XY工作台说明书详解

1、目 录目 录11.摘要12.技术要求22.1设计题目22.2技术数据22.3设计要求33.总体结构设计33.1滚珠丝杠选取43.1.1计算载荷43.1.2计算额定动载荷计算值Ca43.2滚珠丝杠副53.2.1根据Ca选择滚珠丝杠副53.2.2滚珠丝杠副校核53.3稳定性运算，空载运行时工作台的速度63.3.1计算临界转速63.3.2压杆稳定性计算63.4滚动导轨73.4.1计算行程长度寿命Ts73.4.2计算动载荷 73.5选取电机93.5.1电机的初选93.5.2步进电机转矩校核94.结语115.参考文献121.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

2、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。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简

3、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作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，

4、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）:440300 工作台重量（N）：3000 工作台行程：X=60100mm Y=5080mm 脉冲当量：0.050.08mm/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

5、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:图3.1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

6、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计算载荷Fc=KFKHKAFa查<<机电一体化设计基础表26取，KF=1.3查表27 取KM=1.1查表24 取D级精度查表28 取 KA=1.0 则Fc=1.31.11.0280=4004N3.1.2计算额定动载荷计算值Can=100 L=60n = =90hCa= Fc或 表3.2Ca=FcFc=4.484004=17939.92N实际硬度HRC551.1501.56452 .4403.85 表3.1 载荷性质平稳或轻度冲击11.2轻度冲击1.21.5 较大冲击、振动1.52.5表3.3类别普通机械普通机床数控、精密

7、机械T(h)50001000010000150003.2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29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）D0=25mm 导程：P=5mm 螺旋角：=3.38 滚珠直径：d0=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* d0=0.523.175=1.651mm 偏心距：e=0.07(R- d0/2)=0.07(1.651-3.175/2)=0.528

8、6则 电机空载启动时，工作速度：V0=0.75则j为传动系统传动比P=导程所以 V0-0.75=7.813mm/s3.2.2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D0n<7104mmr/minD0n=2510075=1.8105mmr/min<7104mmr/min所以 丝杠副工作稳定3.3稳定性运算，空载运行时工作台的速度V=36.46mm/s 由 =360 得=P360i=62=0.02083.3.1计算临界转速 （r/min）式中 fc临界转速系数 长度系数 d1丝杠内径 (m)l丝杠工作长度 (m) =2415.3r/minL=61+100=161mmn

9、max=0.75=437.5r/min因为nk>nmax 所以丝杠工作时不会发生共振3.3.2压杆稳定性计算 FK=（N）式中 FK 临界载荷E材料弹性模量 对于钢,E=2.06×PaIa丝杠危险截面惯性矩FK= =3.81012S= 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

10、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 Cj=式中 F作用在滑座上的载荷 (N)M滑座个数K寿命系数 一般取K=50kmfT温度系数 见表5fC接触系数 见表6 fH硬度系数 见表7 fW负载系数 见表8 表3.4 工作温度（0C）<10011001500.91502000.72002500.6 表3.5每根导轨上滑块数1120.8130.7240.66表3.6滚道表面硬度HRC60585

11、5535045Fh 10.980.90.710.540.38 表3.7工作条件fw无冲击、振动 V<15m/min11.5较小冲击、振动V<60m/min1.52较大冲击、振动V>60m/min23.5、分别由指导书表3.4,3.5,3.6,3.7查得=1.0, =1.0, =1.0, =1.8另取滑座个数 m=4寿命系数一般取k=501(km)作用在滑座上载荷Fx=18000N Fy=24000N= =19689.9N= =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HJGD353.5选取电机3.5.1电机的初选初选型号为110BF003查表可得：

12、 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：23753.5.2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电机轴总惯量(包括当量) 取1.810-3选传动齿轮齿数分别为 Z1=26 Z2=52 模数为2齿宽 ：B1=15mm B2=15mm则 d1=Z1m=52mm d2=Z2m=104mmJz1= Jz2= Jz3= Td=Jz1+ 2Td=3.14 0.25 J=Jd+Jm= 空载启动时，电机轴上的惯性转矩Jj=J= =5.17

13、Nm空载启动时间为50s电动机轴上的当量摩擦转矩Jw= 附加摩擦转矩T0= 工作台上的最大轴向载荷折算到电机轴上的负载Jw= 则空载启动时电动机轴上的总负载转矩为：Tq=Tj+Tu+To=5.170.48+0.11=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=T1/0.30.5=2.38/0.30.5=7.84.8Nm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XY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，并提供了很多与该课题相关的重要信