单向滑台设计说明书

机电一体化课程设计学号：11204020238姓名： 邹垒 指导教师：甘彬老师成绩： 日期：2015.07.12重庆理工大学单向工作台设计- 1 -目录重庆理工大学专业课程设计任务书 .2一、总体方案的确定 .31、机械传动部件的选择 .32、控制系统的设计 .4二、机械传动部件的计算与选型 .41、导轨上移动部件的重量估算 .42、直线滚动导轨副的计算与选型 .53、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 .64、步进电机的选用. .105、步进电动机的计算和选型 .106、增量式旋转编码器的选用 . 167、联轴器的选型及校核.168、轴承的选用及校核.17 9、各传动部件的预紧.20三、驱动器、单片机及电源.211 、驱动器的选择.212、单片机. 243、82C55 和 74LS3734、驱动器电源及单片机电源选择.24四、单片机 VC 源程序.25五、参考文献.29单向工作台设计2重庆理工大学专业课程设计任务书1、教学目的 通过课程设计培养学生综合运用所学知识和技能、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础上的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于： 1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品) 的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。 2、培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。3、培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本素质的训练。 4. 树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。二、课程设计题目：机电传动单向数控平台设计 （1）电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机； （2）机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等； （3）电气控制方式：单片微机控制、PLC 控制；（4）功能控制要求：速度控制、位置控制；（5）主要设计参数：单向工作行程 2100mm，移动负载质量 175kg，负载移动阻力 150N，空载最快移动速度 6000mm/min，进给最快移动速度 1200mm/min。速度控制精度 0.5%，或实现行程（位置）控制，控制精度 0.01mm。三、课程设计的基本要求： （1）方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优；（2）总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，绘制工作台进给传动机构装配图一张（A2 一张）；（3）根据控制功能要求，完成电气控制设计，给出电气控制电路原理图（A2 图一张）；（4）根据电气控制原理图编写相关的控制程序；（5）每个学生应独立完成课程设计说明书一份，字数为 3000 字以上，设计图纸不少于两张；（6）用计算机绘图或手工绘图，打印说明书；（7）设计选题分组进行，每位同学采用不同方案（或参数）独立完成；四推荐参考资料 1 机械原理与机械设计； 2 微机原理与接口技术； 3 测试技术； 4 机电传动控制； 单向工作台设计35 PLC 控制技术；6 机电一体化系统设计； 7 机电控制及自动化； 8 机械设计手册； 机电一体化技术手册一、总体方案的确定1、机械传动部件的选择（1）导轨副的选用要设计的工作台是用来配套轻型的数控机床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小(0.005mm/p)，定位精度高（0.01mm），因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。选直线滚动导轨副（2）丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足 0.005mm 的脉冲当量和0.01mm 的定位精度，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。选滚动丝杠螺母副（3）伺服电动机的选用任务书规定的空载最快移动速度 6000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。伺服电机选步进电机单向工作台设计4（5）检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。检测装置的选用：增量式旋转编码器2、控制系统的设计（1）设计的工作台准备用在数控机床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。 连续控制型（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用单片机，应该能够满足任务书给定的相关指标。 单片机（3）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 步进电机驱动电源系统总体框图二、机械传动部件的计算与选型1、导轨上移动部件的重量估算按照导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工作平台、滑块等，估计重量约为 G=500N单向工作台设计5500N。2、直线滚动导轨副的计算与选型（1）滑块承受工作载荷 Fmax 的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。工作台采用水平布置，利用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：(2-2)2max4FG其中，移动部件重量 G=500N，外加载荷 F=FZ=1750N，代入式 2-2 得最大工作载荷查表 3-41，根据工作载荷 Fmax=1875N，初选直线滚动导轨副的型号为 KL 系列的JSA-LG25 型，其额定动载荷 Ca=7.94kN，额定静载荷 C0a=9.5kN。查表 3-35，按标准系列，选取导轨长度为 3000mm.表 3-35 JSA 型导轨长度系列导轨型号 导轨长度系JSA-LG15 280 340 400 460 520 580 640 700 760 820 940JSA-LG20 340 400 520 580 640 760 820 940 1000 1120 1240JSA-LG25 460 640 800 1000 1240 1360 1480 1600 1840 1960 3000JSA-LG35 520 600 840 1000 1080 1240 1480 1720 2200 2440 3000JSA-LG45 550 65 750 850 950 1250 1450 1850 2050 2550 3000JSA-LG55 660 780 900 1020 1260 1380 1500 1980 2220 2700 3000JSA-LG65 820 970 1120 1270 1420 1570 1720 2020 2320 2770 3000导轨副的型号:KL 系列的 JSA-LG25 型导轨长度为3000mm(2) 距离额定寿命 L 的计算上述选取的 ZL 系列 JSA-LG25 型导轨副的滚道硬度为 60HRC，工作温度不超过100，每根导轨上配有两只滑块，精度为 4 级，工作速度较低，载荷不大。查表表 3-36 硬度系数滚道硬度（HRC） 50 55 5864fH 0.53 0.8 1.0单向工作台设计6表 3-37 温度系数工作温度/ 95.690%，合格。（5）刚度的验算1）工作台滚珠丝杠副的支承均采用“双推-简支”的方式。丝杠的一端用深沟球轴承，另一端用深沟球与推力球轴承的组合，左、右支承的中心距离约为 a=2150mm；钢的弹性模量 E=2.1105MPa；查表 3-31，得滚珠直径 DW=2.175mm，丝杠底径d2=16.2mm，丝杠截面积 。22/435.8Sdm丝杠的拉伸或压缩变形量 1 在总变形量中的比重较大，可按下式计算：(2-5)IEMaSFm21式中：Fm丝杠的最大工作载荷，单位为 Na丝杠两端支承间的距离，单位为 mmE丝杠材料的弹性模量，钢的 E=2.1105MPa单向工作台设计9S丝杠按底径 d2确定的截面积，单位为 mm2M转矩，单位为 NmmI丝杠按底径 d2 确定的截面积惯性矩（ ），单位为 mm464/2dI滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2无预紧时 (2-6)32108.0ZFDm有预紧时 (2-7)322 /.YJw式中 DW滚珠直径，mmZ 滚珠总数量，Z=Z 圈数列数Z单圈滚珠数， （外循环）， （内循环）wDd/03/0WDdZFYJ预紧力，单位 N由于转矩 M 一般较小，可以忽略式 2-5 中的第二项，算得丝杠在工作载荷 Fm 作用下产生的拉/压变形量1520430.164.18mFamES2）根据公式 ，求得单圈滚珠数 Z=24；该型号丝杠为单螺母，滚/0WDdZ珠的圈数列数为 42，代入公式：Z =Z圈数列数，得滚珠总数量 Z =176。丝杠预紧时，取轴向预紧力 FYJ=Fm/3=674N。则由式 2-7，滚珠与螺纹