数控极坐标工作台

掌握机械设计的一般设计过程及方法。如：如何进行原理方案设计及选择：总体设计及布局；参数确定；结构设计及计算等。进行设计的基本训练°如：计算；绘图；试验：设计资料的选取；编写技术文件等。综合运用己学过的知识和理论，进一步进行自学能力和实际动手能力的训练。使理论联系实际的分析问题、解决问题的能力和实际操作能力得到进一步提高。培养学生的团队合作精神。完成从被动接受课堂教学的学习模式到自主学习、独立工作的设计工作形式的转变,并为毕业设计打好基础。⑴精确性要求：提高机电产品的测量精度、机械运动精度、机械电子设备的加工精度等精度要求是机电一体化系统的基本要求。因此设计机电一体化系统时，更多地是从刚度理论（尤其是动态刚度）而不是从度理论出发去进行机械构件设计。同时，机电一体化系统中机械结构的小型化、轻量化、高效率、高可靠性也对零部件的加工、装配提出了更高的精度指标。⑵数字化要求：对于测量和控制而言，由于模拟量存在与生具来的精度低、抗干扰差等缺陷，因此包括将模拟量控制转变为数字量控制，将目视刻度、模拟量仪表转变为数字显示在内的数字化要求，已经成为机电一体化系统的基本特征。⑶智能化要求：控制工程理论尤其是模糊控制理论的发展与实际应用，使机电一体化系统具有了主动测量、闭环控制、能够自主分析与决策的智能化特点。因此，设计者应对系统的信号反馈与处理及信号分析与决策有预先的整体考虑。⑷稳定性和可靠性要求：对机电一体化系统来说，系统工作的稳定性和可靠性要求不仅是针对机械构件，更多地是针对完成测量、数据传递和控制任务的电子构件而言的。这其中主要包括系统对环境（温度、湿度）的要求、抗干扰性、使用安全性和平均无故障时间等较具体的要求。⑸小型化和最优化要求：即减小产品的体积和质量，优化结构设计。例如：将台式仪器转变为便携式仪器，增加对环境的适应性。优化传动机构设计，提高平稳性，延长使用寿命等。#1、 将直线式滚动导轨副制成标准部件，只要安装在相对运动的导轨平面上，就可组成合适的导轨，因而设计和装配简单、方便；2、 在所有方向均能承受载荷；3、 通过预加负荷，可以得到高刚度、高精度及能承受切削负荷的动刚度；4、 具有自动调整功能，因而可达微米级的运动精度。因此我们选择了山东济宁博特精密统杠制造有限公司滾动直线导轨副。选型号：JSA-LG15选型号：JSA-LG152.8机床防尘罩讨论：为防止导轨副和统杠螺母副在运动时其表面被铁屑、灰尘等污物污染，进而造成工作面的划伤，机床导轨副和统杠螺母副一般都要安装防护罩。防护罩一般有风琴式、伸缩板式、卷帘式等。风琴式防护罩通常使用皮革或人造革制造，具有价格低廉、安装简单等特点，但风琴式防护罩的缝隙中容易存留污物，而且清扫较费时；伸缩板式防护罩具有外观美观、及不易存留污物的优点，也有占用空间较大、成本相对较高的缺陷：卷帘式防护罩占用空间小、安装简单、不易存留污物，同时防护效果低于伸缩板式防护罩、结构相对复杂、防护面积较小是这种防护罩缺陷。机床防护罩己有专业生产厂生产，使用时可根据实际需要订货加工。初选沧州远东机床附件厂的风琴式防尘罩。2.9辅助标准件：

基本尺寸内六角嫌钉故定负荷學钉的//*WaN・mmMlu邱emmdD1rfiv1|//轴向力FlkNkN-inrem123210911M5x880.03850.06114371290.0520.081641141215M5xl2130.09()0.12L5184415100.0M16140.112204717160.0140.1518200S17C.1600.2220200.2002225C.2803060241620230.280.325250.3226270.363672281822M6xl6370.35120.430430.6831460.7444&)342024410.700.635440,7736470.855090382226551.100.82.540641.324272L545520422329541.13l.l345661.5048771.856211048691.601.350771.9252842.176811550731.801.455902.44601033.102.10控制系统的选择:控制系统分为：开环系统、半闭环系统和闭环系统，设计时可根据控制精度要求和预期成本进行选择。方案1开环系统2.10控制系统的选择:控制系统分为：开环系统、半闭环系统和闭环系统，设计时可根据控制精度要求和预期成本进行选择。方案1开环系统凡是不使用误差调节控制的系|控制计算机|［门位置指令 I裱速电路匕二I遍法计歓器III步送电机03-1开环系统工作台统，即为开环系统。这种系统不使用位置检测元件和反馈元件，计算机将算出的坐标位置指令送入减法计数器，经减速电路由脉冲发生器产生连续的脉冲序列,与门一面将脉冲经驱动电路使步进电机运行、一方面将脉冲送回减法计数器，使计数器减1°当计数器的内容减为零时，判零电路发出信号，关掉与门，使步进电机停止。开环系统的基本特点是：控制系统结构简单、容易控制、成本低廉、控制精度偏低（一般可达到0.01mm、定位精度误差大于土0.02mm）。

方案2半闭环系统图3-2半闭环系统亦称增量闭环系统。这种系统虽然使用了位置检测元件，但是因交、直流伺服电机都是连续运动元件，只能藉助于测量元件检测位移量，所以检测元件的安装位置通常在电机的尾部。由于检测元件不是检测运动零件的最终输出位置（速度）,所以这种在传动链中间有反馈的系统称为半闭环系统。在工作时计算机给减法计数器置数后就使电机转动，每转过一个单位距离，脉冲编码器就发出一个脉冲,该脉冲使减法计数器減一，计数器内容减为零时，判零电路发出停止信号，切断电机驱动控制，使电机停止转动，工作台定位。当然，检测元件也可安装在传动链的中间，间接测量工作负载的位置、速度，并反馈到位置（速度）比较电路,电机控制电路输出的是位置指令（插补器插补后的输出）与工作负载实际位置的差值，系统仅可以补偿整个传动链的部分累计误差，这也是半闭环系统的一种工作方式。半闭环系统的特点是：驱动功率大、运动速度快、起制动迅速、控制精图3-2半闭环系统03-3闭环系统方案3闭环系统03-3闭环系统与半闭环系统不同，闭环系统的检测元件安装在传动链的末端,直接测量工作负载的位置、速度,并反馈到位置（速度）比较电路,电机控制电路输出的是位置指令（插补器插补后的输出）与工作负载实际位置的差值，系统可以补偿整个传动链的全部累计误差，系统精度只取决于测量元件的制造精度和安装精度，因此闭环系统可获得高伺服精度。目前，闭环系统的分辨率多数为lum，定位精度可达±0.003nun:高精度闭环系统分辨率可达0.1unio讨论：速度，精度，动态特性方案1比2和3都要差，而方案2结构过于复杂,故选择方案3。

2.11总体结构布局图图1.系统总体方案结构框图三.计算部分31上工作台3.1.3齿轮基本参数模数M=1.5齿轮1齿数Zl=21齿轮1齿宽Bl=20(mm)齿轮2齿数Z2=42齿轮2齿宽B2=15(mm)标准中心距A0=47.25(mm)齿数比U=2齿轮1分度圆直径dl二31.5(mm)齿轮1齿顶圆直径dal=34.5(mm)齿轮1齿根圆直径dfl=27.75(mm)

齿轮2分度圆直径d2二63(mm)齿轮2齿顶圆直径da2=66(mm)齿轮2齿根圆直径df2=59.25(mm)齿顶高系数ha*=1.00顶隙系数c*二0.25压力角a*=20(度)齿轮1硬度HBl=300齿轮2硬度HB2=2003.1.5蜗轮蜗杆相关数据实际中心距a：68mm齿根高系数ha*：l齿根高系数c*:0.2蜗杆分度圆直径dl：36.75mm蜗杆齿顶圆直径dal：38.5mm蜗杆齿根圆直径dfl：33.75mm蜗轮分度圆直径d2：100mm法面模数mn:2mm蜗轮齿根圆直径df2：97mm蜗轮齿顶圆弧半径Ra2：15.75mm蜗轮齿根圆弧半径Rf2：20.15mm蜗杆导程角Y：3.225°3.1.6步进电机选型工作台折算到电机轴上的转动惯量.? 180x—4=(―)：/«=(YT—^)2x2=2.253〃而7ta 3.14x0.9统杠折算到电机轴上的转动惯量J,=7.8x10_4xDxL=7.8x10^x44x50=998.40kg•mm2齿轮折算到电机轴上的转动惯量Jzl=7.8X10-4xD4xL=7.8X10-4x3.75」x2=30.85Ag•

Jz2=7.8xlO^xD4x£=7.8xICT4x7.54x2=493.6kg・总的转动惯量J=L(J+/)+/+/=1(998.4+493.6)+30.85+2.25=147.31kg・mm'=4.061kg.cm2r一 4电机启动加速力矩Ma=—X1(/N.川=4.061X64°x屮=54yv.(7„“9.6T 9.6x0.5些£=些£=6405】4.71导轨摩擦折算至电机的转矩冬0・】6x20x4.7=l49Mc，〃252x3.14x0.8x2切削力折算至电机力矩M，M，= 6x3.14x0.8x25奶4.75.9NE总力矩M=Ma+M,+M=5.4+1.49+77.9=84.79N・cm最大静力矩MmaxA/ =2.5xM=219.47Mcm=2.19N・mjmax之前初选电机型号为86BYG250A-SASSBL-0202,其最大静扭矩Tm=5N•贝,转子转动惯量Jm=3000g-cm2,所选型号电机是符合设计要求的。3.2下工作台3.2.3齿轮基本参数模数M=1.5齿轮1齿数Zl=25齿轮1齿宽Bl=20(mm)齿轮2齿数Z2=50齿轮2齿宽B2=15(mm)标准中心距A0=112.5(mm)齿数比C=2.0

齿轮1分度圆直径dl=37.5(mm)齿轮1齿顶圆直径da1=40.5(mm)齿轮1齿根圆直径dfl=33.75(mm)齿轮2分度圆直径d2=75(mm)齿轮2齿顶圆直径da2二78(mm)齿轮2齿根圆直径df2=71.25(nmi)齿顶高系数ha*=l.00顶隙系数c*二0.25压力角a*=20(度)齿轮1硬度HB1二300齿轮2硬度HB2=2003.2.6丝杠螺母选型由技术要求，平均载荷F=800N,税杠工作长度L=70mni工作寿命匕=8x250x8=16000/z,传动精度要求b=±0.02设导程P二5mm，则750=250r/niin750=250r/niin（2）求计算载荷已=K/=1.2x1.0*1.0x800=960/V由条件，査《机电一体化系统设计》表2-6取二1.2,査表2-6取Kq.2,表2-4取D精度，査表2-6取Ka二1.0（3）计算额定动载荷计算值Ca、由式（2-4）25。小00367.2725。小00367.271.67X104Cd=Fl1.67X104（4）根据选择滚珠统杠副假设选用FC1型号,按滚珠统杠副的额定动载荷Ca等于或稍大于C"的原则，査表选以下型号规格滚珠丝杠选：1604-2.5Ca=3.5KN（5）稳定性验算由于税杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。(5)刚度验算滚珠统杠在工作负载F(N)和转矩T(N.m)共同作用下引起每个导程的变形量为M=±告土骚式中,A为丝杠截面积,A莺祐(麻);人为丝杠的极惯性矩，人=特材(〃"邱为丝.杠切变模量，对钢G=83.3GPa;T(N,m)为转矩.丁=人学tan(/l+p)式中，月为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；已为平均工作载荷.取摩擦系数为taiip=0.0025,则得Q=8'4(T257=15005XIO-3tan(3°38+8,40b)Mhq1.25M〃按最不利的情况取(F二已)皿音為r卷•簡景盘駕爲當质:爲所则统杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为通常要求丝•杠的导程误差小于其传动精度的1/2,即AL<—a=Lx0.02=0.01〃〃“=10//w?2 2该丝•杠的△七满足上式，所以其刚度可满足要求.(6)效率验算tan2〃—tan(2+p)tan(3°38,+8")〃要求在90%-一95%之间，所以该统杠副合格.经上述计算验证,2510-3各项性能均符合题目要求，可选用.3.2.5步进电机选型工作台折算到电机轴上的转动惯量)2x30=48.68^-mnf180£)2x30=48.68^-mnf17ta3.14x0.9

丝.杠折算到电机轴上的转动惯量=7.8x10^xDxL=7.8xIO-4x24x70=87.36尿•mnf齿轮折算到电机轴上的转动惯量J:1=7.8xl0-4xD4xL=7.8xl0Mx3.154x2=15.36itg/wirJz2=7.8x10_4xD4xL=7.8x10_4x6.3’x2=245.75kg•mm2总的转动惯量J=L(J+J)+J+J=丄(87.36+245.75)+15.36+48.68=147.3Ikgmm2=1.47kganr 4电机启动加速力短nJn9^T1.47x600 x9.6x0.5nJn9^T1.47x600 x9.6x0.5=1.83N,cmX/i^=600r/nun5M,0.16x300x52x3.14x0.8x2导轨摩擦折算至电机的转矩M,0.16x300x52x3.14x0.8x224N•cvi500x56x3.14x0.8x2总力矩切削力折算至电机力短500x56x3.14x0.8x2总力矩=82.93/VeM=Mu+Mf+Mt=1.83+24+83=108.8^cm最大静力矩MmaxM,g=2.5xM=272/V・cm=2.72N・mjam之前初选电机型号为86BYG250B-SASSBL-0202,其最大静扭距T『5N・m,转子转动惯量Jm=1540g-cm：o为了使步进电机具有良好的启动个能力及较快的响应速度，应有Tm/L>2：J/Jm<4,所得结果满足条件。四.程序四.程序及框图U!4.1原理图4.2程序框图4.3LED显示4.3.1原理图数据总统段码输出 位选通信号(OxOO4H)(0xO02H)4.3.2程序框图4.4键盘输入4.4.1原理图(0X001H) (0XW2H)4.4.2程序框图设计小结本次课程设计作为毕业设计前最后一个课程设计，具有很好的练习作用。我们经过基础课，技术课和专业课的学习，到最终完成这次设计任务，从中获得了很多的知识。本次课程设计比较综合的，系统的应用了从前所学的知识，我们学