十字滑台设计(同名16710)

1、目录1. 序言22. 技 要求22.1 目22.2技 数据22.3 要求23. 体 构 23.1 杠 取33.1.1 算 荷33.2 珠 杠副的 取43.2.1 算 荷43.2.2根据 ca 珠 杠副43.2.3 计算额定动载荷计算值 ca43.2.4 珠 杠副校核53.3 定性运算53.3.1 算 界 速 nk 53.3.2 杆 定性 算63.4 63.4.1 算行程 度寿命 ts 63.4.2 算 荷 c j 6、3.5 取 机83.5.1 机的初 83.5.2步 机 的校核84. 115. 参考文献111. 序言x-y 数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统, 其结构简单。实现方便而且

2、能够保证一定的精度。降低成本 , 是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制; 使机床的加工范围扩大 , 精度和可靠性进一步得到提高。 x-y 数控工作台机电系统设计是利用8031 单片机 , 及 2764,6264 存储器及 8155 芯片等硬件组成 , 在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其基本思想是: 通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工, 每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转, 同时通过 8155(1) 将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀, 电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。

3、该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便， 便于向多处理方向发展。 x-y 数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠

4、作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用，本题目设计得到了老师的帮助和支持，最后由关英俊老师审定，在此表示感谢。因本人水平有限，错误和不足之处在所难免，处理问题也有不妥之处，敬请相关老师批评指正。2. 技术要求2.1 设计题目 ： x-y 双坐标联动数控工作台设计2.2 技术数据工作台长宽（ mm）:410*310工作台重量（ n）：2300n脉冲当量：0.0050.008mm/p2.3 设计要求 ：长 * 宽* 高=500*200*20+2*500*48*27=3.296*10 -3 m3（ 1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺结构（ 2）滚珠丝杠支撑方式：双推简

5、支型（ 3）驱动电机为反应式步进电机（ 4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙3. 总体结构设计数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构, 其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为 x、y 双坐标联动工作台 , 工作台是由上拖板、 中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成 . 其中下拖板与床身固联 , 它上面固定 x 向导轨 , 中拖板在下拖板的导轨上横向运动 , 其上固定 y 向导轨 , 上拖板与工作台固联 , 在 y 向导轨上移动 .x 、 y 导轨方向互相垂直。 .3.1 滚珠丝杠选取滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类 , 其中应用较广的是插管式和螺

6、旋槽式 , 它们各有特点 , 其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。滚珠丝杠传动副多为专业厂家生产 , 一般用户设计时只负责选用 , 在选用时主要验算其额定动载荷和临界转速 , 丝杠较长时还应进行压杆稳定性验算。3.1.1计算动载荷 cjc jl1/ 3k fk h fa ( n )k f1.4 ( 表 1)k h1.1 （表 2）取丝杠转速： n=100r/min轴向载荷： f af0.101972 * 2300235n使用寿命： t=15000h则额定寿命： l60nt10690 h所以动载荷 c j11263 .76 n90 31.21.0 235所以滚珠丝杠型号为： bss

7、1204滚珠丝杠精度等级 c7表 1表 2载荷性质k f实际硬度 hrck h平稳或轻度冲11.2 551.1击 501.56轻度冲击1.2 452 .41.5 403.85较大冲击、振动1.5 2.5表 3类别普通机械普通机床数控、精密机械t(h)50001000010000150003.2 滚珠丝杠副的选取3.2.1计算载荷 .fc=k*k *k *fafha查机电一体化设计基础表26 取， kf=1.3查表 27取 kh=1.0查表 24取 d级精度查表 28取 k a=1.0取平均工作载荷 fa =235n 则fc=1.2*1.0*1.0*235=282n3.2.2计算额定动载荷计算值

8、 can=100r/min使用寿命 t=15000hl=60n *t= 60*100*15000=90h106106ca f cnm * t100 * 150001241n34 282 * 341.67 * 101.67 * 103.2.3根据 ca选择滚珠丝杠副根据机电一体化设计基础 ，滚珠丝杠副额定动载荷 ca等于或者大于 ca的原则，选用得丝杠副数据：公称直径：（中径 d2 ）d0=12mm导程： p=4mm滚珠直径： d0=2.3812mm根据机电一体化设计基础表2-1 中公式得：螺纹滚道半径： r=0.52* d 0=0.52*2.3812=1.238mm偏心距： e=0.707(r

9、- d 0/2)=0.707*(1.238-2.3812/2)=0.0335 丝杠内径 d1=d0+2e-2r=12+2*0.0335-2*1.238=9.591mm3.2.4滚珠丝杠副校核4滚珠丝杠副还要受d0 *n 的值的限制，通常要求d0*n7*10 mmr/min4d0*n=12*100=1200mm*r/minnmax所以丝杠工作时不会发生共振表 4支承方式双推自由双推简支两端固定系数1.883.934.73f c20.673.3.2压杆稳定性计算2 eia（n）fk=l )2(式中f k 临界载荷e材料弹性模量对于钢 ,e=2.06 1011 paia 丝杠危险截面惯性矩ia=94

10、1.02 10m临界载荷 fcr1 = 3.142 * 2.06* 1011 * 1.02 * 10 99964 n0.67 * 0.31fcr2 = 3.142 * 2.06* 1011 * 1.02 * 10 914739 n0.67 * 0.21安全系数 安全系数f cr1 fcr2s f cr99644.33f m2300=2.53.3s4.33s丝杠安全，不失稳。丝杠绝对安全，不会失稳。丝杠选取无误，即选用bss1204型滚珠丝杠。3.4 滚动导轨导轨是工作台系统的重要组成部分 , 由于滚动导轨具有定位精度高、低速无爬行、移动轻便等显著优点 , 故本工作台系统设计选用滚动导轨 . 滚

11、动导轨应用最广的是滚珠导轨 , 按滚珠的循环方式分类 , 滚珠导轨又可分为滚珠不循环式和可循环式 . 在专业厂家生产的标准化滚动导轨中 , 都为滚动体可循环式 , 本次导轨设计的主要任务是根据负载情况选用标准化滚动导轨 , 在选用过程中 , 主要进行额定载荷验算 .3.4.1计算行程长度寿命tsts=2lsn60 th/1000(km)式中ls工作单行程长度 (m)lsx0.31mlsy0.21mn 往复次数 ( 次/min)np1000.0040.645(次 / min)nx20.312lsxnp1000.0040.952(次 / min)n y20.212l syth工作时间寿命(h) ：

12、 th15000h行程长度寿命： tsx(20.310.6456015000 ) / 1000359.91kmtsy(20.210.9526015000 ) /1000359.856km3.4.2 计算动载荷c jc jf f w(ts / k)1 / 3=f cf hm ft式中f作用在滑座上的载荷 (n)m滑座个数k寿命系数f t温度系数见表 5f c接触系数见表 6f 硬度系数见表 7hfw负载系数见表 8表 5表 6工作温度f t每根导轨上f c0滑块数（ c）1001111001500.920.811502000.730.722002500.640.66表 7滚道表面硬 hrc605

13、855535045f h10.980.90.710.540.38表 8工作条件fw无冲击、振动 v15m/min11.5较小冲击、振动 v60m/min23.5f t 、 fc 、 fh 、 f w 分别由指导书表5，6，7，8 查得f t=1.0,f c =1.0, f h =1.0, f w=1.8另取滑座个数m=4寿命系数一般取 k=50(km)作用在滑座上载荷f=2300nf * f *3t s* k2300 * 1.8* 3360501999 n c jf c f hm f t4 * 1.0 * 1.0* 1.0故选取滚动导轨型号为hjgd353.5 选取电机3.5.1 电机的初选

14、3600i（度）t式中工作台脉冲当量(mm/p)0.0066i 传动系统传动比i=2t 滚珠丝杠导程 (mm) t=4mm36000.0066241.2由设计指导书附录三初选型号为 110bf003由机电一体化设计基础图5-33 、5-34查的减速器采用 1 级传动传动比分别为 i12各传动齿轮齿数为：z1=20z2=40模数 m=2齿轮宽 b=20mm3.5.2步进电机转矩校核由机电一体化设计基础书中式 5-36 分别计算各传动件的转动惯量， 其中齿轮交叉直径取分度圆直径：d1m *z12 * 2040 mmd 2m *z22 * 4080mm丝杠长度取 l=600mm jp d 4l32j

15、 z1* 7.8 * 103 * 0.044 * 0.023.9* 10 5 kg ? m232j z2* 7.8 * 10 3 * 0.08 4 * 0.026.3 * 10 4 kg ? m 232j s* 7.8 * 10 3 * 0.012 4 * 0.325.0810 6 kg ? m 232j dj z112( j z2js ) ( p ) 2 mi2 i3.9 * 10 51( 6.3* 10 45.08* 10 6 )(0.0066) 2 * 250 2.04* 10 4 kg ? m2422取电动机轴自身转动惯量 j m3.48 * 10 3 kg ? m2则步进电动机轴的总

16、转动惯量：jjmj d3.48 * 10 42.04 * 10 45.52 * 10 4设步进电机空载启动时间为25ms，最大进给速度： vmax1.0m / min导轨摩擦系数0.1空载启动时，电动机轴的惯性转矩：tjtjwmax / f(j2ivmax ) /( pt)5.5210 423.14210.69 n ? m0.00672510 360电动机轴上的当量摩擦转矩：pfpmg0.0067 * 2300 * 0.10.153 n ? mti2i2 * 3.14 * 0.8 * 22其中伺服进给链的总效率0.8设滚珠丝杠螺母副的与预紧力为最大轴向载荷的 1/3 ，则因预紧力而引起， 而折

17、算到电动机轴上的附加摩擦转矩为：pf0 (1o2 )pfw max (102 ) 0.0067 230 (10.92 )3n ? mt02i2 i 32 3.14 0.82 39.7 10其中00.9工作台的最大轴向负载折算到电动机轴上的负载转矩：pfwmax0.0067230n ?mtw2 3.140.1532 i0.8 2则电动机空载启动时电动机轴总的负载转矩：tqt jtt00.690.1530.00970.8527 n ? m电动机轴上的总负载转矩为：tttt0.1530.00970.1530.3197n ? mgo电动机最大静转矩ts按空载启动计算：空载启动上所需电动机最大静转矩tq

18、0.8527ts10.99 n ? mc0.866c=0.866 由下表可查电机相数3456运行拍数3648510612c0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866按正常工作计算 ：在最大外载荷下工作时所需要电动机最大静转矩：ts2tg0.3197n ? m0.40.789250.4ts 取二者大的，故ts=0.99ts步进电机的最大静转矩满足要求频率校核参考电动机的转矩频率特性曲线原则：选用步进电机应使实际应用的启动频率，运行频率与负载转矩所对应的启动，运行工作点位于该曲线之下，才能保证步进电机不失频的正常工作。经校核满足要求。选取 86byg350cl-sakslm-0601型步进电机4. 结语通过本次课程设计，我更加了解了关于机电一体化方面的知识，将理论与实践进行了很好的实践。通过从图书馆查阅资料和对书上知识的掌握，使我受益匪浅，获益良多。本次课程设计利用机电控制系统，采用步进电机控制滚珠丝杠实现 x y 方向的进给， z 方向手动，采用主轴电机带动主轴使工件旋转，最终实现模拟加工工件，具有快速、灵活、精