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CAD图纸+word说明书 150-120 31 坐标 数控 工作台 设计 CAD 图纸 word 说明书 150 120

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内容简介：

修改内容：1. 电机尺寸大小修改，同型号电机尺寸相同 2.由于整体工作台尺寸较大，所以将底座厚度进一步加厚3.X方向上工作台尺寸较大，将X导轨支撑板的两个支撑脚间距扩大4.X、Y方向行程的修改，原图尺寸出入较大现在均按要求改为120mm5.原图纸挡圈错误，进行了修改6.Y方向上导轨滑块的紧定螺钉做修改7.原图纸左视图工作台面上缺少两个内六角螺栓，现做了修改8.主视图和俯视图上轴承座以及联轴器相对应部分作修改9.法兰盘、轴承座、挡圈的剖面线比例大小进行修改10.对标注进行对齐和大小统一的修改11.删除不必要的尺寸标注，增加了一些必要的装配尺寸和零件大小尺寸姜军 084173918目录一概述 11 本课题设计的目的和意义 12 本课题设计的任务和要求 13 总体方案设计 13.1 驱动控制方式 13.2 传动形式确定 1二机械系统的设计计算 21 工作台外形尺寸及重量估算 22 X轴机械结构总体设计计算 22.1 X轴滚珠丝杠设计计算 22.2 X轴滚动导轨设计计算 32.3 X轴联轴器选择 43 Y轴机械结构总体设计计算 43.1 Y轴滚珠丝杠设计计算 43.2 Y轴滚动导轨设计计算 53.3 Y轴联轴器选择 64 步进电机参数确定及选择 6四.绘制装配图 9五.电气原理图设计 10六.参考文献 11一概述 1 本课题设计的目的和意义本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料； 2) 分析与选择设计方案；3）机械结构设计； 4）电气控制原理设计；5）机电综合分析； 6）绘工程图；7）运动计算； 8) 动力计算和和精度计算9）撰写设计说明书； 10）贯彻设计标准。2 本课题设计的任务和要求 在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；工作台定位精度、台面尺寸和行程。设计具体要求完成以下工作：序号工作内容要求数量1数控工作台装配图1：1比例或0图幅1张2数控系统电气原理图2图幅1张3设计说明书1020页1本所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。3 总体方案设计 3.1 驱动控制方式 由给定的工作台精度要求较低，为了简化结构，采用单片机控制的步进电机驱动系统，经联轴器后，带动滚珠丝杆传动，从而实现二维数控精密工作台的纵向（Y轴）、横向（X轴）进给运动。3.2 传动形式确定 工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。工作台Y方向和X方向都采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。二机械系统的设计计算 1 工作台外形尺寸及重量估算 根据台面尺寸为230180，根据课程设计指导书，初步估计取工作台厚度30mm，则重量：按重量=体积材料比重估算（其中工作台为铸铁，密度为 7.8Kg/m3,重力加速度10N/Kg X向拖板（上拖板）: 取Y向拖板= X向拖板 估计上丝杆长度，为余程查表5-4取20mm，-丝杠螺纹全长140（mm）,电动机约2kg，导座中间中空部分尺寸为200mm100mm,托板和导轨合估计为 工作台运动部分为: 工作物重为,另外丝杠和联轴器约为20N所以总重量2 X轴机械结构总体设计计算 2.1 X轴滚珠丝杠设计计算 （1）滚珠循环方式和轴向间隙预紧方 查表5-1, 选择外循环插管式 查表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式.预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度. （2）滚珠丝杠的选择取基本导程为5mm ,由导程查得余程le=20 mm，丝杠有效行程lv=120mm 定位精度所以有效行程内的平均行程误差 查表5-5 有效行程120 315mm ，允许偏差所以丝杠的精度等级为T1级滚珠丝杠副的选择：本方案属于高速或较高转速情况，按额定动负荷CaCaj选择滚珠丝杠副 Fe-丝杠轴向当量负荷(N). 取进给抗力和摩擦力之和的一半 进给抗力 =80N 滚动导轨的摩擦系数 ne-丝杠当量转速(r/min).取最大工作进给转速初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角=0.36,初定脉冲当量 =0.005mm/p(选择过程在电动机的选择中说明) 所以 Lh-丝杠工作寿命(h). 查表5-7得Lh=15000 h. ft-温度系数. 查表5-8,得ft=1 fa-精度系数. 查表5-9得fa=1 fw-负载性质系数. 查表5-10得fw=0.95 fh-硬度系数.查表5-11得fh=1 fk-可靠性系数.查2表5-12得fk=0.21（可靠度为99%）计算得 按核定动载荷选择滚珠丝杠副，所以查指导书表3-13，选择北京机床研究所JCS系列的CDM20052.5，它的基本动载荷=8451N 基本静载荷=18352N，足够用。2.2 X轴滚动导轨设计计算 导轨型式：直线滚动导轨取动导轨长度 动导轨行程 余程支承导轨长度 假设目标寿命为10年，根据题意得 有效行程 所以滑块每分钟往返次数：次额定寿命 计算四滑块的载荷 计算需要的动载荷 查机电一体化书表2-14表2-18得：代入数据得，查指导书表2-20，选择日本NSK滚动导轨，型号为LY15AL,基本额定动载荷=605N 基本额定静载荷=745N，满足要求。2.3 X轴联轴器选择 公称转矩：查机械设计书P351 表14-1得 转矩：查表得 取A23型柔性弹性联轴器，许用转矩为0.5Nm 许用转速25000r/min 直径d 在之间，满足要求。3 Y轴机械结构总体设计计算 3.1 Y轴滚珠丝杠设计计算 （1）滚珠循环方式和轴向间隙预紧方 查表5-1, 选择外循环插管式 查表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式.预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度. (2)（2）滚珠丝杠的选择由表5-3 初步选择基本导程为5mm ,由导程查得余程le=20 mm，丝杠有效行程lv=120mm 定位精度所以有效行程内的平均行程误差 查表5-5 有效行程120 315mm ，所以丝杠的精度等级为T1级滚珠丝杠副的选择：本方案属于高速或较高转速情况，按额定动负荷CaCaj选择滚珠丝杠副 Fe-丝杠轴向当量负荷(N). 取进给抗力和摩擦力之和的一半 进给抗力 =80N 滚动导轨的摩擦系数 ne-丝杠当量转速(r/min).取最大工作进给转速初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角=0.36,初定脉冲当量 =0.005mm/p, 所以 Lh-丝杠工作寿命(h). 查表5-7得Lh=15000 h. ft-温度系数. 查表5-8,得ft=1 fa-精度系数. 查表5-9得fa=1 fw-负载性质系数. 查表5-10得fw=0.95 fh-硬度系数.查表5-11得fh=1 fk-可靠性系数.查2表5-12得fk=0.21（可靠度为99%）计算得 按核定动载荷选择滚珠丝杠副，所以查指导书表3-13，选择北京机床研究所JCS系列的CDM20052.5，它的基本动载荷=8451N 基本静载荷=18352N，足够用。3.2 Y轴滚动导轨设计计算 导轨型式：直线滚动导轨取动导轨长度 动导轨行程 余程支承导轨长度 假设目标寿命为10年，根据题意得 有效行程 所以滑块每分钟往返次数：次额定寿命 计算四滑块的载荷 计算需要的动载荷 查机电一体化书表2-14表2-18得：代入数据得查指导书表2-20，选择日本NSK滚动导轨，型号为LY15AL,基本额定动载荷=605N 基本额定静载荷=745N，满足要求。3.3 Y轴联轴器选择 公称转矩：查机械设计书P351 表14-1得 转矩：查表得 取A23型柔性弹性联轴器，许用转矩为0.5Nm 许用转速25000r/min 直径d 在之间，满足要求。4 步进电机参数确定及选择 根据装配结构，Y向电机负载较大，因此确定此向电机4.1脉冲当量选择 初选五相电机，按五相十拍工作时，步距角，由于要求平台定位精度： ，取定位精度的（）， X方向：Y方向：所以XY方向脉冲当量都可以取中间齿轮传动比为 所以都可以采用直接传动方式4.2等效转动惯量计算滚珠丝杠转动惯量（不计传动效率）查表指导书表2-9，型号为CDM2005-2.5的丝杠，公称直径d=20mm 钢的密度为 丝杠长度为340mmY以上平台和工作物重总重折算到轴上的转动惯量 因此，折算到电机轴上的等效转动惯量 4.3 等效负载转矩计算(以下均为折算到电机轴的转矩）由式（4-7）-（4-9）可知： 滚珠丝杠预紧时的传动效率，取0.8丝杠未预紧时的传动效率，取0.9 预紧力，取 丝杠预紧引起的折算到电机轴上的附加摩擦转矩： 所以 取启动加速时间 查指导书，初选电动机型号90BF006最大静转矩 转动惯量 , =2400Hz. 所以可以得到： 加速转矩 快速空载启动所需转矩 最大工作负载所需转矩 快速进给所需转矩 从上可知，一般情况做为初选电动机的依据 满足所需的转矩要求4.4 步进电机动态特性校验 说明惯量可以匹配 电机带惯量最大启动频率 所以,与fc对应的Mc按电机最大静转矩校核,显然满足要求.综上所述,可选该型号步进电机,具有一定的裕量.四.绘制装配图 1.标注装配图尺寸、配合与精度等级。包括特性尺寸、最大体形尺寸、安装尺寸和主要零件的配合尺寸。2.写出工作台的技术特征。3.编写技术要求。4.对所有零件进行编号。5.列出零件明细表及标题栏。6检查装配图。五.电气原理图设计 5.1典型数控工作台电气原理图说明单片机是把微型计算机的主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机,不同系列的单片机共同的特点是：控制功能强；体积小；功耗低；成本低。由于上述优越性能，单片机已在工业、民用、军用等工业控制领域得到广泛应用.如电气原理图所示的就是通过单片机及其外围接口实现的二坐标数控工作台电气原理图。它由8031型单片机、数据锁存器74LS373、存储器EPROM2764、RAM6264、地址译码器74LS138、并行I/O接口8255等集成电路构成。下面分别说明它们在整个控制部分中的功能、用法及其选择原则。5.2 单片机的选择设计单片机应用系统，首先要设计其核心的单片机系统。选择单片机，首先要满足所设计系统的功能和性能要求；其次要选择价格较低的芯片，另外要选择那些在国内有成熟的开发系统和稳定的供货来源。本课程设计目的是设计一种经济型的二坐标数控工作台，其功能比较简单，成本低。因而这里选用MCS-51系列的8031单片机作为CPU，它具有良好的性能价格比，且易扩展。5.3 外部程序存储器的扩展MCS-51的程序存储器空间为64K字节。对于片内无ROM的单片机（如8031），或当单片机内部程序存储器容量不够时，进行程序存储器的扩展是必不可缺的。半导体存储器EPROM、EEPROM、ROM等在原理上都可用作单片机的外部程序存储器。由于EPROM价格低廉，性能可靠，所以单片机外部扩展的程序存储器一般为EPROM芯片，在选择外部程序存储器电路时，应注意电路的读取时间能否与MCS-51的PESN信号匹配。其片选端接地。由于本设计程序容量不大，因而选用2764作为外部程序存储器。5.4外部数据存储器的扩展对大多数控制性应用场合，MCS-51系列单片机内部RAM已能满足系统对数据存储的要求。对需要较大容量数据缓冲器的应用系统，就需要在单片机的外部扩展数据存储器。在电气原理图中根据设计功能要求选用一片6264作为外部数据存储器。图中其高5位地址线A8A12由8031的P2.0P2.4口线提供，低8位地址线A0A7接地址锁存器74LS373输出端。读、写控制信号分别接8031的RD、WE。其片选信号通过地址译码法进行选通。5.5 I/O口扩展电路本课程设计因采用步进电机作为驱动装置。为了降低成本，特采用可编程外围并行接口芯片8255。使其不仅完成驱动步进电机的功能，同时完成与键盘/显示器的接口操作功能。5.6 显示器接口设计电气原理图中，由10片共阳极LED显示块拼成10位LED显示器。为了简化硬件电路，采用动态显示方式。即所有位的段选线相应地并联在一起，由8031的P1.0P1.7口来控制LED显示器的段码，而各位的位选线分别由相应的I/O口线控制。即PC0PC7、PB6PB7共10个I/O口线控制，实现各位的分时选通。为了保证各位LED能够显示出本位相应的显示字符，而不出现闪烁，导致人眼看不清，必须根据人眼视觉暂留现象，选择一个合适的扫描频率。图中选用74LS07进行同相驱动。5.7键盘接口电路设计键盘实质上是一组按键开关的集合。电气原理图中采用矩阵式键盘接口，键盘接口电路通过8255（U5）的PA0PA3和PC0PC7、PB6PB7构成行、列线。按照逐行逐列地检查键盘状态（即扫描）来确定闭合键的位置。5.8 步进电机的接口电路设计对于本课程设计中选用的步进电机，为五相，无论它工作在什么方式，都需要五路控制电路，并且每一路对应于步进电机的一相。而每一路控