数控铣床X-Y工作台设计及控制系统设计说明书.doc

1机电一体课程设计说明书设计题目：数控铣床X-Y工作台设计及控制系统设计班级：机自0402班设计者：111学号：0400041024指导教师：1222江南大学机械工程学院2008年1月2目录设计任务3一.系统总体方案设计3(一)机械系统3(二)接口设计3(三)伺服系统设计4(四)控制系统设计4二.机械系统的设计计算4(一)滚珠丝杠的选型与计算4(二)滚动直线导轨的选型与计算7(三)电机的选择8(四)光电开关的选择10(五)限位开关的选择10三控制系统设计121.操作面板的布置图122.操作面板功能介绍123.控制系统原理框图155、光电开关和限位开关信号采集原理156、键盘、显示器接口电路分析15四程序16五参考文献193设计任务:X方向行程:300mmY方向行程:200mm工作台面的参考尺寸:500X300mm平均切削力:1500N平均切削进给速度:600mm/min最高运动速度:6m/min定位精度:0.02mm工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一.系统总体方案设计由设计任务书知,本次设计可采用如下方案(一)机械系统1.传动机构采用滚珠丝杠副2.导向机构采用滚动直线导轨3.执行机构采用步进电机(二)接口设计1.人机接口(1)采用键盘作为输入4(2)采用LED作为指示标志(3)采用数码管作为显示器2.机电接口采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离.(三)伺服系统设计采用开环控制(四)控制系统设计二.机械系统的设计计算(一)滚珠丝杠的选型与计算由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm,工作寿命8250816000hLh,传动精度要求0.02mm设导程P=5mm,则max600120/min560001200/min5mnr(1)求计算载荷1.21.01.016001920CFHAMFKKKKN由条件,查机电一体化系统设计表2-6取FK=1.2,查表2-6取HK=1.2,表2-4取D精度,查表2-6取AK=1.0,(2)计算额定动载荷计算值Ca由式(2-4)5334412016000192093361.67101.6710mhhccnLCaFN(3)根据Ca选择滚珠丝杠副假设选用FC1型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或稍大于Ca的原则,查表2-9选以下型号规格FC1-2505-2.5Ca=9610公称直径025Dmm导程5Pmm螺旋角338滚珠直径03.175dmm按表2-1中尺寸计算滚道半径R=0.520d=0.523.175=1.651mm偏心距03.1750.07()0.07(1.651)0.004422deRmm丝杠内径10222520.004421.65121.71dDeRmm(4)稳定性验算1由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷22()acrEIFl其中E=206GpaL=0.3m448410.021711.09106464adI