19-通用两维运动平台设计【尺寸500X400 行程400X320】【版本1】【CAD图纸+word说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共36页)
编号：1022608
类型：共享资源
大小：1.10MB
格式：RAR
上传时间：2017-02-15
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
19
通用
运动
平台
设计
尺寸
x400
行程
x320
版本
cad
图纸
word
说明书
仿单
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
I 学 课程设计 通用两维运动平台 设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 要 数控技术及数控 工作台 在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控 工作台 的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控 工作台是现代加工车间最重要的装备。它的发展 是信息技术 (1T)与制造技术 (合发展的结果。现代的 捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。 本次设计内容介绍了数控 工作台 的特点、电机选型以及计算误差的一般分析。并通过一定的实例详细的介绍了数控车床改造的分析方法。 关键词 ： 数控技术步进电动机 电气控制 in in it in s to to s s as as is is 1T) of of is is of is s as as s 录 摘 要 . 录 . 1 章 数控系统总体方案的分析、原理阐述和框图 . 1 控系统总体方案的分析 . 1 统运动方式的确定 . 1 服系统的选择 . 1 算机系统的选择 . 1 维工作台的传动方式 . 1 控系统总体方案框图 . 2 题设计参数与要求 . 2 第 2 章 机械部分设计计算、结构设计过程说明 . 4 定系统脉冲当量 . 4 作台外形尺寸及重量初步估算 . 4 动导轨副的计算、选择 . 5 向滚珠丝杠计算、选择 . 6 向进给丝杠 . 9 轴滚珠丝杠副的几何参数 . 13 轮计算、设计 . 14 进电机惯性负载的计算以及步进电机的 选用 . 14 第 3 章 结构和零件参数的选择和计算 . 16 珠丝杠副的支承形式 . 16 珠丝杠副的特点 . 17 向机构的设计 . 18 轨的功用 . 18 动直线导轨的选择程序 . 18 线运动滚动支承系统负荷的计算 . 18 轨的选择 . 19 动轴承的计算 . 20 V 撑方案的确定 . 20 承型号选型及校核 . 21 第 4 章 使用、运行、保养、装配维护的必要的技术说明等 . 21 第 5 章 系统控制软件的设计 . 23 件设计方案 . 23 序流程图 . 23 法 . 24 编语言程序设计 . 26 片机的选择 . 26 部 程序存储器的扩展 . 26 部数据存储器的扩展 . 27 、原理阐述和框图 数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案 的分析、比较和论证。 控系统总体方案的分析 统运动方式的确定 该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。 服系统的选择 开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。 考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机作为开环伺服系统驱动。 算机系统的选择 采用 列中 的 8031 单片机扩展控制系统。 片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。 维 工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。 由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩 擦系数，提高运动平稳性。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。 2 控系统总体方案框图 系统总体框图如下： 题设计参数与要求 数控 工作台 的工作台是承载工件并能实现 轴联动的工作面。在数控系统的控制下，由步进电机驱动，工作台完成平面运动，精确高效地完成平面内各种复杂曲线的凸轮、样板、模具等零件的自动加工。 基本参数： 1、运动平台面尺寸： 500400； 2、平台移动行程： X Y 400 320； 3、夹具和工件总重： 1000N； 4、最高运行速度： 步进电机运行方式： 空载： 1m/切削： 交流伺服电机运行方式：空载： 15m/削： 6m/ 5、系统分辨率：开环模式 闭环模式 6、系统定位精度：开环模式 闭环模式 7、切削负载： X 向 600N； Y 向 700N； Z 向 800N (2) 要求完成的主要内容： A 数控系统的总体方案拟定 B 进给伺服系统机械结构 的设计计算 计 算 机 光电隔离 功率放大 步进 电机 X 向工作台 光电隔离 功率放大 步进 电机 Y 向工作台 3 1)确定脉冲当量； 2)滚珠丝杆螺母副的计算和选型 3)导轨的计算和选型 4)进给伺服系统的传动计算 5)步进电机的计算和选型 6)完成 工作台进给系统机械装配图 (3) 设计的顺序可参考的路线：负载力的计算、最高运行频率的确定、选择步进电机、选择滚珠丝杆副，确定齿轮减速比、结构设计等。 4 第 2 章 机械部分设计计算、结构设计过程说明 机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。 定系统脉冲当量 脉冲当量 p 是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为 此选择 可以选择 脉冲当量为 作台外形尺寸及重量初步估算 根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算 X 向和 Y 向工作台承载重量 计工作台简图如下： 估算重量： X 向拖板 (上拖板 )尺寸为 : 50400500 重量 : 3 Y 向拖板 (下拖板 )尺寸为 : 50320400400500 ）（）（ 重量 : 1050320400400500 23y ）（）（夹具及工件重量 : 1000N 作台运动部分总重量为 : 图 35 动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷 估算的 算导轨的静安全系数 ，式中： 导轨的基本静额定载荷， 作载荷 P=z+W)； 般运行状况 )， 动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选 导轨： 已知条件： 切削负载： X 向 600N； Y 向 700N； Z 向 800N 因系统受中等冲击 ,因此取 )(, 90)780800( 0 3) 2 7800( 1 6 07 9 04 2 0 34 根据计算额定静载荷初选导轨 ,其型号为： 本参数如下： 表 2 定载荷 /N 静态力矩 /N*M 滑座重量 导轨重量 导轨长度 动载荷 静载荷 (17500 26000 198 198 288 60 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M n 4 导轨的额定动载荷 7500依据使用速度 v（ m/初选导轨的基本动额定载荷 )(： 额定行程长度寿命 : 3)( 6 47541900 12f 150 6 0 9 9)4 7 51 7 5 0 02 0)( 33 导轨的额定工作时间寿命 : 10 3 0 33 导轨的工作寿命足够。 向 滚珠丝杠计算、选择 初选丝杠材质： ， 0， 取 导程： 0 强度计算： （ 1）、计算进给牵引力 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采用的是加有导轨块的滚动导轨，所以选择的计算公式为 选矩形 导轨的计算公式。计算公式为： 式中 （ N）； 600N,700N,800N. G N）； G=1000N )( 7 ，随导轨型式而不同； = 覆力矩影响 系数； K=命值：60 1060 ，其中丝杠转速 (m a x 最大动 载荷： 中 0 106 转为一单位 取 1 一般运转时 取 1.3 n r ，用下式计算 m ， T h ，对于数控 工作台 取 6000 ； 初选导程 由任务书可知最大切削力下的速度 m ，则0 m i ,代入公式可计算得 000=1000 150 r 0 666 0 6 0 1 5 0 1 5 0 0 0 1351 0 1 0 3/10=1035 1 3135 =据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为 :： 列滚珠丝杆副，其型号为： 基本参数如下： 表 2杠代号 公称直径 基本导程 丝杠外径 丝杠底径 循环圈数 h 3 n 0 5 额定载荷 刚度 螺母安装尺寸 动载荷 静载荷 K D L B ( ) 1 . 1 6 0 0 0 . 1 5 ( 7 0 0 8 0 0 1 0 0 0 ) 6 6 0 3 7 5 1 0 3 5m x y F F F G N 8 14205 38244 730 70 62 11 螺母安装尺寸 油杯孔 4 1 2 h M 45 56 0 6 额定动载荷为 14205N够用。滚珠 循环方式为外循环螺旋槽式 ,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式。 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 表 2称 计算公式 结果 公称直径 0d 20距 t 5触角 045 钢球直径 纹滚道 法向半径 R 心距 e ( 2 ) s i d 纹升角 0d 0433 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) bd d d 杆内径 1d 1022d d e R 杆接触直径 2d 20 c o d d 母螺纹外径 D 0 22D d e R 母内径（外循环） 1D 10 ( 0 . 2 0 . 2 5 5 ) bD d d 动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为：)( g 式中： 100o 为摩擦角； 334o 为丝杠螺旋升角。 9 0334( 334)( 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：1 )/(6 2 61 321 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 /01 E 级精度丝杠允许的螺距误差 15 。 向进给丝杠 （ 1）、计算进给牵引 计算公式为： 式中 N）； G N）； 数，随导轨型式而不同； K 覆力矩影响 系数； （ 2）、计算最大动载荷须保证在一定轴向载荷作用下，丝杠在回转 100万转（ 106 转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠)( y ( ) 1 . 1 7 0 0 0 . 1 5 ( 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 ) 1 1 3 0m x F F F G N 10 丝杠能承受的最大动负载下式计算选择： 3/1060 1060 01000s 式中 0 106 转为一单位 =1 一般运转时 取 1.4 n r ，用下式计算 m ， T h ，对于数控 工作台 取 5000 ； 初选导程 由任务书可知最大切削力下的速度 m ，则0 m i ,代入公式可计算得 000=1000 120 r 0 666 0 6 0 1 2 0 1 5 0 0 0 1081 0 1 0 3/10=1130 1 3108 = 3）、滚珠丝杠螺母副的选型 表 2列滚珠丝杠副尺寸参数 规格代号 公称直径 导程 滚珠直径 丝杠底径 丝杠外径 循环列数 安装尺寸螺母 油杯 额定载荷/N 刚度25 D L B h M 11 055 5 *2 40 66 53 90 11 6 0 1921 28759 615 （ 4）、传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 ： tg 珠丝杠的滚动摩擦系数 03.0f ，其摩擦角约等于 10 。 将公称直径0d=20 程为 代入 0/ta n h ，得丝杠螺旋升角 = 0370 。将摩擦角 = 10 ，代入 tg 传动效率 88% 。 （ 5）、刚度的验算 先画出此进给滚珠丝杠支承方式草图 ,如图所示 130N,丝杠螺母及轴承均进行预紧 ,预紧力为最大轴向负载的 1/3. 图 2向进 给系统计算简图 滚珠丝杠副的轴向变行会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素： 1)、丝杠的拉伸或压缩变形量 1 1 在总的变形量中占的比重较大 ,可以用计算方法或查图表的方法决定，在这里我选用的是计算的方法，先用下式计算滚珠丝杠受工作负载(再计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量 1 ，公式如下： G J M L 1J 12 式中 L )( 进给牵引力， )(N ; )( E 钢 E=21 410 ,( 2/; S 内径确定） )( 2 “ +” 号用于拉伸，“ -”号 用于压缩。 其中 22 2/ 2 2 1 . 2 / 2S d m m = ， 1130 X 向和 滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量 )(1 1式中 L )( 根据设计行程、滚珠丝刚副的最大长度、防护罩的极限距离、及轴承一半的长度，以上几项之和确定滚珠丝杠在支撑间的受力最大长度 L 。 计算得 防护套选 30m a x m i n 1 26 6 0 , 5 0 , 3 0 , 5 6L m m L m m D m m D m m 从以上计算选择：轴承 7004C 轴承座宽为 30 表 2承选型 d D B a r 0 42 12 5 137 m 2L L Ba=500+110+30=640 13 1= 2)、滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 3 22 10/ 式中 Z= 3/0 求得单圈滚珠数 Z=22；Z=Z 3 2=132， 3=得： 2 =)、支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形总因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的 1/3，所以实际变形量可减小一半，取2 = 将以上算出的 1 和 2 代入12 0 . 0 1 3 0 . 0 0 0 7 0 . 0 1 3 7 总。 有效行程 500由表 3 27 知， 5 级精度滚珠丝杠有效行程在 500 630行程偏差允许达到 ，可见丝杠刚度足够。 （ 6）、稳定性验算 7400 滚珠丝杠支撑 为双推 双推型 ，不会产生失稳现象，不需要进行稳定性校核。 轴 滚珠丝杠副的几何参数 表 2珠丝杠副几何参数 规格代号 公称直径 导程 滚珠直径 丝杠底径 丝杠外径 循环列数 安装尺寸螺母 油杯 额定载荷 /N 刚度2505D D L B h M 5 5 *2 40 66 53 90 11 6 0 1921 28759 615 14 轮计算、设计 因 步 进 电 机 步 距 角 滚 珠 丝 杠 螺 距 t=5要 实 现 脉 冲 当 量 ,在传动系统中应加一对齿轮降速传动。 齿轮传动比：360 0，步进电机步距角： 1/ pb 取 4020 21 由于软齿面齿轮工艺简单、生产率高，故选择软齿面齿轮。 进电机惯性负载的计算以及步进电机的选用 根据等效转动惯量的计算公式，有： (1)等效转动惯量的计算 折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为： 23222110 )180()()( 式中： 折算到电机轴上的惯性负载； 0J 为步进电机轴的转动惯量； 1J 为齿轮 1 的转动惯量； 2J 为齿轮 2 的转动惯量； 3J 为滚珠丝杠的转动惯量； M 为移动部件的质量。 对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算： 式中 D 为圆柱零件直径， L 为圆柱零件的长度。 所以有： 22431 / 22432 / 6351078.0 22433 / 电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有： 15 22222 /0010)5024(1047.6 (2)步进电机启动力矩的计算 设步进电机的等效负载力矩为 T，负载力为 P，根据能量守恒原理， 电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系： 式中 为电机转角， S 为移动部件的相应位移， 为机械传动的效率。若取b，则，且 )( 。所以： 2 )(36 式中：负载（ N）， G 为移动部件质量（ N）， z P 为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力（ N）， 为导轨摩擦系数，b为步进电机的步距角（ ,T 为电机轴负载力矩（ 取 （淬火钢滚珠导轨的摩擦系数）， ，。考虑到重力影响， Y 向电机负载较大，所以有： 18002000(考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩： 取系数为 ： 拍的步进电机： 78 6 a x (3)步进电机的最高工作频率 00060 m a xm a x 载启动频率要大于最高运行频率时电机最大静转矩要足够大 ,查表选择两个 90步进电机。电机有关参数如下： 16 表 2号 主要技术参数 相数 步距角 电压 (V) 相电流 (A) 最大静转矩(空载启动频率 空载运行频率 分配方式 90 0 7 000 8000 4 相 8 拍 外形尺寸 (重量 子转动惯量 直径 长度 轴直径 90 145 9 764 第 3 章 结构和零件参数的选择和计算 珠丝杠副的支承形式 支承应限制丝杠的轴向窜动 可以一端固定 ,一端无支承 可以一端固定 ,一端游动 ;对于精密和高精度 工作台 的滚珠丝杠副 ,为了提高丝杠的拉压刚度 ,可以两端固定 两端固定丝杠时还可以进行预拉伸。 一般情况下 ,应以固定端作为轴向定位基准 ,从固定端起计算丝杆杠副的长度误差 应尽可能固定端作为驱动端。 考虑到本设计的结构与要求 ,我们决定采用一端固定一端游动 (支承形式 , 如图 示。 一端固定一端游动（ FS）。固定端采用深沟球轴承 2 和双向推力球轴承 4，可分别承受径向和轴向负载， 螺母 1、挡圈 3、轴肩、支撑座 5 台肩、端盖 7 提供轴向限位，垫圈 6 可调节推力轴承 4 的轴向预紧力。游动端需径向约束，轴向无约束。采用深沟球轴承 8，其内圈由挡圈 9 限位，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由 17 伸缩。 图 一端固定一端游动支承 这种支承形势有以下一些特点： 故结构较复杂 ,工艺较困难。 珠丝杠副的特点 效率高达 90%95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的 1/3。 即可将回转运动变为直线运动 ,又可将直线运动变为回转运动 ,且逆传动效率几乎与正传动效率相同。 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度 ,可满足各种机械传动要求 ,无爬行现象 ,始终保持运动的平稳性和灵敏性。 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高的制造精度 ,又由于摩擦小 ,丝杆副工作时温升和热变形小 ,容易获得较高的传动精度。 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动 ,磨损极小 ,长期使用 后仍能保持其精度 ,因而寿命长 ,且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠高 56 倍。 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设置制动装置。 18 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。 由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价 ,因而已成为数控 工作台 ,精密机械 ,各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。 向机构的设计 轨的功用 机电一体化产品要求其机械系统的各运动机构必须得到安全的支承，并能准确的 完成其特定方向的运动。这个任务就由导向机构来完成。机电一体化产品的导向机构是导轨，其作用是支承和导向。 动直线导轨的选择程序 在设计选用滚动直线导轨时，除应对其使用条件，包括工作载荷、精度要求、速度、工作行程、预期工作寿命进行研究外，还须对其刚度、摩擦特性及误差平均、阻尼特性等综合考虑，从而达到正确合理的选用，以满足主机技术性能的要求。 线运动滚动支承系统负荷的计算 直线 运动支承系统的负荷与导轨配置形式 (水平、竖直、倾斜等 ),移动件的重心和力作用点的位置 ,导轨上移动件牵引力作用点 的位置 ,启动及停止时的惯性力以及切削力等有关。 本设计的直线运动导轨安装形式为水平 ,采用卧式导轨、滑块座移动。 图 轨 1
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号