《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)

1、廣西工學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目： 鉆床改裝用數(shù)控XY工作臺(tái)設(shè)計(jì)（190*210mm2）(C) 班 級(jí)： 機(jī)電071班 姓 名： 潘啟靜 指導(dǎo)教師： 梁蔓安 教研室主任： 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求包含以下幾個(gè)部分：1、數(shù)控XY工作臺(tái)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算2、數(shù)控XY工作臺(tái)機(jī)械部分裝配圖設(shè)計(jì)（A1）3、基于運(yùn)動(dòng)控制卡的控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖（附在說(shuō)明書中）4、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（不少于18頁(yè)）廣西工學(xué)院機(jī)電一體化教研室2011-1-11機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)一、 設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握機(jī)電一體化技術(shù)的基本內(nèi)容和基本知識(shí)，初步掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì)方法，并能學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程意識(shí)和動(dòng)手能力。二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容題目：鉆床改裝用數(shù)控XY工作臺(tái)設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易數(shù)控XY工作臺(tái)，固定在某個(gè)鉆床的工作臺(tái)上，XY工作臺(tái)的位置控制采用步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)上述方案將該普通鉆床改裝成簡(jiǎn)易的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床。2、 設(shè)計(jì)要求：改造后的鉆床能夠加工的最大面積為：A*B mm2的工件，最大工件重量：150kg.數(shù)控XY工作臺(tái)要求孔的定位精度在+/-0.02mm內(nèi)，工作臺(tái)快進(jìn)速度為2m/min,加減速時(shí)間為0.2秒。三、機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)計(jì)算1、初步確定工作臺(tái)的尺寸及其重量 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所取的能夠加工的最大面積為，最大工件

3、的重量為。因此我初定工作臺(tái)的。工作臺(tái)的材料為號(hào)鋼，其密度為。（?。┮虼耍?.1、工作臺(tái)（X向托板）重量=體積密度1.2、取Y向托板=X向托板1.3、上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量 初步取導(dǎo)軌座的長(zhǎng)，寬為，高為。因此所以根據(jù)上面所求，得XY工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量為：根據(jù)要求所知，其最大加工工件為，因此：2、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1、脈沖當(dāng)量是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)該小于等于工作臺(tái)的位置精度的1/2，由于定位精度在內(nèi)，因此：，2.2、取聯(lián)軸器傳動(dòng)，因此它的傳動(dòng)比為,取絲杠的導(dǎo)程為。取步距角為0.9度，所以 脈沖當(dāng)量 3、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇3.1求絲杠的靜載荷已知其計(jì)算公式 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)公式5

4、-2 式中的硬度系數(shù)，取1.0 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)表5-2 載荷系數(shù)，取1.5 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)表5-2 ：絲杠工作時(shí)的軸向阻力根據(jù)：其中為0.003-0.004 因此： 3.2、確定動(dòng)載荷及其使用壽命根據(jù)絲杠動(dòng)載荷公式：式中：額定動(dòng)載荷 ：動(dòng)載荷系數(shù)，輕微沖擊取1 ：硬度系數(shù)，取1 ：當(dāng)量動(dòng)載荷，N：壽命根據(jù)：使用壽命使用壽命所以式中的絲杠的最高轉(zhuǎn)速，因題目中所給其工作臺(tái)快進(jìn)的速度為，因此其計(jì)算為：所以：3.3滾珠絲杠的選取根據(jù)動(dòng)載荷及動(dòng)載荷和公稱導(dǎo)程值的核對(duì)，最后選取的滾珠絲杠的型號(hào)為FF1204-3 ，其公稱直徑為12mm，公稱導(dǎo)程為4mm，動(dòng)靜載荷分別為4KN和6.7KN。滾珠直徑2.3

5、81mm,剛度208，外徑11.3mm,絲杠底徑9.5mm,循環(huán)圈數(shù)3。 滾道半徑=1.238mm 機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用表2-4 偏心距 絲杠內(nèi)徑9.6mm(1) 穩(wěn)定性計(jì)算 式中E=2.06 長(zhǎng)度系數(shù)，兩端用鉸鏈時(shí)=1 =0.3m所以 因?yàn)?2.54 是安全的(2) 剛度驗(yàn)算 按最不利情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向是一致的。所以 式中 , 機(jī)電一體化技術(shù), S=P=4mm, 9.6mm,G=83.3.每米螺紋長(zhǎng)度上距離彈性變形為。滾動(dòng)螺旋可按滑動(dòng)螺旋（同精度等級(jí)）的一半，根據(jù)有關(guān)表得出=15m/m，所以： 我所需要的0.0268。其外形結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖

6、所示：6、聯(lián)軸器的選擇6.1、聯(lián)軸器的介紹 聯(lián)軸器屬于機(jī)械能用零誤了件范疇，用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖，減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。6.2、聯(lián)軸器的選擇由選擇出絲杠的型號(hào)和步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)綜合考慮聯(lián)軸器的尺寸大小并選擇相應(yīng)的型號(hào)。絲杠軸端=12mm，電機(jī)軸端=9.5mm，由網(wǎng)址：查得：根據(jù)軸徑選擇聯(lián)軸器的規(guī)格型號(hào)為：LK7-25-SLK7-257、軸承座的選擇根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑為12mm，因此我先擇的軸承座為：查http:/ 其外觀圖為：其參數(shù)為：根

7、據(jù)參數(shù)，我所選的型號(hào)為EK-12裝配參數(shù)：四、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、DMC3000 DMC3000系列是一種性能優(yōu)越、功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制卡，特別適合于多軸插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)等復(fù)雜用途。由于卡上帶有硬件插補(bǔ)處理器，兩軸圓弧插補(bǔ)和多軸直線插補(bǔ)均可在卡上進(jìn)行處理，PC機(jī)公需向卡上寫入插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)和圓心值即可?？ㄉ系念A(yù)置寄存器可預(yù)先存儲(chǔ)下一運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，待當(dāng)前運(yùn)動(dòng)執(zhí)行完畢后，即自動(dòng)裝載并執(zhí)行下一動(dòng)動(dòng)，因此本卡能很好地執(zhí)行多段連續(xù)路徑插補(bǔ)動(dòng)動(dòng)。此卡還有許多其它高級(jí)功能，如T/S形速度曲線、編碼器或光柵計(jì)數(shù)、手輪輸入、精密Z信號(hào)找零、非對(duì)稱速度曲線、動(dòng)態(tài)可改速度和目標(biāo)位置等DMC3000 特點(diǎn)1） 四軸獨(dú)立同時(shí)或插補(bǔ)運(yùn)

8、動(dòng) 2）任意兩軸和三軸線性插補(bǔ)功能3）常矢量速度連續(xù)插補(bǔ)功能 4）T/S 對(duì)稱或非對(duì)稱速度曲線5）兩種編碼器輸入脈沖類型：A/B 相或雙脈沖6）位置管理和軟件限位開關(guān)功能 7）運(yùn)動(dòng)中可光滑改變速度和目標(biāo)位置8）四軸可同時(shí)起動(dòng)功能 9）功能強(qiáng)大的MOTION3000 測(cè)試軟件10）最多可達(dá)16 進(jìn)16 出I/O 11）每軸最大輸出脈沖頻率4MPPS12）兩軸圓弧插補(bǔ)功能 13）由上位機(jī)控制的位圖插補(bǔ)功能14）兩種脈沖輸出類型：雙脈沖或脈沖/方向15）每軸編碼器輸入脈沖頻率最大1MHZ16）板卡號(hào)ID 設(shè)置 ，同一電腦最多可插12 塊卡17）支持手輪和JOG 功能 18）可編程中斷源19）DMC3

9、400 DLL 函數(shù)庫(kù)和適用于Windows 95/98/NT/200020）可用VB/VC/C+ BUILDER 等編程控制卡原理結(jié)構(gòu)見下圖XY工作臺(tái)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四、總結(jié)經(jīng)過(guò)10天時(shí)間的課程設(shè)計(jì)完成了整個(gè)鉆床XY工作臺(tái)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選取。在結(jié)構(gòu)上看似簡(jiǎn)單，但是真正在著手的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己還有很多方面不懂，因此需要努力加強(qiáng)自己的專業(yè)方面的理論知識(shí)及實(shí)踐能力。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括，滾珠絲杠，滾動(dòng)導(dǎo)軌及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算及選取和軸承座、聯(lián)軸器的選取。在其計(jì)算方面我采用了最常規(guī)的方法，因此對(duì)于所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)的實(shí)用性有一定的保障。另外在導(dǎo)軌座，工作臺(tái)及其配裝的設(shè)計(jì)中，加入了自己的一些想法，有所創(chuàng)新，也希望能夠經(jīng)的住實(shí)踐的考驗(yàn)。在設(shè)計(jì)中也遇到了一些問題，感謝梁蔓安老師的精心指導(dǎo)，由于本人經(jīng)驗(yàn)不足，專業(yè)水平有限以及一些不可預(yù)見的因素，所以設(shè)計(jì)