十字滑臺設(shè)計

目錄1.序言22.技術(shù)要求22.1 設(shè)計題目22.2 技術(shù)數(shù)據(jù)22.3 設(shè)計要求23.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計23.1 絲杠選取33.1.1 計算動載荷33.2 滾珠絲杠副的選取43.2.1計算載荷43.2.2根據(jù)Ca選擇滾珠絲杠副43.2.3計算額定動載荷計算值Ca43.2.4滾珠絲杠副校核53.3穩(wěn)定性運算53.3.1計算臨界轉(zhuǎn)速 53.3.2壓桿穩(wěn)定性計算63.4 滾動導軌63.4.1計算行程長度壽命 Ts63.4.2計算動載荷 6、3.5 選取電機83.5.1 電機的初選83.5.2 步進電機轉(zhuǎn)動的校核84.結(jié)語115.參考文獻111.序言X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計是一個開環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡單。實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度。降低成本,是微機控制技術(shù)的最簡單的應(yīng)用。它充分的利用了危機的軟件硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制;使機床的加工范圍擴大,精度和可靠性進一步得到提高。X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計是利用8031單片機,及2764,6264存儲器及8155芯片等硬件組成,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定的程序以實現(xiàn)一定的加工功能。其基本思想是:通過圓弧或者直線插補程序以實現(xiàn)對零件進行幾何加工,每進行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn),同時通過8155(1)將相應(yīng)的加工進刀信息送至刀架庫中以實現(xiàn)以之相應(yīng)的走刀,電機和刀具的相對運動所以實現(xiàn)了刀具對工件的加工。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)簡單，條件明確在經(jīng)濟型數(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)計因為這種結(jié)構(gòu)便于修改和擴充，編制較為方便，便于向多處理方向發(fā)展。X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計采用步進電機作為驅(qū)動裝置。步進電機是一個將脈沖信號轉(zhuǎn)移成角位移的機電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器裝置。其工作原理是：每給一個脈沖便在定子電路中產(chǎn)生一定的空間旋轉(zhuǎn)磁場；由于步進電機通的是三相交流電所以輸入的脈沖數(shù)目及時間間隔不同，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)快慢及旋轉(zhuǎn)時間的長短也是不同的。由于旋轉(zhuǎn)磁場對放入其中的通電導體既轉(zhuǎn)子切割磁力線時具有力的作用，從實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動迫使轉(zhuǎn)子作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，所以轉(zhuǎn)子才可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子帶動絲杠作相應(yīng)的運動。本題目是步進電機，微型計算機，插補原理，匯編語言的綜合應(yīng)用，本題目設(shè)計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，錯誤和不足之處在所難免，處理問題也有不妥之處，敬請相關(guān)老師批評指正。 2.技術(shù)要求2.1設(shè)計題目：X-Y雙坐標聯(lián)動數(shù)控工作臺設(shè)計2.2技術(shù)數(shù)據(jù)工作臺長寬（mm）:410*310 工作臺重量（N）：2300N 脈沖當量： 0.0050.008mm/P 2.3設(shè)計要求：長*寬*高=500*200*20+2*500*48*27=3.296*10-3 m3（1）工作臺進給運動采用滾珠絲杠螺結(jié)構(gòu) （2）滾珠絲杠支撐方式：雙推簡支型 （3）驅(qū)動電機為反應(yīng)式步進電機 （4）步進電機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)計數(shù)控工作臺采用由步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制結(jié)構(gòu),其單向驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示:實際設(shè)計的工作臺為X、Y雙坐標聯(lián)動工作臺,工作臺是由上拖板、中拖板、下拖板及導軌、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軌上橫向運動,其上固定Y向?qū)к?上拖板與工作臺固聯(lián),在Y向?qū)к壣弦苿?X、Y導軌方向互相垂直。.3.1滾珠絲杠選取滾珠螺旋傳動按滾動體循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩類,其中應(yīng)用較廣的是插管式和螺旋槽式,它們各有特點,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。滾珠絲杠傳動副多為專業(yè)廠家生產(chǎn),一般用戶設(shè)計時只負責選用,在選用時主要驗算其額定動載荷和臨界轉(zhuǎn)速,絲杠較長時還應(yīng)進行壓桿穩(wěn)定性驗算。3.1.1計算動載荷Cj (表1) （表2） 取絲杠轉(zhuǎn)速：n=100r/min 軸向載荷： 使用壽命：T=15000h 則額定壽命： 所以動載荷 所以滾珠絲杠型號為：BSS1204滾珠絲杠 精度等級C7表1 表2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1.52.5實際硬度HRC551.1501.56452 .4403.85表3類別普通機械普通機床數(shù)控、精密機械T(h)50001000010000150003.2滾珠絲杠副的選取3.2.1計算載荷.Fc=KF*KH*KA*Fa查機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)表26取，KF=1.3查表27 取KH=1.0查表24 取D級精度查表28 取 KA=1.0 取平均工作載荷Fa=235N 則Fc=1.2*1.0*1.0*235=282N3.2.2計算額定動載荷計算值Can=100r/min使用壽命T=15000hL=60n *=90h3.2.3根據(jù)Ca選擇滾珠絲杠副 根據(jù)機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)，滾珠絲杠副額定動載荷Ca等于或者大于Ca的原則，選用得絲杠副數(shù)據(jù)： 公稱直徑：（中徑d2）D0=12mm 導程：P=4mm 滾珠直徑：d0=2.3812mm根據(jù)機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)表2-1中公式得：螺紋滾道半徑：R=0.52* d0=0.52*2.3812=1.238mm 偏心距：e=0.707(R- d0/2)=0.707*(1.238-2.3812/2)=0.0335 絲杠內(nèi)徑d1=D0+2e-2R=12+2*0.0335-2*1.238=9.591mm3.2.4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D0*n7*104mmr/minD0*n=12*100=1200mm*r/minnmax 所以絲杠工作時不會發(fā)生共振表 4支承方式系數(shù)雙推自由雙推簡支兩端固定 1.883.934.73 20.67 3.3.2壓桿穩(wěn)定性計算 FK= （N）式中 FK 臨界載荷E材料彈性模量 對于鋼,E=2.06PaIa絲杠危險截面慣性矩Ia= 臨界載荷Fcr1= Fcr2= 安全系數(shù)安全系數(shù) Fcr1Fcr2 =2.53.3 絲杠安全，不失穩(wěn)。 絲杠絕對安全，不會失穩(wěn)。絲杠選取無誤，即選用BSS1204型滾珠絲杠。3.4滾動導軌導軌是工作臺系統(tǒng)的重要組成部分,由于滾動導軌具有定位精度高、低速無爬行、移動輕便等顯著優(yōu)點,故本工作臺系統(tǒng)設(shè)計選用滾動導軌.滾動導軌應(yīng)用最廣的是滾珠導軌,按滾珠的循環(huán)方式分類,滾珠導軌又可分為滾珠不循環(huán)式和可循環(huán)式.在專業(yè)廠家生產(chǎn)的標準化滾動導軌中,都為滾動體可循環(huán)式,本次導軌設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)負載情況選用標準化滾動導軌,在選用過程中,主要進行額定載荷驗算.3.4.1計算行程長度壽命 TsTs=2Lsn60Th/1000 (km)式中 Ls工作單行程長度(m) n往復次數(shù) (次/min) Th工作時間壽命 (h)： 行程長度壽命： 3.4.2計算動載荷 =式中 F作用在滑座上的載荷 (N)M滑座個數(shù)K壽命系數(shù) fT溫度系數(shù) 見表5fC接觸系數(shù) 見表6fH硬度系數(shù) 見表7 fW負載系數(shù) 見表8 表5 表6工作溫度（0C）10011001500.91502000.72002500.6每根導軌上滑塊數(shù)1120.8130.7240.66 表7滾道表面硬HRC605855535045fH 10.980.90.710.540.38表8工作條件fw無沖擊、振動 V15m/min11.5較小沖擊、振動V60m/min23.5、分別由指導書表5，6，7，8查得=1.0, =1.0, =1.0, =1.8另取滑座個數(shù) m=4壽命系數(shù)一般取k=50(km)作用在滑座上載荷F=2300N故選取滾動導軌型號為3.5選取電機3.5.1電機的初選 （度）式中 工作臺脈沖當量 (mm/P) i傳動系統(tǒng)傳動比 i=2t滾珠絲杠導程 (mm) t=4mm 由設(shè)計指導書附錄三初選型號為110BF003 由機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)圖5-33、5-34查的減速器采用1級傳動傳動比分別為 各傳動齒輪齒數(shù)為：Z1=20 Z2=40 模數(shù)m=2齒輪寬b=20mm3.5.2步進電機轉(zhuǎn)矩校核由機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)書中式5-36分別計算各傳動件的轉(zhuǎn)動慣量，其中齒輪交叉直徑取分度圓直徑： 絲杠長度取L=600mm 取電動機軸自身轉(zhuǎn)動慣量則步進電動機軸的總轉(zhuǎn)動慣量：設(shè)步進電機空載啟動時間為25ms，最大進給速度：導軌摩擦系數(shù)空載啟動時，電動機軸的慣性轉(zhuǎn)矩：電動機軸上的當量摩擦轉(zhuǎn)矩：其中伺服進給鏈的總效率設(shè)滾珠絲杠螺母副的與預緊力為最大軸向載荷的1/3，則因預緊力而引起，而折算到電動機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩為： 其中工作臺的最大軸向負載折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩： 則電動機空載啟動時電動機軸總的負載轉(zhuǎn)矩： 電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩為：電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Ts按空載啟動計算：空載啟動上所需電動機最大靜轉(zhuǎn)矩 C=0.866 由下表可查電機相數(shù)3456運行拍數(shù)3648510612C0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866 按正常工作計算： 在最大外載荷下工作時所需要電動機最大靜轉(zhuǎn)矩： Ts取二者大的，故Ts=0.99Ts步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩滿足要求頻率校核參考電動機的轉(zhuǎn)矩頻率特性曲線原則：選用步進電機應(yīng)使實際應(yīng)用的啟動頻率，運行頻率與負載轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的啟動，運行工作點位于該曲線之下，才能保證步進電機不失頻的正常工作。經(jīng)校核滿足要求。選取86BYG350CL-SAKSLM-0601型步進電機4.結(jié)語通過本次課程設(shè)計，我更加了解了關(guān)于機電一體化方面的知識，將理論與實踐進行了很好的實踐。通過從圖書館查閱資料和對書上知識的掌握，使我受益匪淺，獲益良多。本次課程設(shè)計利用機電控制系統(tǒng)，采用步進電機控制滾珠絲杠實現(xiàn)XY方向的進給，Z方向手動，采用主軸電機帶動主軸使工件旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)模擬加工工件，具有快速、靈活、精確的特點，該課題對機電一體化控制實驗具有很好的使用價值。本篇論文是在指導老師郝成第的指導下完成的。在研究分析的過程中，關(guān)英俊老師給予了指導，并提供了很多與該課題相關(guān)的重要