x-y数控工作台及其控制系统设计

convenientandcanensuretheprecisionofcertain,reducedcost,isthemostsimpleofmicrocomputercontroltechnologyofapplication.ePLCtorealizethecontrolofmachinetofmachiningaccuracyandreliability,andfurtherimproved.Designmachinetoolsandworkingprincipleofelectricalequipmentparts.X-Ytofsteppingmotordrivingdevice,thedesanddesignofelectriccontrollingpart.Thedesigrequestisnothigh,theopenloopsystem.MechanicaltransmissionthKeywords:X-Ytables,PLC I 1.1X-Y数控工作台研究背景 1.2X-Y数控工作台研究意义 1.3X-Y数控工作台的现状与发展 22X-Y数控工作台总体方案确定 4 42.2控制电机的确定 5 72.4其他零部件的选择 8 3.1X-Y数控工作台的整体结构设计 3.2主要设计参数及其依据 3.4直线滚动导轨副的计算与选型 3.5滚珠丝杠螺母副的选型和校核 3.7驱动电机的选择 3.8其它零部件的确定 23 27 39参考文献 40 41 46产品更新换代周期缩短，小批量产品的生产所占的比重越来越大，约占总加工量的80%一方面，电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的发展提供了坚实的技术基X-Y数控工作台是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便，而且能够保证一定对我国数控技术和产业化发展的战略思考：(1)战略考虑。我国是制造大国，在世我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21能部件数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等的可靠性和生产2.1传动系统方案的确定(3)安装精度要求较低，成本低；(4)适用于中心距较大的传动。(2)传动的平稳性差，有噪音。(2)传动比恒定；(3)效率高；(4)结构紧凑；(5)适用性广。(3)易产生低频振荡。(2)冲击载荷小，传动平稳，噪声低；(3)具有自锁性。(2)结构简单，成本低；(4)传动过载时，带与带轮打滑，保护其他零件。2.2控制电机的确定就是为步进电机分时供电的、多相时序控制器。2.电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);3.由于每步的精度在3%-5%,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的4.优秀的起停和反转响应；6.电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结7.仅仅将负载直接连接到电机的转轴上，也可以极低速的同步旋转。1.如果控制不当容易产生共振；2.难以运转到较高的转速。开环控制系统如图2-1所示：执行机执行机构机械传动执行件功放微型机2.3控制系统方案的确定仪表中的应用。(3)在机电一体化中的应用(4)在人类生活中的应用。(5)在示；(2)接收操作面板的开关与按钮信息；(3)接受铣床限位开关信号；(4)控制X,2.4其他零部件的选择摩檫变成为滚动摩檫，其优点有1)灵敏度高，且其动摩檫系数与静摩檫系数相差甚微，因而运动平稳，低速移动时不易出现爬行现象。2)定位精度高，重复定位精度1)刚度高，承载能力大，便于拆装，可直接装在任意行程长度的运动部件上；2)具有自调整能力，安装基面许用误差大；3)制造精度高；4)可高速运行；5)高精度保持性好；6)可预加负载，提高刚度。工作台图3-1传动系统示意图X、Y方向的脉冲当量为0.01mm;工作荷载2000N;工作寿命15000h;时间常数T=30ms;铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给(键槽铣刀可沿轴线进给)。铣刀的类型很多，但以圆通常假定铣削时铣刀受到的铣削力是作用在刀尖的某点上。设刀齿上受到切削力的合力为F,将F沿铣刀轴线、径向和切向进行分解，则分别为轴向铣削力p,径向铣削力p和切向铣削力p。其中切向铣削力是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床电机功率(即铣削功率)最多。参考[1]《数控机床与编程》选铣刀。根据最大铣刀直径d=φ32mm,最大铣削宽度ae=16mm,最大铣削深度ap=6mm选择莫氏锥柄立铣刀，立铣刀各参数如表3.1所示：围β中齿30°~45°345式中各参数如下：a最大铣削宽度，本设计为16mm;故F₂=9.81×68.2×160.86×0.1072×6×5×32-0.86=23.3.2进给工作台工作载荷计算字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载!该论文已经通过答辩3.4直线滚动导轨副的计算与选型fsz=C₀/P工作载荷Px=0.5(F₂+W)=0.5(2000+936根据计算额定静荷载初选导轨：选择HJG-A系列滚动直线导轨，其型号为：HJG-DA45A,如图3-2所示：其参数如表3.2、表3.3:导轨导轨长度静载荷3单向行程长度Mn24选用外循环，垫片式预紧方式的滚珠丝杠螺母副。预选G.GD系列的3206-2.5丝杠，代号公称直径公称导程直径螺旋升角λ圈数额定动载荷额定静载荷接触刚度6最大工作载荷：式中K————考虑颠覆力矩影响的实验系数，矩形导轨K=1.15;G———移动部件的重力(N);F,工作台纵向进给方向载荷；Fv工作台垂直进给方向载荷；Fm=1.15×2107.12+0.004×(842.85+3.5.3最大动负载C的计算及主要尺寸初选滚动丝杠最大动载荷C可用下式计算：滚珠丝杠工作载荷(N)。L0滚珠丝杠导程，初选L0=6mm;V最大切削力下的进给速度Z—铣刀齿数，Z=4n———铣刀转速，区别与以上丝杠转速n,取为600r/minv=0.00044×600=168r传动效率计算：滚珠丝杠螺母副的传动效率7为刚度验算：F=1282.96N=247.68kgfZ=(πdm/Dw)-3=(3.14×32/4Zz=Z×圈数×列数=4.536×2×2≈88滚珠丝杠副刚度验算：丝杠的总变形量δ=δ₁+δ₂应小于允许的变形量。一般δ不应大于机床进给系统规定的定位精度值的一半。或者，由丝杠精度等级查出规定长度上允许的螺距误差，则相应长度上的变形量应该比它小。否则，应考虑选用较大公称直径的滚珠丝杠。机床的定位精度为：0.01mm,δ=δ₁+δ₂=0.0084+0.002913=0.011313m因此所选的滚珠丝杠副刚度符合要求。压杆稳定性验算：滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定而3.5.4滚珠丝杠副的精度等级表3.5滚珠丝杠的行程公差符号有效行程L,(mm)精度等级4目标行程差行程变动差任意300mm内行程变量2π弧度内行程变动量73.6同步带轮传动的设计和计算同步带传动示意图如图3-4所示：图3-4同步带传动(4)小带轮齿数Z齿数z=40(3)实际轴间距a,所设计的结构的轴间距可调整3.6.3确定带轮的尺寸(1)小带轮啮合齿数的确定(2)带宽b,带型LH则至此X向带轮的设计已经完成，根据上面的计算数据，取标准宽度带号为075的LY向带轮也取标准带宽代号为075的L型带。3.7驱动电机的选择纵向步进电机的选择计算P---丝杠螺距(cm),P=6mm带轮及丝杠转动惯量的计算：由于有些传动件(带轮、丝杠等)的转动惯量不易精确计算，可将其等效成圆柱体来计算。圆柱体的转动惯量可依据公式：式中：p材料密度(Kg/cm³),对钢取为7.8X10-⁵Kg/cm³;d圆柱体直径(cm)(对于带轮、丝杠等就是等效直径);l圆柱体长度(cm)(对于带轮丝杠等就是其等效齿宽或长度)。则(2)惯量匹配验算由[12]《机电传动控制》初选二相混合式步进电机86BYG350AH-0201。其示意图如图3-5所示：其示意图如图3-5所示：转动系统与步进电机的惯量匹配条件：所以惯量是匹配的。(3)负载转矩计算及最大静转矩选择空载启动时折算到电动机轴上的最大加速力矩(N.CM);由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩(N.CM)。又因为又F₀=f(FfN+Gx)f导轨摩擦系数，f=0.04;故(5)最大切削负载时所需力矩M:--折算到电机轴上的切削负载力矩式中F进给方向最大切削力(N)为210.712N最大静转矩选择：最大静转矩的依据。而初选的步进电机为86BYG350AH-0201,他的最大静转矩为所以初选的步进电机型号符合要求。由于Y方向与X方向的要求相差不多，可以选用同样的丝杠，导轨，电机经过以上计算，选用的部件如表3.7:滚珠丝杠螺母副直线滚动导轨副X方向Y方向3.8其它零部件的确定3.8.1轴承的选择1.载荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据载荷的大小、方向和性质选择轴承。(1)载荷大小一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适于承受较大载荷；球轴承由于是点接触，承载能力小，适用于轻、中等载荷。各种轴承承受载荷能力一般以额定载荷比表示。(2)载荷方向纯径向力作用，宜选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，也可考虑选用调心轴承。纯轴向载荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向载荷和轴向速下工作。在一定条件下，工作转速较高时，宜选用直径系列为8,9,0,1的轴承。选用宽度系列为8,0的轴承。表3.8所选轴承的参数外径D宽度B平键联接：键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。平键联接具有结构简单、装拆方便、对中性较普通平键按构造分，有圆头(A型)、平头(B型)及单圆头(C型)三种。圆头切向键连接：切向键是由一对斜度为1:100的楔键组成。切向键的工作面是由一对本设计中要求键的连接结构简单、装拆方便、对中性较好，故选用普通平键中的圆头(A型)平键。由轴的直径和轮毂的宽度选取的键的参数如表3.9所示bhL6644而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic用户输入设备I/O输入单元输出单元内内部电路L4.1.3PLC的工作过程Ym一输入采样输出锁存器件映像寄存器程序执行输入设备—X0—X1出端—XnS(1)输入采样阶段(2)用户程序执行阶段(3)输出刷新阶段S7-200属于小型PLC,在1998年升级为第二代S7-400是大型PLC,可以扩展300多个模块；S7-400H是冗余设计的容错自动化系统；S7-400F是安全型自动化系统，出现故障时将系统切换到安全状态；由上述具体控制要求，可作出步进电机在起动运行时的程序框图，如图4-5所示。以工作框图为基本依据，结合考虑控制的具体要求，首先可将梯形图程序分成4个模块进行编程，即模块1:步进速度选择；模块2:起动、停止和清零；模块3:移位步进控制功能模块；模块4:A、B、C三相绕组对象控制。然后，将各模块进行连接，N1输入/输出编址控制步进电机的各输入开关及控制A、B、C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/O编址如表4.1所示：中速开关高速开关2状态真值表采用移位指令进行步进控制。首先指定移位寄存器MB0(8位),按照三相六拍的步00100000每右移1位，电机前进一个步距角(一拍),完成六拍后重新赋初值。其中M0.6和表，如表4.3所示。表4.3移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表正转ABCABC000000000000100000000001000011001001000000010001000101100000000000000101110根据程序模块及三相绕组的控制逻辑关系，即可编写出梯形图控制程序。其中Network1对应模块1;Network2～3对应模块2;Network4～9对应模块3;Network10P)基础课程和专业知识。在此，我感谢老师们，向老师们说一声：老师，你们辛苦了![13].张立勋，孟庆鑫，张今瑜.机电一体化系统设计[[15].北京有色冶金设计研究总院.机械设计手册.北京：化学工业出版社出版，1994,附录一英语论文ThispaperdescribesthedevtoimprovetheaccuracyoffininarrowerthanthatinconventionalWEDMusingdielectricliquid,andthereisnocorrosionofdrawbacksofdry-WEDMincludelowermaterialreKeywords:WEDM,dielectric,Finishcutting,DryprocessDry-electricaldischargemachining(dry-EDM)isanewEDMprocess,whconductedinagasatmospherewithoutusingdieleoilinconsiderationofenvironmentalpreservation,humanhealthandpreventionoffirehazards.Theyfoundotheradvantconsiderablylargeprocessreactionforceisappliedtodielectricbreakdownoccurs.Thisisbedissociationofthedielectricliquid,andbecauserapidexpansionofthebubbleispreventedbytheinfluenceoftheinertiaandviscosityofthedielectricliquid,pressureinsidethebubble.Incontrsmallwhenadischargeoccursbetweenthem.Whenthedischargeenergyissmcannotbeignoredincomparisonwiththeabove-mentioexpansionofthebubble.Obaraetal.[4]pointedoutthat,sincetheelectricpermittivityofwateriseighty-twotimeshigherthanthtodeformationandvibrationduetotheabove-mentionedforces,resultigeometricalerrorofthemachinedsurface.ThisfactmotivatedFurudateetaldry-WEDMproducesexcellentstraidry-WEDMinfurtherdetailandproposemethodstoimpThenewdry-WEDMmethoddevelopedinthepresentworkbasicallyeliminatesthofdielectricliquid.Tanimuraetal.[6]protankfortheworkingliquidandhencecaneasilybecombinedwithothermachasmanyadvantagessuchasmallerprocessreactionforce,andsmallerhdry-WEDM,andmaterialremovalrate,straightness,surfaclengthwerecompared.WithconventionalWEDM,water,whadjustedmoderately,wasjettedfromtheupperandlowernozzles.Withwaterwassuppliedandcuttingwasperformedinatmosphere.Toobtainmatertheremovedvolumewasdividedbythemachiningtime.TheremovedvolumecanbeobtainedbyintegratingtheproductbetweentheactualdepthofcutandthefeddistanceoftheStraightnesswasobtainedbymeasuringtheprofileofthefinishedsurfaceparalleltothewireusingasurfaceroughness-paralleltothewire.Inthisstudy,attentionwperpendiculartothewire,because,inWEDM,unfavorablestreaksaregeneratedparalleltothewireasshowninFigurelcomposedofrelativelyhighfrequencycomponents,iscut-offbywireaxisdirection,onlythefrequenciesofthewavinessaredecreased,whereasthoseinsurfaceroughnessusingalprofilemeasuredparalleltothewire,itwasfoundthatthestraightnessofthesexcellent.However,whenthelineofmeasuremerecognizable.Astheangleofinclinarisesbecausethenumberofstreakscrossedbythelineofmeasuremthisresult,wedecidedtoevansiderednearlyequaltofthewiresidesurfaceandworkpiecesurfaceafttothetoporbottomsurfacesofworkpiece,becausetheamof5pmwasrepeateduntilthestraightnessmeasuredbecameinvariable.Theworkileadingtobettersurfaceetal.[7]reportedthatthegaplengthindry-dieconventionaldie-sinkindischargegapofconventionalEDMismuchlowerthanthatofacleanworkingliquidbeforewhichissuppliedintotparticlesdonotfloatinthegapbecausethedensityofdebrisparticlesiofairandtheviscosityofairisextremelylowerthanthatofdielectricliquid.Figure6showsthecrossdiameterof200pm.Thedischargecurrentwas110A.Itobtainedbydry-WEDMissmalleduetothesmallerdistortionandvibrationofthewireindry-WEDM.dfdry-WEDMisconsiderablylowerthanthatofconventionalWEDM.Thisisbecausetheunfavorablerepetitionoftheturningbackandforthofthewireelectrodeinthefeeddirection.die-sinkingEDMcafFigure8showsprofilesofthefinisnessofdry-WEDMwasfoundtobebetterfconventionalWEDM.Frsurface.Thisisbecausethewirefeedturnsba5IMPROVEMENTOFMACHININGCHARACTERISTIItiswellknownthatdischargelocationsshouldbedistribudry-WEDMprocessdescribedintheprevioussectionisunstable.ItwdischargelocationswereBecauseoftheinsufficientcoolingoftheworkinggapduetemperatureofthewiretendstoincrease,resultinginalocalreductionofdieleBeforefinish-cut,thepositionoftheworkpiecesurface,whichwaspreprocessedbygrinding,wasdetectedbytouctouchedthesurfacewasdefinedaszero.Thenthewirepositionwasoffworkpieceby5pm.ThismeTable2.Thehigherthewirewindinbetterthestraightnesswillbe.Thelocalizationofdischarhigherwirewindingspeeds,suggestingthattheincreaseinthewindindecreasedwiresurfaceofthegap.Hence,weinvestigatedthemachining