X_Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、廣西工學(xué)院機(jī)械工程系數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí)：指導(dǎo)教師：廣西工學(xué)院機(jī)電一體化教研室2010年6月目錄一、數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)目的3二、設(shè)計(jì)任務(wù)3三、設(shè)計(jì)主要步驟31、確定設(shè)計(jì)總體方案4(1)、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇4(2)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)42、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型5(1)、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算5(2)、計(jì)算切削力5(3)、滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)6(4)、步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選用9(5)、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算153、其余附件的選擇16四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1720五、機(jī)械部分裝配圖的繪制19六、參考文獻(xiàn)20七、總結(jié)體會(huì)一、設(shè)計(jì)的目的數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)

2、是一個(gè)重要的時(shí)間性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的：1、 通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其想怪知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。2、 通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式3、 通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算控制方法與控制驅(qū)動(dòng)方式4、 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并樹(shù)立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想5、 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫(xiě)科技論文的能力二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一套供立式數(shù)控銃床使用的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下：1、立銃刀

3、最大直徑的d=15mm,立銃刀齒數(shù)Z=3,最大銃削寬度ac=15mm最大背吃刀量ap=8mm,加工材料為碳素鋼或有色金屬。2、X、Z方向的定位精度均為土0.02mm。3、工作臺(tái)面尺寸為230mm230mm,加工圍為250mm250mm;4、工作臺(tái)空載進(jìn)給最快移動(dòng)速度:maxmax3000mm/min,工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度：VxmaxfVymaxf400mm/min，加減速0.4s。三、設(shè)計(jì)主要步驟1、確定設(shè)計(jì)總方案、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇、絲杠螺母副的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足初選0.01mm脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪韧?.02mm,對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)要有一定的精度

4、損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2,即是±0.01mm和±0.02mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。同時(shí)選用循環(huán)的形式，因?yàn)檫@樣摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度局0由于定位精度不高，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，裝卸方便。由于工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度MmaxVymax3000mmm冶，所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動(dòng)的軸承配置形式。、導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)數(shù)控銃床工作臺(tái)，

5、需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。、伺服電機(jī)的選用選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏低，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開(kāi)環(huán)控制，任務(wù)書(shū)初選的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm,定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3000mm/min,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。、減速裝置的選用選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)

6、量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應(yīng)選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銃床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有輪廓控制，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。、對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU,能夠滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。、要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。、選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。2、機(jī)械

7、傳動(dòng)部件的計(jì)算和選擇(1)、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算800N按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為(2)、計(jì)算切削力根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：立銃刀最大直徑的d=15mm,立銃刀齒數(shù)Z=3,最大切削寬度ae=15mm最大背吃刀量ap=8mm,設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銃刀，工件材料為碳素鋼。由【5】中P13頁(yè)的表中，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銃刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進(jìn)給量fz=0.1mm銃刀轉(zhuǎn)速n=300r/min由【2】中P200,查得立銃時(shí)切削力計(jì)

8、算公式為：l/c0.85工0.75.0.731.00.10)Fc118aefzdapnZ代如上式得：Fc118150.850.10.75150.7381.03000.103N1229N采用立銃刀進(jìn)行圓柱銃削時(shí)，各銃削力之間的比值可由【2】中查得，各銃削力之間的比值圍如下：Ff/Fc=(1.01.2)取1.1Ffn/Fc=(0.20.3)取0.25Fe/Fc=(0.350.4)取0.38考慮逆銃時(shí)的情況，因?yàn)槟驺|的情況的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險(xiǎn)的工況。由此可估算三個(gè)方向的銃削力分別為：Ff1.1Fc1356NFe0.38Fc468NFfn0.25Fc308N考慮立銃，則工作臺(tái)受到垂

9、直方向的銃削力Fz,受到水平方向的銃削力分別為Ff和Ffn今將水平方向較大的銃削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銃削力Fx,徑向銃削力為Fy0FxFf1352NFyFfn307NFzFe467N(3)、滾珠絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)、最大工作載荷的計(jì)算已知移動(dòng)部件總重量G=800N,按滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算，由【3】中P389,取顛覆力影響系數(shù)K=1.1,滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)查【1】中P194可知u=0.00250,005,現(xiàn)取u=0.005,求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：FeqkFxu(FyFzG)=1.1X1352+0.005X(307+467+800)=1500N、最大計(jì)算動(dòng)載荷的確定設(shè)工作臺(tái)在承受最大銃

10、削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程P=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速neq=v/P=80r/min。60neqT66=10N10預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作五年，每天工作八小時(shí)，由此得使用壽命為T=5X360X8=14400h,根據(jù)【1】中P110,公式54得：T其中T使用壽命14400hN循環(huán)次數(shù)neq滾珠絲杠白當(dāng)量轉(zhuǎn)速80r/min求得：T608014400106=72(106r)1.21.5,現(xiàn)取fd1.3,滾查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等沖擊載荷取值圍道硬度為60HRC時(shí)，硬度影響系數(shù)取值加1.0,由【1】中P109,式5-3Cc3廳fdfhFeq代入數(shù)據(jù)得：Cc3

11、7691.31.01495=8112N、規(guī)格型號(hào)的初選根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號(hào)的生產(chǎn)廠家的資料，選擇博特精密絲杠制造生產(chǎn)的GDM系列2005-3型滾珠絲杠副，為循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm,導(dǎo)程為5mm,循環(huán)滾珠為3圈X2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N,大于最大計(jì)算動(dòng)載荷Cc=7971,滿足要求。參考網(wǎng)址：滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)（單位mm）名稱符號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果絲杠滾道公稱直徑dg20螺距P5接觸角45o鋼球直徑dw3.175螺紋滾道法面半徑RR0.52dw1.651偏心距ee0.0449螺紋升角arctg4o33

12、'dw絲桿絲杠外徑d119.3絲杠底徑d216.2螺桿接觸直徑dzdzdwdbcos17.75絲杠螺母螺母螺紋外徑DDd02e2R23.212螺母徑（循環(huán)）D120.14表、傳動(dòng)效率的計(jì)算將公稱直徑d0=20mm,導(dǎo)程P=5mm,代入后arctanP/（d。）,得絲杠螺旋升角E4°33'。將摩擦角巾=10',代入tanMtan（葉巾），得傳動(dòng)效率96.4%、剛度的驗(yàn)算X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定，一端游動(dòng)”的軸承配置形式。由【1】中P109,可知這種安裝適用于較高精度、中等載荷的絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承，

13、這樣能承受集中力偶。絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用接觸量來(lái)校核。a、滾珠絲杠滾道間的接觸變6，查【3】中相關(guān)公式，根據(jù)公式Zd0/dW,求得單圈滾珠數(shù)Z=20;該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為32,代入公式ZZ圈數(shù)列數(shù),得滾珠總數(shù)量Z=120。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FyFeq/3=498N。查3中相關(guān)公式，得，滾珠與螺紋滾道間接觸變形10.0013Pa/3JdwFyz3式中Pa=1 0.0013Pa/3JdwFyZ3=0.00131495/3430014。因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3,所以實(shí)際變形量可以減少一半，取1=0.0007mm。b、絲杠在工作載荷F

14、max作用下的抗拉壓變形2絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承的配置形式，軸承的中心距a=560mm,鋼的彈性模量E=2.1105MPa,由表一中可知，滾珠直徑dw=3.175mm,絲杠底徑d2=16.2mm，則絲杠的截面積S=冗d2/4=206.12mm2,由【7】中，式3-352Feqa/ES其中，最大工作載荷Feq=1495N中心距a=560mm彈性模量E=2.1105MPa22截面積S=冗d2/4=206.12mm代入以上數(shù)據(jù)，得2=0.019mm0.00070.0190.0197mm19.7um本例中，絲杠的有效行程為500mm，由【3】中知，5級(jí)精度滾珠絲

15、杠有效行程在400500mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到30m,可見(jiàn)絲杠剛度足夠。、穩(wěn)定性的驗(yàn)算根據(jù)3中式5.7-17Pa工旦。L2K取支承系數(shù)fk=2;由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩Id：/643380.88mm4;壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離L=a取最大值560mm。代入公式，得Pa=14896kg.f=14896N大于Cc=7533N,故不會(huì)失穩(wěn)，滿足使用要求。、臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算對(duì)于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速nc,c產(chǎn)de由【1】中P111式5-10得：nc9910'一Lc其中d2d01.2D

16、w20-1.2X3.175=1mmLc為臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度Lcd216.2f2為絲杠支承方式系數(shù)f2=3.927（一端固定，一端游動(dòng)）代入數(shù)據(jù)得：nc6100r/min臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定由以上驗(yàn)算可知，選用GDM2005型的絲杠，完全符合滿足所需要求，故確定選用該型號(hào)，由表一可知絲杠所需的安裝連接尺寸（4）、步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選用傳動(dòng)計(jì)算因?yàn)樵撱|床的加工精度為土0.02mm，考慮到機(jī)械傳動(dòng)部分造成的精度損失，故選用銃床的脈沖當(dāng)量為0.01mm/Hz初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角a=0.72由【1】中P121式5-18得：傳動(dòng)比360

17、i=It0.725360八/>0.011由于傳動(dòng)比為1,則不需要選用減速箱，采用電動(dòng)機(jī)軸與絲杠通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接的方式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型a、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。i、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J由【1】中P134式5-28得：J0.77D4L1012式中D為絲杠公稱直徑D=20mmL為絲杠長(zhǎng)度L=560mm代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77X204X560X1012=6.9X105kg.m2ii、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由【1】中式5-29得：J2（）2M1062冗其中

18、M為工作臺(tái)的（包括工件）的質(zhì)量M=-型0=81.6kgg9.8S為絲杠螺距S=5mm5代入數(shù)據(jù)，得：J2（一）281.61065.2105kg.m22iii、初選寶馬前電機(jī)電器的90YG5502型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J34104kg.m2所以JdJ1J2J3=6.9義105+5.2X105+4X104=5.16X104Nm驗(yàn)算慣量匹配，電動(dòng)機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的圍，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小,即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在1/41之間，JJ,410440.785.161041J由此可見(jiàn)：1,符合慣量匹配要求。4Jd、步進(jìn)電機(jī)

19、軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計(jì)算a、承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩,由【1】中P132式5-25得：MiMatMfMoMt其中MatJrn9.6T其中:Jr為折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣量Jr=Jd=5.16X104T系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，由任務(wù)書(shū)知為T=0.4S得：MatFoSMf2冗nt切削時(shí)的轉(zhuǎn)速為300r/min5.161043002z4.0310N9.60.4103其中:Fo為導(dǎo)軌摩擦力F0(FZG)u(469800)0.0056.3NS為絲杠螺距S=5mmi為齒輪降速比，已計(jì)算出為1“為傳動(dòng)鏈總效率，產(chǎn)0.7-0.8,取0.8代入數(shù)據(jù)得：Mf6.27103NmFS

20、2)103M0ajmax(12冗i其中：Famax為最大軸向載荷，F(xiàn)amax且503N3°為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，0=0.95>0,9其余數(shù)據(jù)同上代入數(shù)據(jù)得：M00.048N-mMt-FS-103其中：Ft進(jìn)給方向的最大切削力FtFx1356N2冗i其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得：Mt1.34N-m由此都得到等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M1MatMfM0Mt1.46N-mb、快速空載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩加速力矩【1】中P132式5-24得：MMamaxMfM0MamaxVmaxnmax-二Ph30005600r/min其余參數(shù)同上入數(shù)據(jù)得：Mamax0.06力矩摩擦MfF0S2%103其中：u為導(dǎo)軌副

21、的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取u=0.005其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得：Mf0.0004N-m附加摩擦力矩:M0其余參數(shù)同上代入數(shù)據(jù)得：M00.048N-m所以可知快速空載時(shí)點(diǎn)擊所需力矩：M2MamaxMfM。=0.06+0.0004+0.048=0.1084N-m比較Mi和M2,取其較大者，就是最大等效負(fù)載，即：M=Mi=1.46N.M、步進(jìn)電機(jī)的初選考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸入轉(zhuǎn)矩也會(huì)下降，可能會(huì)造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)，因此按最大等效負(fù)載M考慮一定的安全系數(shù)入，取入=3,則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax3M31.464.38N-m由所選的電機(jī)型號(hào)參數(shù)可知，最

22、大轉(zhuǎn)矩Tjmax5Nm,可知滿足要求。、步進(jìn)電機(jī)性能校核a、最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度Vmaxf=400mm/min,脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖，求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率fmaxf400/(600.01)667Hz。從90BYG5502電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf4N-m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.46Nm,滿足要求。b、最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度Vmax=3000mm/min,求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻fmax3000/(600.01)5000Hz。由圖查得，在此頻率下，電

23、動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=3.5Nm,大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=0.1084Nm,滿足要求。c、最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核與快速空載移動(dòng)速度vmax=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為fmax12500Hz。查圖3中相應(yīng)表格，可知90BYG5502電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000Hz,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。、起動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq3.57kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm2.4kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq1800HzO由式可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：fLfq1141.28Hz說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不

24、失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于1141.28Hz實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100Hz綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用90BYG5502步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求、確定選型的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)所選電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下圖所示:永磁感應(yīng)了武步進(jìn)時(shí)機(jī)RYG/HR10TOPS90RYC型號(hào)蚓由步保(BECJ.J_四三(Y)電流卸SS總也OF.ROoe)耨善置量Octci*:)電感mH修蛾圖09'|0-so419QZ43.5I274n鏟1004i.a>204GL*CT±ufl5"Mi43KN43,5L二？工丁二二二二C.75"

25、f5"1Q0q601BIS36"/O5033.力243260畔近50C36*/0T2*503504i2外形尺寸安裝接線圖和和矩頻特性如圖3所示興苑出L尺寸型與MW的和An4:EL?n-OOil"ki9»4dgf6332259?Linn齷丸士向HuX事IB*DZICT=>azrr基注HUIU工P«1T87.g14dg工Sb睨1a平值毋4Xt：6LOTB.B工距3口1so9n1二一*T3&-Q.g14dn二工£5iseJLOO豐國(guó)弟w占。EHOTa.a.40T。&-oiT-3日0g7fc032Sg154半網(wǎng)畫(huà)qx+i

26、cEOTG.6注工跖5019070'3O'j.T3&Bfil-14-ags25爾100平網(wǎng)由4X爭(zhēng)16LOT6.6皿郵工3七皿u7anJd0M1fC5J工口牛目陛4X令ibLOTtJ.&.WH<音I741BB43Lomu匚二WET參考網(wǎng)址.cz-baoma./product.asp?Action=Detail&ID=28置線圖(5)、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算、工作載荷的計(jì)算工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(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)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷

27、為:Fmax其中，移動(dòng)部件重量G=800N,外加載荷F=Fz=503N代入上式，得：Fmax669N、小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算預(yù)期工作臺(tái)的工作壽命為5年，一年365天,取工作時(shí)間為360天,每天工作8小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命Lh14400h、距離額定壽命計(jì)算3由公式LhL10,從而得到L602nS6010式中，Lh為小時(shí)額定工作壽命。n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)(46)取5S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工圍為250mmx250mm取520mm代入數(shù)據(jù)得：Lh4493km、額定動(dòng)載荷計(jì)算由公式L6.25(Ca/F)3從而得到：CaF3.L/6.25式中：Ca為額定動(dòng)載荷L為距離工作壽命，由上式可知為4

28、493kmF為滑塊的工作載荷，由上式可知為669N代入數(shù)據(jù)得：Ca5593N、產(chǎn)品選型根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用工藝裝備制造的GGB20BA型，相關(guān)尺寸如下圖4所示，參考網(wǎng)址：.njyigong./html/gund/g2/c/ggb/ba.htm圖4可知其額定動(dòng)載荷C=11.6KN,大于5.593KN,故可知滿足要求。、安裝連接尺寸。對(duì)于導(dǎo)軌的安裝按照如圖4所示相關(guān)尺寸安裝。3、其余附件的選擇1、聯(lián)軸器的選擇剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，免維護(hù)，超強(qiáng)抗油以及耐腐蝕，即使承受負(fù)載時(shí)也無(wú)任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負(fù)荷時(shí)，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。適用于安裝底

29、座剛性好、對(duì)中精度較高、沖擊載荷不大、對(duì)減振要求不高的中小功率軸系傳動(dòng)。根據(jù)選出的電機(jī)和絲杠的參數(shù)，選用光宇科技的LK13-C32-1012型剛性聯(lián)軸器特由fke.超限噌巨就是敢至夫藕招定參考網(wǎng)址.31992640./asp/cpzx-show.asp?productid=1753翟金加肺州嶗料蔗總理眥耕青理號(hào)M岫橢於LIL2R療累施(Nm蜀定蜒鼠影三(Ml居施rpn?骷力姬叮而iigLKlKlfi-幗7RK2.51ninkgirn2.9乂】二SLK1XM-。U10J_1ijUi-JJByLHJT.W產(chǎn)21LX3M21-_204.T59.5NZ510.51?4W18石町廠itsSLK1HM-一

30、v0J2JX儼40LK1K25-aio2525JV121/12cO2t8父128SLK3K25-口1九岡不T9111一011121432Z.T515.51112.5!?440LOXID-S505LK1M32-_,JJjeJ2.4町產(chǎn)15»60dliAldTKtn閩5Bccy；Siante«Sitt四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)主要考慮以下功能:(1)接受操作面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信息；(2)接受限位開(kāi)關(guān)信號(hào)；(3)控制X,Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；(4)與PC機(jī)的串行通信。CPU選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52,采用8279,和W27C512,6

31、264芯片做為I/O和存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。W27C512用做程序存儲(chǔ)器，存放監(jiān)控程序；6264用來(lái)擴(kuò)展AT89S52的RAM存儲(chǔ)器存放調(diào)試和運(yùn)行的加工程序；8279用做鍵盤和LED顯示器借口，鍵盤主要是輸入工作臺(tái)方向，LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺(tái)坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有超程報(bào)警功能，并有越位開(kāi)關(guān)和報(bào)警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路。進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖上，印匕芯片中2712隔離放大CPIJAT89s52單片機(jī)行口片五并接芯82晟位開(kāi)關(guān)信號(hào)Y向步避電動(dòng)機(jī)操作司也開(kāi)關(guān)拉軍信號(hào)圖62、驅(qū)動(dòng)電路流程設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm,步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn)給0.01mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)CPU的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在CPU上使