仪器零件课程设计指导书2013

1、仪器零件课程设计指导书编者：杨有松 王美娇 孙琪长春理工大学光电信学院光电工程分院2013-9-22在精密机械、仪器仪表的设计制造过程中，越来越多的采用了数控机床。与传统的机械设计相比，现代机械设计技术越来越向着机电一体化方向发展，这已经是一种必然的发展趋势。本课程设计按照这个思路依据仪器零件课程的理论和精密仪器仪器仪表制造的理论选择确定了数控滑台设计的题目。在数控滑台的设计中，充分运用了机电一体化技术，将机械相关知识与电机和单片机控制技术有机结合通过查阅资料，方案论证，设计计算，并结合以前所学过的仪器零件、工程力学、机械原理、工程材料、互换性与测量技术、电工学及单片机原理等知识，并加以综合运

2、用，达到锻炼学生，提高知识的综合运用能力，为今后从事相关的工作奠定基础。数控滑台又称之为（直线滑台，精密滑台，模组滑台，电动滑台）在工业中运用的很广泛，经常在一些电子设备、激光设备、自动化设备、数控设备等设备上运用。比如绘图机，写真机，平板打印机，自动送料，移动平台，摄像平台，自动化设备，刻字机，喷码机，机械裁床，机械手，激光切割机，雕刻机，送料机械，自动机械手，堆码机，鞋机，激光裁床，喷涂机，下料机，点胶机，焊接机，摄影导轨，生产改良机，延时导轨，电视滑轨等数控滑台具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗摩擦系数小、构造紧凑、通用性强等特点。当前已普遍运用于测量、激光焊接、激光切割、涂胶

3、、打孔、小型数控机床、雕铣机及适用教育等场所。数控滑台包括：精密滑台，模组滑台，电动滑台，一般需求手动调节或者电机控制，通常需要确定位移行程，负载大小，位移精度，分辩率，外形尺寸等。 由于可以进行电路细分，分辩率可以到达超微米级，还可以经过计算机控制，达到自动化目标。数控滑台多采用滚珠丝杠传动，线性滑块做导轨，所以行程可以很大，可到3米，负载可到100kg（慢速还可进步），精度也可到达+-0.02微米级。一、设计任务书1、设计题目：精密数控滑台的设计2、任务：设计一种高精度十字数控滑台3、主要参数： (1)X、Y方向的定位精度均为；(2)加工范围为300mm×300mm；(3)最快移

4、动速度； (4)传动方式：丝杆直连；(5)结构形式：十字联接。4、基本要求（1）写出设计说明书（要求根据给定的设计参数拟定设计方案）（2）画出设计图纸（要求手画），含零件图、装配图和控制框图【2号图纸4张，一张装配图，3张零件图】控制框图可画在说明书里（3）根据给定的设计参数对拟定的设计方案进行实物样机制作（4）对所制作的样机进行调试，保证精度（5）按照具体要求控制样机，并绘出二维运动轨迹二、设计过程举例【参考】设计题目：X-Y数控工作台设 计 者：班 级：指导老师：完成时间：目 录一.设计任务书页码二.方案的分析与撰写页码三.机械系统设计页码 3.1.结构设计页码3.2.导轨的选择页码3.3

5、.丝杆的选择页码3.4.步进电机与联轴器选择页码四.控制系统设计页码4.1.控制系统总体设计页码4.2.电机的选择与校核页码4.3.驱动器的选择页码4.4.控制器的选择页码五.运动控制器的选择页码六.设计小结页码七.参考资料页码设计任务书设计题目：X-Y数控工作台设计任务：设计一种供喷涂生产线使用的X-Y数控工作台二.方案的分析与撰写经过组内讨论，我们决定选二维水平滑台作为我们的设计题目，其三维图形如下：总体方案图：总体方案的确定：、机械传动部件的选择丝杠螺母副的选择步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除

6、反向间隙，故选用滚珠丝杆副。同时选用内循环的形式，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。由于定位精度要求不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，刚性好，装卸方便。由于工作台最快的移动速度1000mm/min，所需的转速不高，故可以采用一般的安装方法，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。、导轨副的选用要设计数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。、伺服电机的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度

7、对于步进电动机来说还是偏低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此可以选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。、控制系统的设计 、设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有轮廓控制，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。、对于步进电动机的开环控制系统，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。、要设计一台完整

8、的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。、选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。三.机械系统设计机械系统设计包括电机、丝杆、导轨、联轴器等标准器件的选择；底板、轴承座、电机座等零件的设计。3.1.结构设计工作台总体结构的确定初步采用（1）、步进电机2个（X、Y向分别控制）（2）、滚珠丝杆2套（3）、滚动导轨：双导轨、四滑块（分别为X、Y向，长短选择不同）（4）、带有三条“”槽的工作台面3.2.导轨工作台总体结构的确定初步采用（1）、步进电机2个（X、Y向分别控制）（2）、滚珠丝杆2套（3）、滚动导轨：双导轨、四滑块（分别为X、Y向，长短选择不同）（4）、带有三条“”槽的工作台面的选择3.3丝杆的选择3.4.步进电机和联轴器的选择综上所述：选定零件型号如下表所示：零件参数导轨直线滚动导轨，KL系列JSA-LG15，Ca=7.94KN，Coa=9.5KN丝杆济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2500-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm。循环滚珠为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载