3920.6()xQN 向 32251 1 4.0624.7()yQN 查 表，取 滚 珠 丝 杠 公 称 直 径 010dmm,选 用 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的型号为 SF104,其额定动载荷为 390N，足够用。、滚珠丝杠螺母副几何参数计算 表 2-1 滚珠丝杠螺母副几何参数 名 称 符 号 计算公式和结果 螺纹滚道 公称直径 0d 10 螺距 t 4 接触角 45 钢球直径 qd 2 螺纹滚道法面半径 R 0.521.04qRd 偏心距 e/2 sin0.03qeRd 螺纹升角 0arc7.26ttgd 螺杆 螺杆外径 d 00.2 0.259.5qddd 螺杆内径 ld 0227.98lddeR 螺杆接触直径 zd 0cos8.59zqddd 螺母 螺母螺纹外径 D 02212.02DdeR 螺母内径(外循环)1D 100.2 0.25510.5qDdd 见表 2-1。、传动效率计算 7.260.973()(7.260.2)tgtgtgtg 式中:摩擦角；丝杠螺纹升角。、刚度验算 滚珠丝杠受工作负载 P 引起的导程0L的变化量 01PLLEF Y 向所受牵引力大，故应用向参数计算 24.7()PN 00.4()Lcm 6220.6 10(/)EN cm 材料为钢 2220.7983.140.52FRcm 所以 61624.70.51.2 10()20.6 100.5Lcm 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量2L很小，可以忽略。所以导程总误差 601001001.2 103/0.4Lm mL 查表知 E 级精度的丝杠允许误差15 m，故刚度足够。、稳定性验算 由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。.4、步进电机的选用、步进电机的步距角b 取系统脉冲当量0.01/pmm step,初选步进电机步距角1.5b。、步进电机启动力矩的计算 设步进电机等效负载力矩为 T,负载力为 P,根据能量守恒原理,电机所做的功与负载力做功有如下关系 TPs 式中:电机转角；s 移动部件的相应位移;机械传动效率。若取 b，则ps，且SPPG,所以 36()2pSbPGTN cm 式中：SP 移动部件负载(N）；G移动部件重量（）;zP与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（)；导轨摩擦系数；b步进电机步距角，（rd)；电机轴负载力矩（N cm)本例中，取0.03(淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），0.96，SP为丝杠牵引力，24.7sHPPN。考虑到重力影响，Y 向电机负载较大,因此取287yGGN,所以 360.01 24.70.032871.33()21.50.96TN cm 若不考虑启动时运动部件惯性的影响,则启动力矩 0.3 0.5qTT 取安全系数为 0.3,则 1.334.420.3qTN cm 对于工作方式为三相六拍的三相步进电机
