課程設(shè)計(jì)二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、寧波大學(xué)科技學(xué)院理工分院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)機(jī)電模塊課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名施云龍學(xué) 號(hào)084174025班 級(jí)08機(jī)械1班指導(dǎo)教師胡利永學(xué) 期20212021學(xué)年第二學(xué)期設(shè)計(jì)時(shí)間2021、02、172021、03、09內(nèi)附資料1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份含設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；2、二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)裝配圖一張A0；3、二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)電氣控制原理圖一張A1；4、計(jì)算說(shuō)明書(shū)草稿一份。成 績(jī)2021、03目錄一.機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)目的 1二.機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 1三.X軸方案及參數(shù)計(jì)算 11.方案擬定 12.X軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇 13.X軸聯(lián)軸器選

2、擇 3四.X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 31.X軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 32.X軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 4五.Y軸方案及參數(shù)計(jì)算 51.Y軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇 52.Y軸聯(lián)軸器選擇 7六.Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 71. Y軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 72. Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 8七.繪制裝配圖 9八.電氣原理圖設(shè)計(jì) 10九.參考文獻(xiàn) 11一、機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，所進(jìn)行的機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的綜合性訓(xùn)練。通過(guò)該環(huán)節(jié)到達(dá)以下目的：1穩(wěn)固和加深專業(yè)課所學(xué)的理論知識(shí)；2培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際，解決工程技術(shù)問(wèn)題的動(dòng)手能力；3進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的根本功訓(xùn)練，包括以下10方面根本功：1

3、查閱文獻(xiàn)資料；2)分析與選擇設(shè)計(jì)方案；3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4電氣控制原理設(shè)計(jì)；5機(jī)電綜合分析；6繪工程圖；7運(yùn)動(dòng)計(jì)算和精度計(jì)算；9撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；10貫徹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。二、機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的原始數(shù)據(jù)，在教師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)工作。原始數(shù)據(jù)包括典型工況下，工作臺(tái)速度、進(jìn)給抗力及臺(tái)面上工作物重量；工作臺(tái)定位精度、臺(tái)面尺寸和行程。設(shè)計(jì)具體要求完成以下工作：1數(shù)控工作臺(tái)裝配圖1：1比例或0圖幅 1張；2數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖2圖幅 1張；3設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1020頁(yè) 1本；所有圖樣均采用CAD繪制打印，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按規(guī)定撰寫。三X軸方案及參數(shù)計(jì)算1 方案擬定方案

4、擬定即確定工作臺(tái)傳動(dòng)的形式和控制方式及主要部件或器件的類型。1驅(qū)動(dòng)控制方式 由給定的工作臺(tái)精度要求較低，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，故采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。主要由步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路、滾珠絲杠副組成。2傳動(dòng)形式確定工作臺(tái)X方向和Y方向兩個(gè)坐標(biāo)分別采用步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。工作臺(tái)X方向采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)方式，可以通過(guò)降速擴(kuò)大轉(zhuǎn)矩輸出，匹配進(jìn)給系統(tǒng)慣量，獲得要求的輸出機(jī)械特性，同時(shí)減小脈沖當(dāng)量。工作臺(tái)Y方向采用直接傳動(dòng)方式，電機(jī)通過(guò)剛性聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。絲杠轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出完全與電機(jī)的輸出特性一致。2. X軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果X參數(shù)選定與計(jì)算vx= m/mi

5、n=m/s, Fx=210N, Px=Fxvx=W1脈沖當(dāng)量選擇初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時(shí)，步矩角=0.75°,初定脈沖當(dāng)量 =1mm/p, 絲杠導(dǎo)程tsP=6mm,中間齒輪傳動(dòng)比i為: i=(tsP)(360i)=0.75×6(360×1)=由i確定齒輪齒數(shù)為Z1=24,Z2=24×1.25=30,模數(shù)m=2mm,齒寬B1=16mm，B2=15mmX圓柱斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)如下：1.選定齒輪精度、材料、齒數(shù)及螺旋角1.選精度為7級(jí)2.選小齒輪為40Cr調(diào)質(zhì)，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì),硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS3.選擇齒數(shù)

6、Z1=24,Z2=Z1×i=24×304.選取螺旋角， 初選14o2.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)d1t2Kt×T1×u1×(ZHZE)2/d×a×u×H2(1/3)1).試選Kt=1.6, (由1表10-6)得材料彈性影響系數(shù)ZE½2).(由1圖10-30得)選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433,(由1表10-7)選取齒寬系數(shù)d3).由1圖10-26查得a1，a25，那么aa1+a21.634).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1， 所以： N= vx×1000×i/tsP469N1=60n2jLh=60&#

7、215;469×1×(2×8×300×15)×109 N2=N1/i=×109/1.620864×1095).由1圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.85,KHN2=0.87,6).由1圖10-21d查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa,7).計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取平安系數(shù)S=1,由式10-12得： H1KHN1×Hlim1×600/1510MPaH2KHN2×Hlim2×H=

8、H1+H2)/2=494.25 MPa8) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T1×105Px/nx×105×7875/=2.計(jì)算 1.試算小齒輪分度圓直徑d1t2×××/×1.58×××189.8/494.2521/3 mm 2).計(jì)算圓周速度 v=d1tn1/(60×1000)0.4048m/s3).計(jì)算齒數(shù)b及模數(shù)mnt： b=dd1t=×5 mmmnt=d1tcos/Z1=×cos14o/24=0.65nt×0.65mm = mmb/h=/1.4625=4).

9、計(jì)算縱向重合度×d×Z1×tan××24×tan14o5).計(jì)算載荷系數(shù)K,查1表10-2得使用系數(shù)KA=1.25,根據(jù)v=0.0375 m/s ,7級(jí)精度，由1圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.01,由1表10-4查得KH的計(jì)算公式：KH=1d2) d2×10-3×由b/h=3.4,(由1圖10-13)查得KF=1.14, 由1表10-3查得KH=KF=1.2,故載荷系數(shù)K=KAKvKHKF×××1.081.736.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1=d1t(K/Kt)(1/3

10、)=×1.73/1.61/3= mm7).計(jì)算模數(shù)mn=d1×cos/Z1=×cos14o/24=0.68 mm3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)1).按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)mn(2KT2YCOS2/dZ12)×(YFYS/F)(1/3)計(jì)算載荷系數(shù)，K=KA×Kv×KF×KF×××1.141.73根據(jù)縱向重合度0.57，由1圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)Y=0.93計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)Zv1=Z1/cos3=24/cos314o=2 Zv2=Z2/cos3=30/cos314o=由1表10-5查得：YFa1=2.592

11、,YSa196 YFa2=2.49, YSa2=因?yàn)樾↓X輪彎曲極限強(qiáng)度FE1=500MPa,大齒輪FE2380MPa,由1圖10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1,KFN28,取平安系數(shù)S=1.1F1KHN1×FE1/S=MPaF2KHN2×FE1/S304MPa計(jì)算大、小齒輪YFa1 YSa1/F1并加以比擬YFa1 YSa1/F12.592×9607YFa2YSa2/F2=×/3040.013 取大齒輪數(shù)據(jù)2).設(shè)計(jì)計(jì)算mn2×1.73×××(cos14°)2×242×1.631/3

12、52m 比照計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)，取mn2 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑d1=48mm ,來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有Z1=d1cos/mn=48×cos14o/2，取Z124那么Z2u×Z1=×24304幾何尺寸計(jì)算中心距 a=(Z1+Z2)mn/(2×cos)=(24+30)×2/2×cos14o mm 所以圓整為56 mm按圓整后的中心距修正螺旋角arccos(Z1+Z2)mn/2a=arcos(24+30) 

13、15;2/(2×56) =6o因值改變不多，故參數(shù)、K、ZH等不必修正 計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑d1=Z1mn/cos=24×2/coso =mmd2=Z2mn/cos=30×2/coso =mm計(jì)算齒輪寬度b=dd1×1mm所以取B2=15mm,為易于補(bǔ)償齒輪軸向位置誤差，應(yīng)使小齒輪寬度大于大齒輪寬度，所以小齒輪約為B1=16mm2)等效傳動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg1=(d14b1)32=()4×1.6××10-332 =×10-5 kg.m2式中 鋼密度×10-3 kg/cm3同理,

14、大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg2=17×10-5 kg.m2 由3表3-13初選滾珠絲杠 CDM2005-, 得到 d0=20 mm ,l=490 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=(d04l)32=(2)4×49×5×10-332×10-4 kg.m2 =6×10-5 kg.m2拖板及工作物重和導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,拖板重量及工作物重約為15kgJw=(G/g)×(tsP2) 2÷i2 =15×(0.0052) 2 ÷2 =×10-6 kg.m2因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je Je=

15、 Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2 =×10-52+0.73×10-5 +(17×10-5 +6×10-5) ÷()2 =×10-4 kg.m2 3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)由3式(2-7)(2-9)可知:Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i)= (210×210) ×6/(2××)=0.2115Mf= (Ff tsP)/(2i)= (WtsP)/(2i)=(0.06×15××6)/ (2××)=8375上

16、述式中 絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取，,nmax=(vmax/)×(/360°)=(2250/0.01) ×(0.75/360)=468r/min取起動(dòng)加速時(shí)間t=0.03 s初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75BC380A,矩頻特性如以下圖所示,其最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax=N.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=1×10-4 kgm2, fm=2200Hz.故 M0=(Fp0tsp)÷(2i) ×(1-02)= (1/3Fxtsp)÷(2i) ×(1-02) =(1/3) ×210×5÷(2××) 

17、5;1-2=27式中 Fp0滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fx/3 Fx進(jìn)給牽引力(N) 0J=( Je +Jm)= ×10-4 kgm2+1×10-4 kg.m2 =×10-4 kg.m2Ma=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)= ×10-4 ×(2×468)÷(60×0.03)=0.4162Mq= Mamax+ Mf+ M0=0.4162+8375+27=37275Mc= Mt+ Mf+ M0=0.2115+8375+27=3Mk= Mf+ M0=8375+27=0.021075從計(jì)算可知, Mq最大,作

18、為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù).Mq/ Mjmax=0.202 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)Je /Jm=<4 說(shuō)明慣量可以匹配電機(jī)慣量最大起動(dòng)頻率 fL=fm/(1+ Je /Jm)1/2=1700Hz步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)最大空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)最大工作頻率fq=vmax/(60)=1500/(60×0.01)=2500> fLfc=v1max/(60)=300/(60×0.01)=500< fL所以,與fc對(duì)應(yīng)的Mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求.綜上所述,可選該型號(hào)步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量.ZEZHdT1=d1t mma=56mmd0=20 mm l

19、=490 mmJs=6×10-52Jw=×10-6Je=×10-4 kg.mMt=0.2115Mf8375nmax=468r/minM0127Ma= Mq=Mc=0.23Mk21075fL=1700 Hz聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、平安保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動(dòng)裝置工作要求來(lái)選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。四、X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算1. X軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型滾珠循環(huán)方式 由2表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式 軸向間隙預(yù)緊方式 預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,

20、防止間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.由3表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式. (2)滾珠絲杠副直徑和根本導(dǎo)程系列采用絲杠公稱直徑 20mm,導(dǎo)程為6mm, 絲杠外徑mm，絲杠內(nèi)徑15.9mm，循環(huán)圈數(shù)2.5，根本動(dòng)載荷8451N，根本靜載荷18352N.(3)滾珠絲杠精度等級(jí)確定絲杠有效行程 由導(dǎo)程查得余程le=24mm，得絲杠有效行程lv=394 mm精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差ep×160×103=由2表5-5得,精度等級(jí)為T2(4)滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要

21、約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束.由2表5-6查得,采用兩端簡(jiǎn)支(F-S)支承形式.(5)滾珠絲杠副的選擇本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動(dòng)負(fù)荷CaCaj選擇滾珠絲杠副由2式3-2可知：Caj=(Fefw)/(fhftfafk)×(60Lhne)/(106)1/3式中 Caj -滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(N) Fe-絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半Fe=(21×210)/2=111.3N ne-絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 ne=2250/6=375r/min. Lh-絲杠工作壽命(h). 查考2表5-7得Lh=15000

22、h. ft-溫度系數(shù). 查2表5-8,得ft=0.70 fa-精度系數(shù). 查2表5-9得fa= fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查2表5-10得fw fh-硬度系數(shù).查2表5-11得fh fk-可靠性系數(shù).查2表5-12得fk.計(jì)算得Caj=3758N<Ca=8451N(6)滾珠絲杠副校核 取最大軸向工作載荷 Fmax =11N靜載荷系數(shù)fh;負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)fw軸向靜載荷Coj=fwfhFmax××11=N臨界壓縮負(fù)荷 對(duì)于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示:Fn×1010(f1d24)/(L02

23、) ×K1式中 L0400mm f1-絲杠支承方式系數(shù), F-S取2 d2-絲杠螺紋底徑,取mm K1平安系數(shù)，取1/3Fn=8604N>Fmax臨界轉(zhuǎn)速 對(duì)于在高速下工作的長(zhǎng)絲杠，須驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，以防止絲杠共振. ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-絲杠支承方式系數(shù),F -S取 Lc -臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度. Lc=430mm. d2-絲杠螺紋底徑,取mmncr= 17743r/min > nmax,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20×250=5000<70000軸承選擇校核由1表6-1選深溝球軸承6201.由1表6-6選角接觸球軸承700

24、1AC.參考1中有關(guān)內(nèi)容，計(jì)算略定位精度驗(yàn)算(略)(7)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù)滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動(dòng)而產(chǎn)生附加阻力.滾珠絲杠副的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑用鋰基潤(rùn)滑劑.導(dǎo)軌的功用是使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng),并承受運(yùn)動(dòng)部件上的載荷,即起導(dǎo)向和承載作用,導(dǎo)軌副中,運(yùn)動(dòng)的一方稱作運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,與機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)結(jié),不動(dòng)的一方稱作支承導(dǎo)軌,與機(jī)械的支承部件聯(lián)結(jié).支承部件用以支承和約束運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,使之按功能要求作正確的運(yùn)動(dòng).(1) 選日本NSK型滾動(dòng)導(dǎo)軌 ，E級(jí)精度，fh=1,ft=1,fc=1

25、,fa=1,fww=1(2) 壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開(kāi)機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:Lh=10×300×2×8×0.8=38400 h 每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8(3) L=(2lsnz60Lh)/(103)= Km計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺(tái)及其物重約為100N故：P=100/4=25N計(jì)算需要的動(dòng)載荷C(4) Ca=( fwP)÷(fh ft fc fa)×(L/50)1/3=986N由3查表320選用NSK LY25AL型號(hào)滾動(dòng)導(dǎo)軌副,其Co=1740N. Coa=2650N(3)滾動(dòng)導(dǎo)軌間隙調(diào)整預(yù)緊可以明顯提高滾動(dòng)導(dǎo)

26、軌的剛度,預(yù)緊采用過(guò)盈配合,裝配時(shí),滾動(dòng)體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過(guò)盈量.(4)潤(rùn)滑與防護(hù)潤(rùn)滑:采用脂潤(rùn)滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵.防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命.防護(hù)方式用蓋板式.五、Y軸方案及參數(shù)計(jì)算1Y軸步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果Y參數(shù)選定與計(jì)算vy=2m/min=1/30m/s, Fy=190N , Py=Fyvy=W1脈沖當(dāng)量選擇初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步矩角=°,初定脈沖當(dāng)量 =mm/p, 絲杠導(dǎo)程tsP=5 mm,中間齒輪傳動(dòng)比i為: i=(tsP)/(360)=×5(360×)=1故采用直接傳動(dòng)

27、方式；采用剛性聯(lián)軸器直接帶動(dòng)絲杠。2)等效傳動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)初選滾珠絲杠CDM2005-, 得到 d0=20 mm ,l=370 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=(d04l)32=(2)4×37××10-332×10-4 kg.m2 =×10-5 kg.m2式中 鋼密度×10-3 kg/cm3拖板及工作物重和導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,拖板及工作物重和導(dǎo)軌重之和約為12kgJw=(w/g)×(tsP2) 2÷i2=15×(0.52) 2÷12×10-4kg.m2=×1

28、0-6 kg.m2因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JeJe= Jw+Js =×10-6+×10-5=5.51×10-5 kg.m2 3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)由3式(2-7)(2-9)可知:Mt=(Fy+Fx) tsP/(2i)= (190×190) × 0.005/(2××1)=008Mf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2×15××0.005)/ (2××875上述式中 絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 nmax=(vmax/)×

29、(/360°)=(20001) ×(/360)=200r/min取起動(dòng)加速時(shí)間t=0.03 s初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75BF006A,矩頻特性如以下圖所示,其最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax= N.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=×10-4 kgm2, fm=1450Hz.M0=(Fp0tsp)÷(2i) ×(1-02)= (1/3Fytsp)÷(2i) ×(1-02) =(1/3) ×190×0.005÷(2××1) ×2=2式中 Fp0滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fy/3 Fy進(jìn)給牽引力(N) 0

30、Ma=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)=×10-4×(2×200)÷(60×0.03)=Mq= Mamax+ Mf+ M0=8752=Mc= Mt+ Mf+ M0=00887522155Mk= Mf+ M0=875275從計(jì)算可知, Mq最大,作為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù).Mq/ Mjmax=/1.98=0.8滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)Je /Jm=0.787<4 說(shuō)明慣量可以匹配電機(jī)慣量最大起動(dòng)頻率 fL=fm/(1+ Je /Jm)1/2=1076 Hz步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)最大空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)最大工作頻率fq=vm

31、ax/(60)=1250/(60×)=> fLfc=v1max/(60)=300/(60×0.005)=1000< fL所以,與fc對(duì)應(yīng)的Mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求.綜上所述,可選該型號(hào)步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量.Py=Wd0=20 mm l=370 mmJs=×10-52Jw=×10-6Je=×10-52Mt=0.2021Mf=0.00875nmax=200 r/min選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75BF006 AM012Ma= 1.557Mq=1.57775Mc=0.22155Mk075fL=1076Hz聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，

32、有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、平安保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動(dòng)裝置工作要求來(lái)選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。六、Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算1. Y軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型滾珠循環(huán)方式 由2表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式 軸向間隙預(yù)緊方式 預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,防止間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.由3表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式. (2)滾珠絲杠副直徑和根本導(dǎo)程系列采用絲杠公稱直徑 20mm,導(dǎo)程為5mm, 絲杠外徑19.5mm，絲杠內(nèi)徑17.6mm,循環(huán)圈數(shù)2.5，根本動(dòng)載荷8451N，根本靜載荷18352N

33、.(3)滾珠絲杠精度等級(jí)確定絲杠有效行程 由導(dǎo)程查得余程le=20 mm，得絲杠有效行程lv=270 mm精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差ep=/300×100×103=由2表5-5得,精度等級(jí)為T2(4)滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束.由2表5-6查得,采用兩端簡(jiǎn)支(F-S)支承形式.(5)滾珠絲杠副的選擇本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動(dòng)負(fù)荷CaCaj選擇滾珠絲杠副由2式3-2可知：Caj=(Fefw)/(fhftfafk)

34、5;(60Lhne)/(106)1/3式中 Caj滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(N) Fe-絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半Fe=1N ne-絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 ne=400 r/min. Lh-絲杠工作壽命(h). 查考2表5-7得Lh=15000 h. ft-溫度系數(shù). 查2表5-8,得ft=0.70 fa-精度系數(shù). 查2表5-9得fa= fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查2表5-10得fw fh-硬度系數(shù).查2表5-11得fh fk-可靠性系數(shù).查2表5-12得fk計(jì)算得Caj=3958N<Ca=8451N(6)滾珠絲杠副校核 取最大軸向工作

35、載荷 Fmax =N靜載荷系數(shù)fh 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)fw軸向靜載荷Coj=fw fh Fmax××=N臨界壓縮負(fù)荷 對(duì)于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示：Fn×1010(f1d24)/(L02) ×K1式中 L0300mm f1-絲杠支承方式系數(shù), F-S取2 d2-絲杠螺紋底徑,取m K1平安系數(shù)，取1/3Fn=12372N>Fmax臨界轉(zhuǎn)速 對(duì)于在高速下工作的長(zhǎng)絲杠，須驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，以防止絲杠共振. ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-絲杠支承方式系數(shù),F

36、-S取3.927 Lc -臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度. Lc=310mm. d2-絲杠螺紋底徑,取mncr=15194r/min > nmax,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20×400=8000<70000由1表6-1選深溝球軸承6201.由1表6-6選角接觸球軸承7001AC. 參考1中有關(guān)內(nèi)容，計(jì)算略定位精度驗(yàn)算(略)(7)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù)滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動(dòng)而產(chǎn)生附加阻力.滾珠絲杠副的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑用鋰基潤(rùn)滑劑.2.Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)軌的

37、功用是使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng),并承受運(yùn)動(dòng)部件上的載荷,即起導(dǎo)向和承載作用,導(dǎo)軌副中,運(yùn)動(dòng)的一方稱作運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,與機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)結(jié),不動(dòng)的一方稱作支承導(dǎo)軌,與機(jī)械的支承部件聯(lián)結(jié).支承部件用以支承和約束運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,使之按功能要求作正確的運(yùn)動(dòng).(5) 選日本NSK 型滾動(dòng)導(dǎo)軌 ，E級(jí)精度，fh=1,ft=1,fc=1 ,fa=1,fww=1(6) 壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開(kāi)機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:Lh=10×300×8×0.8=38400 h 每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8(7) L=(2lsnz60Lh)/(103)= Km計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺(tái)及其

38、物重約為94NP=94/4=2N計(jì)算需要的動(dòng)載荷C(8) C=(fwP)÷(fhftfcf)×(L/50)1/3=216N由3查表320選用NSK LY25AL型號(hào)滾動(dòng)導(dǎo)軌副,其Co=1740N. Coa=2650N(3)滾動(dòng)導(dǎo)軌間隙調(diào)整預(yù)緊可以明顯提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過(guò)盈配合,裝配時(shí),滾動(dòng)體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過(guò)盈量.(4)潤(rùn)滑與防護(hù)潤(rùn)滑:采用脂潤(rùn)滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵.防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命.防護(hù)方式用蓋板式.七、繪制裝配圖1.標(biāo)注裝配圖尺寸、配合與精度等級(jí)。包括特性尺寸、最大體形尺寸、安裝尺寸和主要零件的配合

39、尺寸。2.寫出工作臺(tái)的技術(shù)特征。3.編寫技術(shù)要求。4.對(duì)所有零件進(jìn)行編號(hào)。5.列出零件明細(xì)表及標(biāo)題欄。6檢查裝配圖。 八、電氣原理圖設(shè)計(jì)單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的主要局部都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī),因而可以把它看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)。不同系列的單片機(jī)共同的特點(diǎn)是：控制功能強(qiáng)；體積??；功耗低；本錢低。由于上述優(yōu)越性能，單片機(jī)已在工業(yè)、民用、軍用等工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著數(shù)字技術(shù)的開(kāi)展，它在很大程度上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。在軟件和擴(kuò)展接口支持下，單片機(jī)可以代替以往由模擬和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。如電氣原理圖所示的就是通過(guò)單片機(jī)及其外圍接口實(shí)現(xiàn)的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖。

40、它由8031型單片機(jī)、數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、存儲(chǔ)器EPROM2764、RAM6264、地址譯碼器74LS138、并行I/O接口8255等集成電路構(gòu)成。下面分別說(shuō)明它們?cè)谡麄€(gè)控制局部中的功能、用法及其選擇原那么。1單片機(jī)的選擇設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，首先要設(shè)計(jì)其核心的單片機(jī)系統(tǒng)。從一開(kāi)始就有一個(gè)單片機(jī)芯片選型問(wèn)題。面對(duì)不同字長(zhǎng)，如4位、8位、16位，各具特色的單片機(jī)芯片如何進(jìn)行選擇呢？首先要滿足所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能和性能要求；其次要選擇價(jià)格較低的芯片，不要盲目追求過(guò)多功能和過(guò)高性能；另外要選擇那些在國(guó)內(nèi)有成熟的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和穩(wěn)定的供貨來(lái)源。如采用流行普遍使用的芯片，資料豐富，能有效地縮短開(kāi)發(fā)周期。本課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)型的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)，其功能比擬簡(jiǎn)單，本錢低。因而這里選用MCS-51系列的8031單片機(jī)作為CPU，它具有良好的性能價(jià)格比，且易擴(kuò)展。2外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展MCS-51的程序存儲(chǔ)器空間為64K字節(jié)。對(duì)于片內(nèi)無(wú)