X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、總體方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)題目：XY數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供立式數(shù)控銑床使用的XY數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下：1）工作臺(tái)面尺寸C×B×H【200+（班級序號(hào)）×5】mm×【200+（班級序號(hào)）×5】mm×【15+（班級序號(hào)）】mm；2）底座外形尺寸C1×B1×H1【680+（班級序號(hào)）×5】mm×【680+（班級序號(hào)）×5】mm×【230+（班級序號(hào)）×5】mm；3）工作臺(tái)加工范圍X=【300+（班級序號(hào)）×5

2、】mm，Y=【300+（班級序號(hào)）×5】mm；4） X、Y方向的脈沖當(dāng)量均為0.005mm/脈沖；X、Y方向的定位精度均為±0.01mm；5）夾具與工件質(zhì)量M=【15+（班級序號(hào)）】kg；6）工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度為3m/min；工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度為0.5m/min。7）立銑刀的最大直徑d=20mm；8）立銑刀齒數(shù)Z=3；9）最大銑削寬度；10）最大被吃刀量。1.2 總體方案確定（1）機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 導(dǎo)軌副的選擇 絲杠螺母副的選擇 減速裝置的選擇 伺服電動(dòng)機(jī)的選擇（2）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 伺服電機(jī)啟動(dòng)、停止、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)的控制 PLC控制電機(jī)的梯形圖編程步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器

3、滾珠絲杠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器工作臺(tái)滾珠絲杠X方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Y方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)微型機(jī)機(jī)電接口驅(qū)動(dòng)電路人機(jī)接口系統(tǒng)總體方案結(jié)構(gòu)框圖XY數(shù)控工作臺(tái)結(jié)構(gòu)1.3 設(shè)計(jì)的基本要求（1）按照機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，完成手寫設(shè)計(jì)說明書。（2）計(jì)算結(jié)果作為裝配圖的尺寸和零部件選型的依據(jù)，通過AutoCAD軟件繪制XY數(shù)控工作臺(tái)的總裝配圖，并繪制AO圖紙。（3）按照電氣控制系統(tǒng)的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成電機(jī)啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、電動(dòng)等基本工作狀態(tài)控制的硬件連線圖，并通過PLC協(xié)調(diào)控制XY電機(jī)運(yùn)動(dòng)，繪制相關(guān)梯形圖。二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算質(zhì)量：按質(zhì)量=體積（由尺寸求得）×密度進(jìn)行估算 （45

4、鋼密度7.85g/立方厘米）工作臺(tái)面質(zhì)量= 上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）質(zhì)量=夾具及工件質(zhì)量= X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量G=Mg=2.2 銑削力的計(jì)算零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。查表得立銑刀的銑削力計(jì)算公式為：其中，取最大銑削寬度，最大背吃刀量，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)速，可直接帶入計(jì)算。采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可查表得出，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：=；=；=?，F(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力=，受到水平方向的銑削力分別為縱向銑削力（絲杠軸線方向）=，徑向銑削力=2.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定（1）滑塊承受工作載荷的計(jì)算

5、及導(dǎo)軌型號(hào)的選取本設(shè)計(jì)中的XY工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為=。其中，移動(dòng)部件重量為G，外加載荷=根據(jù)計(jì)算出的工作載荷，初選符合要求的*公司生產(chǎn)的*系列*型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。根據(jù)任務(wù)規(guī)定工作臺(tái)面尺寸，加工范圍及工作臺(tái)整體尺寸的要求，選擇導(dǎo)軌的長度。所選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的幾何參數(shù)（由廠家說明書確定）型號(hào)滑塊尺寸額定載荷額定靜力矩導(dǎo)軌長度C2L1L2L3H2M（2）額定壽命的L的校核計(jì)算根據(jù)上述所選導(dǎo)軌副，查表，分別取硬度系數(shù)=1.0、溫度系數(shù)=1.0、接觸系數(shù)=0.81、精度系數(shù)=0.9、載

6、荷系數(shù)=1.5，代入以下公式，得距離壽命（期望值為50KM）。=2.4 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。（1）最大工作載荷的計(jì)算 在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）為，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）為，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）為。根據(jù)移動(dòng)部件的總重量G，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表，取傾覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷為：=（2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度，初選絲杠導(dǎo)程（自己選擇如4、5、6mm等），則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速取滾珠絲杠的使用

7、壽命T=15000h，代入，得絲杠壽命系數(shù)查表，取載荷系數(shù)，滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)，代入式，求得最大動(dòng)載荷。（3）初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選擇*公司生產(chǎn)的*系列*型，其額定動(dòng)載荷為，大于，滿足要求。所選滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)型號(hào)公稱直徑導(dǎo)程滾珠直徑絲杠底徑絲杠外徑循環(huán)列數(shù)螺母安裝尺寸額定載荷剛度（4）傳動(dòng)效率的計(jì)算將公稱直徑，導(dǎo)程，代入，得絲杠螺旋升角。將摩擦角，代入，得到傳動(dòng)效率。（5）剛度的驗(yàn)算 XY工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一個(gè)或一對推力角接觸球軸承，面對面組配，左、右支承的中心距離約為a，鋼的彈性

8、模量，由所選滾珠絲杠螺母副可得，滾珠直徑，絲杠底徑，絲杠截面積=算的絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量,其中，絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力=，為滾珠總數(shù)量。因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半。將以上計(jì)算出的和代入，求得絲杠總變形量。通過查表，得出是否在行程的偏差允許值內(nèi)。（6）壓桿穩(wěn)定性校核查表，取支承系數(shù)，由絲杠底徑，求得截面慣性矩=；壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)K取3，a為滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離最大值。根據(jù)公式,計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷,遠(yuǎn)大于工作載荷即不會(huì)失穩(wěn)。2.5 確定齒輪傳動(dòng)比初選步進(jìn)電機(jī)步距角（可自選），滾珠絲杠的導(dǎo)程，要實(shí)現(xiàn)脈沖

9、當(dāng)量，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比（此計(jì)算假設(shè)導(dǎo)程為5mm）選 ， 。因傳遞的扭距較小，取模數(shù)。 采用一級減速，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與小齒輪連接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪連接，其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯(cuò)齒法消除齒側(cè)間隙。本設(shè)計(jì)選用*公司生產(chǎn)的*系列*型齒輪減速箱。所選齒輪箱中齒輪尺寸參數(shù)小齒輪大齒輪 直徑齒寬中心距2.6 步進(jìn)電機(jī)的選用（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角根據(jù)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖，根據(jù)所選滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電機(jī)步距角（可自選）。（2）計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（3）步進(jìn)電機(jī)快速空載啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算其中是快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)

10、矩；是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩。式中： 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（）； 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；M移動(dòng)部件質(zhì)量（）。對材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算式中：D圓柱零件直徑（cm）；L零件長度（cm）。所以根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑，總長，導(dǎo)程，材料密度，移動(dòng)部件總重G，小齒輪寬度，直徑，大齒輪寬度，直徑，傳動(dòng)比i。計(jì)算出電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至所需時(shí)間為，傳動(dòng)鏈總效率為步進(jìn)電機(jī)最大工作負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)

11、時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩。（3）步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距的選定考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)距時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本設(shè)計(jì)取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)距應(yīng)滿足=（4）步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率綜上，選用*公司生產(chǎn)的*系列*型步進(jìn)電。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)如下所選步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型 號(hào)主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸重量步距角最 大靜轉(zhuǎn)距最高空載啟動(dòng)頻率()相數(shù)電壓電流外徑長度軸徑三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以下內(nèi)容僅提供單電機(jī)的主電路及控制電路圖，請必須自行完成雙電機(jī)（XY軸電機(jī)）的硬件電氣控制圖。3.1 電動(dòng)機(jī)控制電氣原理圖電動(dòng)機(jī)控制主電路電動(dòng)機(jī)長動(dòng)和點(diǎn)動(dòng)控制電氣原理圖以上所用低壓電器為：停止按鈕SB1（常閉），長動(dòng)按鈕SB2（常開），點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3（常開）；一個(gè)熱繼電器KH；一個(gè)繼電器KA（至少含兩對常開輔助觸點(diǎn)）；一個(gè)接觸器KM（對輔助觸點(diǎn)數(shù)量無要求）。電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電氣原理圖以上所用低壓電器為：停止按鈕SB1（常閉），正傳按鈕SB2（組合按鈕），反轉(zhuǎn)按鈕SB3（組合按鈕）；一個(gè)熱繼電器KH；兩個(gè)接觸器KM（分別至少含一對輔助觸點(diǎn)）。3.2 PLC分項(xiàng)控制