二坐标数控工作台设计[机械专业毕业论文-答辩优秀]

需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载宁波大学科技学院理工分院机械设计制造及其自动化专业机电模块课程设计设计题目二坐标数控工作台设计专业机械设计制造及其自动化姓名胡宏达学号084173914班级08机械1班指导教师胡利永学期20112012学年第二学期设计时间2012、02、172012、03、09内附资料1、课程设计说明书一份（含设计任务书）；2、二坐标数控工作台装配图一张（A0）；3、二坐标数控工作台电气控制原理图一张（A1）；4、计算说明书草稿一份。成绩2012、03需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载目录一、机电专业课程设计目的1二、机电专业课程设计的任务和要求1三、X轴方案及参数计算21方案拟定22X轴步进电机参数确定及选择33、X轴圆柱斜齿轮传动设计64几何尺寸计算10四、X轴机械结构总体设计计算101X轴滚珠丝杠设计计算102X轴滚动导轨设计计算13五、Y轴方案及参数计算141Y轴步进电机参数确定及选择142Y轴联轴器选择17六、Y轴机械结构总体设计计算171Y轴滚珠丝杠设计计算172Y轴滚动导轨设计计算20七、绘制装配图21八、电气原理图设计221典型数控工作台电气原理图的说明22九、参考文献25需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载一、机电专业课程设计目的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）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。二、机电专业课程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（1）工作台装配图一张（0号）（2）控制电器图一张（1号）（3）设计说明书一份（1020页）所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。三、X轴方案及参数计算1方案拟定方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载类型。（1）驱动控制方式由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。（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X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。工作台Y方向采用直接传动方式，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。2X轴步进电机参数确定及选择X参数选定与计算VX20M/MIN0033M/S，FX120N，PXFXVX396W1）脉冲当量选择初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角036,初定脉冲当量0004MM/P,丝杠导程TSP5MM,中间齿轮传动比I为ITSP36003653600004125由I确定齿轮齿数为Z124,Z230；模数M2MM，齿宽B116MM,B215MM计算过程见4需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载2等效传动惯量计算不计传动效率小齿轮转动惯量JG1D14B132497841678510332KGM2076104KGM2式中钢密度785103KG/CM3同理,大齿轮转动惯量JG217104KGM2由书表313初选滚珠丝杠CDM200525得到D020MML490MM滚珠丝杠转动惯量JSD04L32244978510332104KGM206104KGM2拖板及工作物重折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重之和约为10212KGJWW/GTSP22I2125103221252KGM2486106KGM2因此,折算到电机轴上的等效转动惯量JEJEJG1JWJG2JSI27610648610617010660106125222806104KGM23等效负载转矩计算以下为折算到电机轴的转矩由书式4749可知MTFXFYTSP/2I需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载1200061200005/2081250101NMMFFFTSP/2IWTSP/2I00613980005/208125000609NM上述式中为丝杠预紧时的传动效率取08，为摩擦系数取006NMAX（VMAX/）/360250R/MIN取起动加速时间T003S初选电动机型号90BF006,其最大静转矩MJMAX2156NM,转动惯量JM2257104KGM2,FM2400HZ故M0FP0TSP2I1021/3FXTSP2I1021/31200005208125109200061NM式中FP0滚珠丝杠预加负荷,一般取FX/3FX进给牵引力N0滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取09JJEJM22806104KGM22257104KGM24537104KGM2需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载MJEJM2NMAX/60T453710422506000303957NMMQMMAXMFM00396200060900061040839NMMCMTMFM0010100060900061011319NMMKMFM0001219NM从计算可知,MQ最大,作为初选电动机的依据MQ/MJMAX0189满足所需转矩要求4步进电机动态特性校验JE/JM22806/2257101FLFCV1MAX/60200/6000048332KTT1（U1）ZHZE2/DAUH21/3（1）试选KT16,由1表106得材料弹性影响系数ZE1898MPA1/2（2）由1图1030得选取区域系数ZH2433,由1表107选取齿宽系数D03，（3）（由1图1026）查得A1078，A208，则AA1A2158（4）应力循环系数取J1已知V10M/MIN，滚珠丝杠的基本导程P5MM，则NMAXVMAX/3601000/0004036/360250R/MIN所以N160NJLH6025012830015108109N2N1/I108109/1258641085（由1图1019）查得接触疲劳寿命系数KHN1086，KHN20876（由1图1021D）查得小齿轮接触疲劳强度极限需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载HLIM1600MPA大齿轮的接触疲劳强度极限HLIM2550MPA7计算疲劳强度许用应力，取安全系数S1H1KHN1HLIM1/S086600/1516MPAH2KHN2HLIM2/S087550/14785MPAH（H1H2）/249725MPA8计算小齿轮传递的转矩T1955106PX/NX779NMMB）、计算（1）试算小齿轮分度圆直径D1T2KTT1（U1）ZHZE2/DAUH21/3216779225/（03158125）（24331898/49425）2（1/3）938MM（2计算圆周速度VD1TN1/6010000123M/S（3计算齿宽B及模数MNT,BDD1T03938281MMMNTD1TCOS/Z1938COS14/24038MMH225MNT225038MM0855MMB/H281/085533（4计算纵向重合度0318DZ1TAN03180324TAN14057需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载（5计算载荷系数K，查1表102，得使用系数KA125,根据V0123M/S,7级精度，由书图108查得动载系数KV101,（由书表104）查得KH的计算公式KH1120181067D2D2023103B114由B/H33,由书图1013查得KF108,由（1表103）查得KHKF12,故载荷系数KKAKVKHKH1251011210816362（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径D1D1TK/KT1/3938（16362/16）（1/3）945MM（7计算模数MND1COS/Z1945COS14/240382MM3）、A按齿轮弯曲强度设计MN2KT1YCOS2/DZ12YFYS/F1/3（1）计算载荷系数，KKAKVKFKF1251011210416263（2）根据纵向重合度057，由（1图1028）查得螺旋角影响系数Y087（3）计算当量齿数ZV1Z1/COS324/COS3142627ZV2Z2/COS330/COS314328（4）由（1表105）查出,YFA12592,YSA11596,YFA2249,YSA21629,因为（书图1020C）小齿轮弯曲极限强度FE1500MPA,大齿轮需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载FE2380MPA,（书图1018）得弯曲疲劳寿命系数KFN1085KFN2088,取安全系数S11F1KFN1FE1/S38636MPAF2KFN2FE1/S304MPA（5）计算大、小齿轮YFA1YSA1/F1、YFA2YSA2/F2并加以比较YFA1YSA1/F125921596/3863600107YFA2YSA2/F22491629/3040013取大齿轮数据B设计计算MN2KT1YCOS2/DZ12YFYS/F1/321626377900133COS142/（03242158）（1/3）023MM对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数MN大于齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取MN2MM，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算得的分度圆直径D148MM,来计算应有的齿数，于是有Z1D1COS/MN48COS14/22328，取Z124，则Z2IZ112524304几何尺寸计算（1）中心距AZ1Z2MN/2COS24302/（2COS14）需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载5565MM所以圆整为56MM（2）按圆整后的中心距修正螺旋角ARCCOSZ1Z2MN/2AARCCOS24302/25615395,因值改变不多，故参数、K、ZH等不必修正（3）计算大、小齿轮分度圆直径D1Z1MN/COS242/COS153594978MMD2Z2MN/COS302/COS153596222MM（4）计算齿轮宽度BDD103497814934MM所以取B215MM,为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，所以小齿轮约为B116MM四、X轴机械结构总体设计计算1X轴滚珠丝杠设计计算1）滚珠丝杠副的结构类型（1）滚珠循环方式由书表51查得,选择外循环插管式（2）轴向间隙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,从而提高传动精度由3表52查得,采用双螺母垫片预紧方式。2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列由3表53查得,采用丝杠直径20MM,导程为5MM30滚珠丝杠精度等级确定需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载（1）丝杠有效行程由3表54查得LE20MM导轨总长LU21012020350MM所以丝杠总长LV35020330MM（2）精度等级根据有效行程内的平均行程允许偏差EP001/300350103117查书表55得精度等级为T34）滚珠丝杠副支承形式选择滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。由书表56查得,采用一端固定一端游动FS支承形式5）滚珠丝杠副的选择高速或较高转速情况按额定动负荷CCJ选择滚珠丝杠副CJFEFW/FHFTFAFK60LHNE/1061/3式中CJ滚珠丝杠副的计算轴向动负荷NFE丝杠轴向当量负荷N，取进给抗力和摩擦力之和的一半FE120006120/2636NNE丝杠当量转速R/MINNE250R/MINLH丝杠工作寿命H查考3表57得LH15000HFT温度系数查3表58,得FT070FA精度系数查3表59得FA10FW负载性质系数查2表510得FW095FH硬度系数查2表511得FH10需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载FK可靠性系数查2表512得FK021计算得CAJ25N6）滚珠丝杠副校核（1）临界压缩负荷对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用FN表示FN341010F1D24L02K1式中L0最长受压长度取400MMF1丝杠支承方式系数,FS取2D2丝杠螺纹底径,查4332取176MMK1安全系数，取1/3FN13593NFMAX（2）临界转速NCR9910F22D2/LC2式中F2丝杠支承方式系数,FS取3927LC临时转速计算长度LC05MD2丝杠螺纹底径,取176MMNCR107589R/MINNMAX取,同时验算丝杠另一个临界值D0N208337500FLFCV1MAX/60100/600004417FMAX（2）临界转速NCR9910F22D2/LC2式中F2丝杠支承方式系数,FS取3927LC临时转速计算长度LC031MD2丝杠螺纹底径,取00176M需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载NCR27989R/MINNMAX取,同时验算丝杠另一个临界值D0N20250500070000（3）轴承选择校核由1表61选择深沟球轴承6201由1表66选角接触球轴承7001C校核略（4）定位精度验算略7滚动导轨副的防护（1）滚珠丝杠副的防护装置采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管（2）滚珠丝杠副的密封滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力（3）滚珠丝杠副的润滑润滑剂用锂基润滑剂2Y轴滚动导轨设计计算导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动,并承受运动部件上的载荷,即起导向和承载作用,导轨副中,运动的一方称作运动导轨,与机械的运动部件联结,不动的一方称作支承导轨,与机械的支承部件联结支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动1选日本NSK滚动导轨,E级精度查得,FH1FT1FC081F1FW12寿命按每年工作300天,每天两班,每班8H,开机率08计,额定寿命需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载为LH10300280838400H,每分钟往复次数NZ8L2LSNZ60LH/1032029486038400/10310838计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为130NP1304325N计算需要的动载荷CCFWPFHFTFCFL/501/3241N由3表320中选用LY15AL直线滚动导轨副,其C606NC0745N3滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量4润滑与防护润滑采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命防护方式用盖板式七、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。需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载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。八、电气原理图设计1典型数控工作台电气原理图的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,因而可以把它看成是一个不带外部设备的微型计算机。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，特别是随着数字技术的发展，它在很大程度上改变了传统的设计方法。在软件和扩展接口支持下，单片机可以代替以往由模拟和数字电路实现的系统。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。1）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。从一开始就有一个单片机芯片选型问题。面对不同字长，如4位、8位、16位，各具特色的单片机芯片如何进行选择。首先要满足所设计系需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载统的功能和性能要求；其次要选择价格较低的芯片，不要盲目追求过多功能和过高性能；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。如采用流行普遍使用的芯片，资料丰富，能有效地缩短开发周期。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MCS51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。2）外部程序存储器的扩展MCS51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（紫外线可擦除、电可编程的只读存储器），掉电后信息不会丢失。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MCS51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。3）外部数据存储器的扩展对大多数控制性应用场合，MCS51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需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载统，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P20P24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。4）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）显示器接口设计电气原理图中，由10片共阳极LED显