X-Y工作台说明书汇编

1、目录目 录 1.1.摘要 22.技术要求 3.2.1 设计题目 3.2.2 技术数据 3.2.3 设计要求 3.3.总体结构设计 4.3.1 滚珠丝杠选取 4.3.1.1 计算载荷 4.3.1.2计算额定动载荷计算值 Ca 5.3.2 滚珠丝杠副 5.3.2.1根据 Ca 选择滚珠丝杠副 5.3.2.2 滚珠丝杠副校核 6.3.3 稳定性运算，空载运行时工作台的速度 6.3.3.1 计算临界转速 6.3.3.2 压杆稳定性计算 7.3.4 滚动导轨 7.3.4.1 计算行程长度寿命 Ts7.3.4.2计算动载荷 Cj 7.3.5 选取电机 9.3.5.1 电机的初选 9.3.5.2 步进电机转

2、矩校核 9.4.结语 1.2.5.参考文献 1.3.1.摘要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

3、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。 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，

4、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。182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技术数据工作台长汇宽(mm ：440 X300工作台重量(N : 3000工作台行程：X=60- 10

5、0mm: Y=50- 80mm脉冲当量：0.05 0.08mm/p2.3设计要求(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：双推一简支型(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:v lol O 101_ L-O厂、IO1 C2 IOI二一一O图3.1实际设计的工作台为X、丫双坐标联动工作台，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，其上固定丫向导轨,

6、上拖板与工 作台固联,在丫向导轨上移动.X、丫导轨方向互相垂直。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，具体的实现方法可参考教材有关章节。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3.1.1计算载荷Fc=KF KH KA FaCj查 551.1 501.56 452 .4 403.85表3.3类别普通机械普通机床数控、精密机械T(h)50001000010000150003.2

7、滚珠丝杠副3.2.1根据Ca选择滚珠丝杠副根据机电一体化设计基础表 2 9汉江机床TC1型滚珠丝杠，选取FC1 型无密封圈滚珠丝杠，滚珠丝杠副额定动载荷 Ca等于或者大于Ca的原则，选用 Fc1-2505-3,Ca=1794公斤得丝杠副数据：公称直径：（中径d2）Db=25mm导程：P=5mm螺旋角： =3.38滚珠直径：do=3.175mm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 3.175=1.651mm偏心距：e=0.07（R- d。/2）=0.07（1.651-3.175/2）=0.5286贝U电机空载启动时，工作速度：V0=0.75 I

8、500 lp3602则j为传动系统传动比P=导程所以 V0-0.751500 - P =7.813mm/s36023.2.2滚珠丝杠副校核滚珠丝杠副还要受D0*n的值的限制，通常要求 D0 n7 104mmr/minD）n=25 100 75=1.8 10smmr/minnmax所以丝杠工作时不会发生共振332压杆稳定性计算二 2Ela(N)式中 F k 临界载荷E材料弹性模量对于钢,E=2.06 X l011Pala 丝杠危险截面惯性矩2 2.06 1011” 理泊 48.8412Fk=2=3.8 1064x(0.67 汉832)S=FkFm123.8 1028009= 1.4 103.4滚

9、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=2Ls n 60 Th/100 （km）式中 Ls工作单行程长度（m）n往复次数（次/min）Th 工作时间寿命（h）3.4.2计算动载荷CjmfTfcfH式中F作用在滑座上的载荷(N

10、)M滑座个数K寿命系数 fT 温度系数 fC 接触系数H 硬度系数 wfw 负载系数般取K=50km见表5见表6见表7工作温度(C)fT1001100 1500.9150 2000.72002500.6见表8表3.4表3.5每根导轨上滑块数fc1120.8130.7240.66表3.6滚道表面硬度HRC605855535045Fh10.980.90.710.540.38表3.7工作条件fw无冲击、振动 V15m/mi n1 1.5较小冲击、振动V60m/min2 3.5、f、f 、f分别由指导书表3.4,3.5,363.7查得TcHw匚九0,仁九0, fj1。fw=h8另取滑座个数m=4寿命系

11、数一般取k=501（km）Fy=24000N作用在滑座上载荷Fx=18000N1= Fxf w（Ts/k）3c x 4111=19689.9N1 一 =Fyfw（Ts/k）3jy 4111=26275.1N由机电一体化设计基础表2-13查得 故选取滚动导轨型号为HJG D353.5选取电机3.5.1电机的初选初选型号为110BF003查表可得：步距角0.75最大静转矩：7.84N.m 分配方式：3相6拍空载启动频率：1500stcp/s空载运动频率：700 stcp/s外形尺寸：门23 75352步进电机转矩校核空载起动时电机轴总的负载转矩Tq=Tj+Tu+To式中 Tj惯性转矩Tj=J &J

12、电机轴总惯量（包括 当量） 取 1.8 10-3选传动齿轮齿数分别为 Z仁26 Z2=52 模数为2齿宽：B仁 15mm B2=15mm则 d仁Z1 m=52mm d2=Z2 m=104mmJz1 =3二 7.8 100.124320.035 =3.47 10 %m2Jz2=3二 7.8 100.12432320.016=2.54 10 kgm2,c30.04576鼻 2Jz3=二 7.8 100.162 =5.43 10 kgm321p 2Td=Jz1+ r (Jz1 Js)()C22血Td=3.14104 - (2.57 10+5.43 10*) + ()42兀汉2=1.02 100.25

13、JdJm1.18 10厂=0.66乞11.8 103332J=Jd+Jm= 1.18 101.8 10=2.98 10 kgm空载启动时，电机轴上的惯性转矩Jj=J = JNmax/ t 二V max=5.17NmPAt空载启动时间为50s电动机轴上的当量摩擦转矩Jw=2二 i Fu0.0062二 0.8 22 4000 0.2 =0.47Nm附加摩擦转矩t2To=F0（1 - ）=0.11Nm2兀W工作台上的最大轴向载荷折算到电机轴上的负载Jw= P Fu3000 =1.79N m2兀 yi2兀 x 0.8 x 2则空载启动时电动机轴上的总负载转矩为：Tq=Tj+Tu+To=5.17 0.4

14、8+0.1 仁5.79Nm在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为:T1=Tw+Tu+To=2.38Nm5 空载启动时所需电机最大静转矩为：Ts1=Td/c=5.79/0.866=6.7Nm 最大外载工作时，所需要最大静转矩：Ts2=T1/0.3 0.5=2.38/0.3 0.5=7.8 4.8Nm 查表 Ts=7.847Ts2所以电机能正常运动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 丫方向的进给，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、精确的特点，该课题对机电一体化控制实验 具有很好的使用价值。本篇论文是在指导老师的指导下完成的。在研究分析的过程中，老师给予了 指导，并