二維機(jī)械滑臺設(shè)計(jì)NJGCXY

1、南京工程學(xué)院二維機(jī)械伺服滑臺設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)說明書班級機(jī)電133姓名魏益民學(xué)號201130928設(shè)計(jì)地點(diǎn)工程中心2-201起止時(shí)間2016.12.26-2017.1.13指導(dǎo)老師歐益寶 袁建寧說明書成績機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)械電子工程教研室2016.12南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程代碼0803901098課程設(shè)計(jì)名稱機(jī)電產(chǎn)品綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)題目二維機(jī)械伺服滑臺設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1、 滑臺本體質(zhì)量約900N，承載物（如機(jī)器人）質(zhì)量約1XXXN（XXX為學(xué)號后三位，下同）；2、 有效行程：上滑臺500mm，下滑臺2XXXmm；行程控制見指導(dǎo)書。3、 滑臺最大移動速度1.2m/min；4、 響應(yīng)時(shí)間（加速

2、度）不超過1.5M/s2；5、 定位精度0.01mm。設(shè)計(jì)要求1、 查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)方案；2、 設(shè)計(jì)機(jī)械機(jī)構(gòu)：選擇滾珠絲桿副、直線導(dǎo)軌、連軸器、軸承等，設(shè)計(jì)滑臺、底座等；3、 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)：控制原理設(shè)計(jì)，包括控制器、驅(qū)動器、電機(jī)選擇； 控制程序設(shè)計(jì)，包括控制流程系統(tǒng)流程圖、控制程序等；4、 機(jī)電聯(lián)合調(diào)試；5、 撰寫設(shè)計(jì)說明書，應(yīng)包含封面、任務(wù)書、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)體會等部分。工作量1、 閱讀文獻(xiàn)不少于5篇；2、 機(jī)械工程圖：裝配圖（A0一張），滾珠絲桿加工圖（A3），滑臺或底座加工圖（A2）；3、 電氣工程圖：控制系統(tǒng)流程圖；原理圖；4、 說明書：不少于3000字；5、 答辯匯報(bào)PPT；

3、6、 光盤（一個班1張光盤）。工作計(jì)劃1、 查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)方案：1天；2、 設(shè)計(jì)計(jì)算：2天；3、 裝配設(shè)計(jì)：3天；4、 零件設(shè)計(jì)：2天；5、 控制原理設(shè)計(jì)：1天；6、 控制程序設(shè)計(jì)：2天；7、 聯(lián)合調(diào)試：2天；8、 說明書撰寫：1天；9、 答辯驗(yàn)收：1天。參考資料1、 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；2、 機(jī)械制造基礎(chǔ)；3、 機(jī)電傳動控制；4、 單片機(jī)原理與接口技術(shù)；5、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；6、 相關(guān)資料。7、 中國藝工網(wǎng)：指導(dǎo)老師簽字教學(xué)單位主任簽字設(shè)計(jì)說明書交叉互評成績表小組自評成績表序號成績評價(jià)點(diǎn)評語說明1描述設(shè)計(jì)過程的邏輯（30%）2設(shè)計(jì)結(jié)果的正確合理性（30%）3說明書格式的規(guī)范性（20%）4個人總

4、結(jié)內(nèi)容的針對性（20%）綜合得分評價(jià)人（簽名）日期小組自評成績項(xiàng)文獻(xiàn)查閱與創(chuàng)新意識（10%）時(shí)間計(jì)劃與團(tuán)隊(duì)合作（10%）目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)- 1 -1.1 設(shè)計(jì)題目- 1 -1.2 技術(shù)參數(shù)- 1 -第二章方案設(shè)計(jì)- 2 -2.1 運(yùn)動設(shè)計(jì)- 2 -2.2 傳動設(shè)計(jì)- 3 -2.3 驅(qū)動設(shè)計(jì)- 4 -2.4 總體方案說明- 5 -第三章機(jī)械部件選用與設(shè)計(jì)- 7 -3.1 選擇聯(lián)軸器、軸承- 7 -3.2 選擇導(dǎo)軌- 7 -3.3 選擇絲桿副與支撐方式- 11 -3.4 支承件設(shè)計(jì)- 18 -第四章控制系統(tǒng)- 21 -4.1 技術(shù)參數(shù)- 21 -4.2選擇控制系統(tǒng)及其部件- 22 -4.2.1

5、伺服系統(tǒng)選擇- 22 -4.2.2 控制器選擇- 23 -4.2.3 電機(jī)與驅(qū)動器選擇- 24 -4.2.4 傳感器選擇- 25 -4.3行程保護(hù)- 26 -第五章機(jī)電聯(lián)機(jī)調(diào)試- 29 -第六章設(shè)計(jì)計(jì)算- 34 -第七章個人體會- 43 -參考文獻(xiàn)：- 45 -第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)題目二維機(jī)械伺服滑臺設(shè)計(jì)1.2 技術(shù)參數(shù)u 滑臺本體質(zhì)量約900N，承載物（如機(jī)器人）質(zhì)量約1XXXN（XXX為學(xué)號后三位，下同）；u 工作臺面尺寸不小于200mmX200mm；u 有效行程：上滑臺500mm，下滑臺2XXXmm；u 滑臺最大移動速度1.2m/min；u 響應(yīng)時(shí)間（加速度）不超過1.5M/s2

6、；u 定位精度0.01mm。第二章 方案設(shè)計(jì)2.1 運(yùn)動設(shè)計(jì)圖2-1 二維滑臺示意圖由X方向的直線位移機(jī)構(gòu)帶動Y方向的直線位移機(jī)構(gòu)沿X向做直線運(yùn)動，然后X向直線位移機(jī)構(gòu)不動，Y向直線位移機(jī)構(gòu)在X向直線位移機(jī)構(gòu)上沿Y向運(yùn)動，這樣就實(shí)現(xiàn)了XOY平面的二維運(yùn)動。實(shí)線直線運(yùn)動的主要途徑有： 絲桿和直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu) 直線電機(jī) 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等方法等四種方法表2-1 評分標(biāo)準(zhǔn)（10分制）評分值012345678910說明不可用差較差勉強(qiáng)可用可用中良較好好優(yōu)理想各機(jī)構(gòu)的評價(jià)分值表表2-2 運(yùn)動設(shè)計(jì)方案評價(jià)表性能指標(biāo)定位精度運(yùn)動速度承載能力效率經(jīng)濟(jì)性行程總分絲桿和直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)999107952直線電機(jī)

7、88787947齒輪齒條機(jī)構(gòu)56958639曲柄滑塊機(jī)構(gòu)79949644從上圖可以看出，第一種方法絲桿與直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)較符合。2.2 傳動設(shè)計(jì)機(jī)床傳動系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動的，常用的傳動方式有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動等多種類型?？赏ㄟ^比較他們的傳動效率、傳動比、圓周速度、外廓尺寸、相對成本，總結(jié)他們的性能特點(diǎn)，選擇合適的傳動類型。表2-3 傳動設(shè)計(jì)方案評價(jià)表傳動類型傳動效率傳動比圓周速度外廓尺寸相對成本性能特點(diǎn)帶傳動0.940.96(平帶)0.920.97(V帶)57525(30)大低 過載打滑，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，不能保證定傳動比，遠(yuǎn)距離傳動0.950.98(齒型帶)1050(80)中低傳動平穩(wěn)

8、，能保證固定傳動比鏈傳動0.900.92(開式)0.960.97(閉式)5(8)525大中 平均傳動比準(zhǔn)確，可在高溫下傳動，遠(yuǎn)距離傳動，高速有沖擊振動齒輪傳動0.920.96(開式)0.960.99(閉式)35（開式）710（閉式）5200中小中 傳動比恒定，功率和速度適用范圍廣，效率高，壽命長。蝸輪傳動0.400.45(自鎖)0.70.9(不自鎖)880（1000）1550小高 傳動比大，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)自鎖，效率低螺旋傳動0.30.6(滑動)0.9(滾動)高中低小中傳動平穩(wěn)，能自鎖，增力效果好連桿傳動高1中小低結(jié)構(gòu)簡單，易制造，能傳遞較大載荷，耐沖擊，可遠(yuǎn)距離傳動凸輪傳動低中低小

9、高從動件可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動規(guī)律，高副接觸磨損較大摩擦輪傳動0.850.95571525大低過載打滑，工作平穩(wěn)，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)傳動比綜上，我們選取螺旋傳動機(jī)構(gòu)2.3 驅(qū)動設(shè)計(jì)驅(qū)動系統(tǒng)為機(jī)械系統(tǒng)正常工作提供動力源、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的原動機(jī)（或動力機(jī)）及其配套裝置。大多數(shù)原動機(jī)采用電動機(jī)。按利用的能源分，有熱力發(fā)動機(jī)、水力發(fā)動機(jī)、風(fēng)力發(fā)動機(jī)和電動機(jī)等。常用原動機(jī)的類型 ：電動機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)。電動機(jī)：技術(shù)較為成熟，驅(qū)動效率高，與被驅(qū)動的工作機(jī)械連接簡便（可用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器）；有多品種和規(guī)格，可滿足不同類型機(jī)械的工作要求；具有良好的調(diào)速性能，啟動、制動、反向和調(diào)速的控制簡單可靠，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測量

10、和控制，便于集中管理和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。價(jià)格較低。 液壓馬達(dá)：可以獲得很大的機(jī)械力或轉(zhuǎn)矩，與電動機(jī)相比在相同功率時(shí)其外形尺寸小、重量輕，因而運(yùn)動件的慣性小，快速響應(yīng)的靈敏度高。但是使用液壓馬達(dá)必須具有高壓油的供給系統(tǒng)，且對液壓元件的制造和裝配精度要求較高，容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象而影響工作效率及工作機(jī)械的運(yùn)動精度。價(jià)格高。 氣壓馬達(dá)：使用空氣作為工作介質(zhì)，容易獲得；用后可以直接排入大氣而無污染，壓縮空氣可以進(jìn)行集中供給和遠(yuǎn)距離輸送；動作迅速，反應(yīng)快，維護(hù)簡單，成本低；對易燃、易爆、多塵和振動等惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)性較好。但是因空氣具有可壓縮性，氣動馬達(dá)的工作穩(wěn)定性較差，氣動系統(tǒng)的噪聲大；工作壓力受到

11、一定的限制不能太高，輸出的轉(zhuǎn)矩不能太大，一般只適用于小型和輕型的工作機(jī)械。 內(nèi)燃機(jī)：功率范圍寬，操作簡單，啟動迅速，便于移動，用于野外，無法使用電力的時(shí)候使用。 污染環(huán)境，消耗自然資源。綜上，考慮種種因素，我們選擇電動機(jī)。2.4 總體方案說明初步擬定用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲桿，帶動滾動導(dǎo)軌上工作做直線運(yùn)動，采用開環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)位控制，由脈沖數(shù)控制位移、脈沖頻率控制工作臺速度的方案。電機(jī)聯(lián)軸器電機(jī)聯(lián)軸器Y方向傳動機(jī)構(gòu)X方向傳動機(jī)構(gòu)滾動絲桿滾珠絲桿第三章 機(jī)械部件選用與設(shè)計(jì)3.1 選擇聯(lián)軸器、軸承一）選擇聯(lián)軸器、軸承聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸(主動軸和從動軸)使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件

12、。在選擇聯(lián)軸器時(shí)，應(yīng)了解聯(lián)軸器在傳動系統(tǒng)中的綜合功能，從傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)考慮，根據(jù)絲杠尺寸、原動機(jī)類別和工作載荷類別、工作轉(zhuǎn)速、傳動精度、兩軸偏移狀況、溫度、濕度、工作環(huán)境等綜合因素選擇聯(lián)軸器。根據(jù)此次設(shè)計(jì)要求，擬選擇GY2聯(lián)軸器。聯(lián)軸器GY2：公稱轉(zhuǎn)矩Tn=63mm,許用轉(zhuǎn)速10000r/min,軸孔直徑d1=16mm,d2=16mm,Y=42mm,J1=30mm,D=90mm,D1=40mm,B=28mm,B1=44mm,S=6mm,轉(zhuǎn)動慣量I=0.0015kg/m2,質(zhì)量1.72m/kg氈圈25 JB/ZQ4606-1986氈封圈d=25mm,D=39mm,d1=24mm,b1=7mm,

13、D0=38mm,槽d0=38mm,b=6mm,Bmin=12mm.本次設(shè)計(jì)采用雙推-雙推式的支撐方式。安裝角接觸球軸承與深溝球軸承的組合，另根據(jù)滾珠絲杠尺寸要求，擬選擇代號為7205c的角接觸球軸承。角接觸球：7205C:d=25,D=52,B=15，d1=33.8,D1=44.2,a=12.7.安裝尺寸：dmax=31,Dmax=46,rmax=1軸承端蓋：選擇凸緣式軸承端蓋；D=50mm,螺釘6mm*4，D1=32+2.5*6=47mm，D2=D1+2.5d3=62mm,B*H=10mm*8mm,e=7.2mm軸承座選擇，輕型P系列帶座軸承。P002，外形尺寸A=22mm，H=43mm,E

14、=62mm,F=80mm,S=7mm,D=42mm,B=16mm,L=20mm,K=6.5mm.3.2 選擇導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計(jì)1.直線運(yùn)動滾動導(dǎo)軌副的特點(diǎn)及要求1）特點(diǎn)：（1）摩擦系數(shù)小，運(yùn)動靈活； （2）動靜摩擦系數(shù)相同，因而啟動阻力小，不易產(chǎn)生爬行； （3）可以預(yù)緊，剛度高； （4）壽命長； （5）精度高；（6）潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次裝填，長期使用；（7）由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。2）基本要求：（1）導(dǎo)向精度；（2）耐磨性；（3）剛度；（4）工藝性由于滾動直線導(dǎo)軌副的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有垂直向上、向下和左右水平四方向額定載荷相等（見圖）,且額定載荷大，剛性好，剛度高，三個方向

15、抗顛覆力矩能力大，適用于各種載荷機(jī)床。本次設(shè)計(jì)選用此型號的滾動直線導(dǎo)軌副。2滾動導(dǎo)軌副的分類 直線運(yùn)動滾動導(dǎo)軌副的滾動體有循環(huán)和不循環(huán)兩種類型。這兩種類型又將導(dǎo)軌副分成多種形式。按照滾動體不循環(huán)的有滾珠導(dǎo)軌副，滾針導(dǎo)軌副，圓柱滾子導(dǎo)軌副等；滾動體循環(huán)的有筏子導(dǎo)軌塊，滾動花鍵副，直線運(yùn)動球軸承及其支承，滾珠導(dǎo)軌塊。3.導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和作用直線滾動導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分，主要功用是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支承件上。每根導(dǎo)軌條上有兩個滑塊，固定在移動件上，如移動件較長，也可在一根導(dǎo)軌條上裝3個或3個以上滑塊。如移動件較寬，也可以用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。如果移動件的剛度較高，則少裝為好。在

16、兩條導(dǎo)軌條中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，上面有基準(zhǔn)面，滑塊上有基準(zhǔn)面；另一條為從動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌材料選擇低合金鑄鐵。 滾動導(dǎo)軌簡圖4.直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算（1）（1）下滑臺滾動導(dǎo)軌副選型與計(jì)算。任務(wù)規(guī)定工作臺面尺寸為350mm*350mm,加工范圍為500mm*2104mm下滑臺導(dǎo)軌的長度為3500mm。上滑臺導(dǎo)軌長度的長度為750mm.考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查藝工網(wǎng)表，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取型號GGB25 IAA型四方向等載荷滾動直線導(dǎo)軌副選取下滑臺導(dǎo)軌的長度為3600mm。上滑臺導(dǎo)軌長度的長度為800mm.5.滾動導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)要注意工作環(huán)境與裝配過程中的清潔，不要有鐵屑、雜質(zhì)、灰塵等粘附在導(dǎo)軌副上。若

17、工作環(huán)境有粉塵時(shí)，除利用導(dǎo)軌的密封外，還應(yīng)考慮增加防塵裝置。如下圖所示。潤滑的主要目的是減小摩擦和磨損以防止過熱，破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響導(dǎo)軌副的運(yùn)動能力。當(dāng)滾動直線導(dǎo)軌副的運(yùn)動速度為高速時(shí)（V15m/min）,推薦使用N32潤滑油（GGB443-84），40時(shí)28.535.2cst,相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的20號機(jī)械油，定期潤滑油或接油管強(qiáng)制潤滑（如下圖所示）。低速時(shí)（V=58時(shí)為1.0，等于55時(shí)為1.11，等于52.5時(shí)為1.35，等于50時(shí)為1.56，等于45時(shí)為2.40）。 絲桿傳動簡圖 求得載荷根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動載荷，初選導(dǎo)程，可得（3）根據(jù)必須的額定動載荷選擇絲杠副尺寸，由查藝工網(wǎng)：考慮各

18、種因素，初選FFB2505-2型內(nèi)循環(huán)浮動式變位導(dǎo)程預(yù)緊滾珠絲杠副，其中：公稱直徑：導(dǎo)程：螺旋角：傳動效率滾珠直徑：螺紋滾道半徑：=0.52=0.523.5= 1.82偏心距：=0.707(-/2)=0.707(1.651-3.175/2)=0.049絲杠底徑：=21.9絲杠外徑:d1=24.5mm3.4 支承件設(shè)計(jì)支承件是設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括床身、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等。這些件一般都比較大，所以也稱大件。由于導(dǎo)軌高度與絲杠螺母機(jī)構(gòu)以及軸承支座的高度不同，然而在裝配時(shí)又要求它們的中心軸在同一水平面內(nèi)，所以需要在底座上設(shè)計(jì)一些凸起的結(jié)構(gòu)以達(dá)到這個目的，而工作臺的設(shè)計(jì)主要就

19、是對安裝孔位置的定位，以使各部件能夠友好的裝配在一起。工作臺最常見的是T形槽，這里選用T型槽。 T形槽 工作臺與螺母座的聯(lián)接螺母座與工作臺有兩種連接方式。一種是剛性連接，是結(jié)構(gòu)體三個力方向都受到約束。如鋼結(jié)構(gòu)中的焊接。另一種是柔性連接，在結(jié)構(gòu)中叫做鉸接，是結(jié)構(gòu)體12個力方向受到約束。剛性連接不允許出現(xiàn)相對位移和轉(zhuǎn)角，也就是說節(jié)點(diǎn)不考慮變形問題；柔性連接就是允許相互連接的構(gòu)件發(fā)生位移或轉(zhuǎn)角，不限制某一方面的變形，也就是說允許出現(xiàn)變形，或者說我們希望他能夠變形。剛性連接是焊接、螺栓連接等機(jī)械連接；柔性連接是鉸接、有彈簧隔振這些的連接。本設(shè)設(shè)計(jì)采用剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，如下圖所示。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是牢固可

20、靠。工作臺本身的設(shè)計(jì)工作臺用以安裝工件。如果工作態(tài)是不動的，如搖臂鉆床的工作臺，可設(shè)計(jì)成封閉的箱型。如果工作臺是運(yùn)動的，則有一組導(dǎo)軌。這類工作臺的形狀有三種：A、 箱形升降式，如牛頭刨床的工作臺； B、矩形，如銑床、磨床等的工作臺；C、圓形，如立式車床（又稱花盤）和齒輪加工機(jī)床的工作臺。本設(shè)計(jì)的工作臺是運(yùn)動的，使用矩形工作臺。在工作臺中設(shè)計(jì)的T形槽不僅可以節(jié)約材料，而且還加強(qiáng)了工作臺的強(qiáng)度。規(guī)格（長寬）精度等級0級1級2級3級平面度公差20020051020.52003005.511223003005.51122300400612244004006.512.5254005006.5132666

21、40060071427.5705005006.8142868500600714.228.571500800815.5317860080081632806009008.316.5338310007509183690這里選用規(guī)格為300300mm，精度等級為0級的矩形工作臺。第四章 控制系統(tǒng)4.1 技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)按以下運(yùn)動軌跡運(yùn)行的控制系統(tǒng)，運(yùn)動參數(shù)見下表。L1（mm）L2（mm）L3（mm）V1=0.5V2(mm/s)C100-501506.4.2選擇控制系統(tǒng)及其部件4.2.1 伺服系統(tǒng)選擇伺服系統(tǒng)分為以下幾類：開環(huán)伺服系統(tǒng)系統(tǒng)只是根據(jù)輸入量和干擾量進(jìn)行控制，而輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸

22、出量取決于精密機(jī)械系統(tǒng)，而與控制系統(tǒng)無關(guān)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，在被控對象的運(yùn)動過程中，測量環(huán)節(jié)不斷測出實(shí)際的輸出量并與給定量進(jìn)行比較，然后用其差值進(jìn)行控制，以獲取高精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整都較復(fù)雜，通常適用于高精度的精密機(jī)械系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)之間，用于精度要求不太高的情況下。檢測裝置不是安放在工作臺上，而是裝在絲桿或電機(jī)軸的端部。由于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的環(huán)路短，因此較易獲得穩(wěn)定控制。伺服系統(tǒng)組成框圖在本設(shè)計(jì)中，只涉及到通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，絲桿傳動的直線運(yùn)動?？紤]到該設(shè)計(jì)的二維坐標(biāo)機(jī)械滑臺的定位精度要求不高，

23、載荷不大，因此，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高性價(jià)比，該設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。開環(huán)伺服系統(tǒng)4.2.2 控制器選擇PLC與單片機(jī)的區(qū)別1、PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是一種可編程的集成芯片，換句話來說，PLC就是由單片機(jī)加上外圍電路做成的。2、單片機(jī)程序編寫用匯編或者C語言，而PLC用梯形圖編程。3、PLC更加適合于工業(yè)惡劣環(huán)境下使用，比較穩(wěn)定。而單片機(jī)的工作環(huán)境要高一些;4、單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型均可，PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個特例；從工程的角度，談?wù)凱LC與單片機(jī)系統(tǒng)的選用：1.對單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是明智、快

24、捷的途徑，成功率高，可塑性好，手尾少，但成本較高。2.對于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但需要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)能力和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。這里使用AT89C51單片機(jī)。4.2.3 電機(jī)與驅(qū)動器選擇選擇110BYG5501步進(jìn)電機(jī)及其配套的驅(qū)動器PMM8714。型號步距角相數(shù)驅(qū)動電壓（V）相電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（NM）空載起動頻率（步/秒）空載運(yùn)行頻率（千步/秒）轉(zhuǎn)動慣量（Kgcm2）相電感（mH）相電阻（）重量（Kg）110BYG55010.36/0.7258031022003011.39.51.18.0安裝尺寸驅(qū)動器功能圖接線說明4.2.4 傳感器選擇傳感檢測裝置行

25、程開關(guān)安裝在軸端部位。本次課設(shè)是步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)，無傳感器。4.3行程保護(hù)行程保護(hù)，就是當(dāng)運(yùn)動部件到達(dá)一定行程位置時(shí)采用行程開關(guān)來進(jìn)行控制。行程開關(guān)是由裝在運(yùn)動部件上的擋塊來撞動的。行程開關(guān)作用有兩個：（1）防止工作臺超過最大行程，使電機(jī)損壞。（2）可以用與定位。所以這4個行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。行程開關(guān)工作示意圖行程開關(guān)S1和S2分別裝在導(dǎo)軌的起點(diǎn)和終點(diǎn)，由裝在工作臺上的擋塊來撞動。工作臺由步進(jìn)電機(jī)帶動。工作臺在起點(diǎn)時(shí)，其上擋塊將起點(diǎn)行程開關(guān)S1壓下，將串接在反轉(zhuǎn)控制電路中的常閉觸頭壓開。這時(shí)電動機(jī)不能反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動工作臺前進(jìn)。當(dāng)工作臺到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，擋塊壓下行程開關(guān)S2，將串接在正轉(zhuǎn)控

26、制電路中的常開觸頭壓開，電動機(jī)即停止正轉(zhuǎn)。第五章 機(jī)電聯(lián)機(jī)調(diào)試 5 .1 控制系統(tǒng)流程圖5.2 控制系統(tǒng)原理圖5.3 控制程序（1）五相十拍分配狀態(tài)表轉(zhuǎn)向正2-3相通電CPEDCBA代碼轉(zhuǎn)向反AB00001103HABC10011107HBC20011006HBCD3011100EHCD4011000CHCDE5111001CHDE61100018HDEA71100119HEA81000111HEAB91001113H（2）單片機(jī)程序 COM XDATA 4000HPA XDATA 4001HPB XDATA 4002HORG 1000HMOV DPTR,#COMMOV A,#03HMOVX

27、DPTR,AMAIN:MOV A,#0FFHLCALL MOTOR1LCALL MOTOR2LOOP:JNB P1.0,C1AJNB P1.1,C1BJNB P1.2,C2AJNB P1.3,C2BSJMP LOOPC1A:LCALL DELAYJNB P1.0,C1A0C1B:LCALL DELAYJNB P1.1,C1B0C2A:LCALL DELAYJNB P1.2,C2A0C2B:LCALL DELAYJNB P1.3,C2B0C1A0: MOV R0,#00HC1A1:MOV A,R0LCALL TABJZ C1A0CPL ALCALL MOTOR1JNB P1.1,C1BJNB P

28、1.2,C2AJNB P1.3,C2BLCALL DELAYINC R0SJMP C1A1C1B0: MOV R0,#09HC1B1:MOV A,R0LCALL TABJZ C1B0CPL ALCALL MOTOR1JNB P1.0,C1AJNB P1.2,C2AJNB P1.3,C2BLCALL DELAYINC R0SJMP C1B1C2A0: MOV R0,#00HC2A1:MOV A,R0LCALL TABJZ C2A0CPL ALCALL MOTOR2JNB P1.0,C1AJNB P1.1,C1BJNB P1.3,C2BLCALL DELAYINC R0SJMP C2A1C2B0:

29、 MOV R0,#09HC2B1:MOV A,R0LCALL TABJZ C2B0CPL ALCALL MOTOR2JNB P1.0,C1AJNB P1.1,C1BJNB P1.2,C2ALCALL DELAYINC R0SJMP C2B1MOTOR1:MOV DPTR,#PAMOVX DPTR,ARETMOTOR2:MOV DPTR,#PBMOVX DPTR,ARETDELAY: MOV R6,#40 DL1:MOV R7,#248 DJNZ R7,$DJNZ R6,DL1RETTAB: MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRRETTABLE: DB 01H,03H,02H

30、,06H,04H,0CH,08H,09H DB 00H DB 09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01H DB 00H END 第六章 設(shè)計(jì)計(jì)算 .步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型1.1根據(jù)定位精度要求確定脈沖當(dāng)量選擇步距角初步選擇導(dǎo)程為5mm的絲桿；本系統(tǒng)中X、Y方向的定位精度均為0.01mm，因此X、Y方向的脈沖當(dāng)量均取mm/Hz。取傳動比i=1；根據(jù)，=0.36；初選電機(jī)型號為110BYG5501，五相十拍運(yùn)行則步距角為0.361.2根據(jù)快速進(jìn)給速度，確定電機(jī)的最高運(yùn)行頻率，為工作臺運(yùn)行最高速度（m/min）；為步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率（Hz）。代入工作臺最快進(jìn)給速度1.2m/min

31、、脈沖當(dāng)量0.005mm/Hz,計(jì)算得=4000Hz。1.3根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩或阻力，選擇步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩（Nm）；為慣性加速轉(zhuǎn)矩（Nm）；為摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）。1.3.1計(jì)算Ta(1)Y軸方向上步進(jìn)電機(jī)總轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算）、工作臺與負(fù)載的慣量：，為工作臺與負(fù)載的慣量；M為工作臺與負(fù)載的總質(zhì)量，初取288.57Kg,代入得JA=1.1610(-4)kgm2）、滾珠絲桿慣量：式中：為滾珠絲桿的慣量；為滾珠絲桿的密度，7.90；為滾珠絲桿總長，641mm；為滾珠絲桿外徑，25mm。代入得：JB=0.19410(-4)kgm2折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總慣量為： 代入得：Jy=1.35410(-4)k

32、gm2（2）X軸方向上步進(jìn)電機(jī)總轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算X方向?qū)к壣弦苿硬考闹亓抗浪悖?306.12Kg。同上代入得：JA=1.9410(-4)kgm2滾珠絲桿總長為3583mm，代入得：JB=1.0910(-4)kgm2得X方向折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總慣量為：代入得：Jx=3.310(-4)kgm2，式中：、為加速開始及終止時(shí)的脈沖頻率（Hz），為加速過程時(shí)間(s)，(其中是加速度1.5)。代入得t=0.0133s已知=40 00Hz，取=2 200Hz，XY方向慣性加速轉(zhuǎn)矩分別為：，代入得：Tax=0.280Nm,Tay=0.115Nm1.3.2計(jì)算Ti式中：為工作臺及負(fù)載質(zhì)量（Kg）；為摩擦系數(shù)，

33、取0.2；為垂直方向的切削分力，此處為0N； 為驅(qū)動系統(tǒng)的效率，取0.80。代入得：Tix=0.56Nm，Tiy=0.60Nm1.3.電機(jī)轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算（Y 滑臺絲杠為例）查表,絲杠傳動效率傳遞功率：3220.02=6.44電機(jī)所需功率：轉(zhuǎn)矩： .導(dǎo)軌兩個方向上均采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。.1.1計(jì)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(fù)次數(shù) (次/min) Th工作時(shí)間壽命 (h)： 行程長度壽命：.1.2計(jì)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

34、 fW負(fù)載系數(shù) 見表8表5 表6每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)1120.8130.7240.66工作溫度（0C）10011001500.91502000.72002500.6表7滾道表面硬HRC605855535045fH10.980.90.710.540.38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(dǎo)書表5，6，7，8查得=1.0,=0.81,=1.0,=1.2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=2828N故選取滾動導(dǎo)軌型號為GGB25 IAA四方向等載荷滾動直線導(dǎo)軌副2.4導(dǎo)軌總長度軌長=有效行程+滑塊間距+

35、滑塊長度滑塊數(shù)量+兩端安全行程 上滑臺軌長=500mm+60mm+83mm2+30mm=756mm下滑臺軌長=2928mm+60mm+83mm2+30mm=3184mm.絲杠機(jī)器人質(zhì)量，上滑臺質(zhì)量N，下滑臺質(zhì)量N，最快速度，滑臺移動最大距離，軸向移動誤差小于等于，使用壽命T=15000h ，絲杠副的工作載荷：（1） 絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算： 滾動絲杠摩擦系數(shù)： 滾動絲杠摩擦力：設(shè)：讓滑臺在0.02秒內(nèi)加速到1.2 m/min由 即 牽引力：總工作負(fù)載：設(shè)傳動效率： 軸向載荷計(jì)算公式： 按表查得，取=1.2，=1.1，=1.0求得載荷（2）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動載荷，初選導(dǎo)程，可得（3）根據(jù)必須的額定

36、動載荷選擇絲杠副尺寸，由查絲杠標(biāo)準(zhǔn)手冊得如下規(guī)格：考慮各種因素，初選擇FFB2502-2型，內(nèi)循環(huán)浮動式變位導(dǎo)程預(yù)緊滾珠絲杠副，其中：公稱直徑：導(dǎo)程：螺旋角：滾珠直徑：螺紋滾道半徑：=0.52=0.523.5= 1.82偏心距：=0.707(-/2)=0.707(1.651-3.175/2)=0.045絲杠底徑：=21.9絲杠外徑:d1=24.5mm（4） 穩(wěn)定性校核驗(yàn)算（以下滑臺長距離計(jì)算）失穩(wěn)驗(yàn)算：假設(shè)為雙推-雙推（F-F），因?yàn)榻z杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定來求臨界載荷=式中 -絲杠的彈性模量，對于鋼=206GPa；-絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性轉(zhuǎn)矩，=；f-壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù)（雙推-雙推式為4，單推-單推為1，雙推-簡支式為2，雙推-自由式為0.25）絲杠臥式水平安裝，所以臨界載荷=因?yàn)?所以絲杠是安全的不會失穩(wěn)。共振驗(yàn)算因?yàn)?，所以不會發(fā)生共振。通常要求因?yàn)樗栽摻z杠穩(wěn)定第七章 個人體會通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的學(xué)習(xí)了有關(guān)單片機(jī)和機(jī)械設(shè)計(jì)以及機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的