数控铣床X-Y工作台毕业设计.doc

机电一体课程设计 说明书 设计题目：数控铣床X-Y工作台设计 班级： 机自0402班 设计者： 111 学号： 0400041024 指导教师： 1222 江南大学机械工程学院 2008年1月 目 录 设计任务…………………………………………………………………………3 一.系统总体方案设计………………………………………………………… 3 (一)机械系统………………………………………………………………… 3 (二)接口设计………………………………………………………………… 3 (三)伺服系统设计…………………………………………………………… 4 (四)控制系统设计…………………………………………………………… 4 二.机械系统的设计计算……………………………………………………… 4 (一) 滚珠丝杠的选型与计算…………………………………………………4 (二) 滚动直线导轨的选型与计算……………………………………………7　 (三) 电机的选择…………………………… ……………………………… 8 (四)光电开关的选择…………………………………………………………10 (五)限位开关的选择………………………………… ……………………10 三 控制系统设计………………………………………………………………12 1.操作面板的布置图…………………………………………………………12 2.操作面板功能介绍…………………………………………………………12 3.控制系统原理框图…………………………………………………………15 5、光电开关和限位开关信号采集原理…………………… ………………15 6、键盘、显示器接口电路分析…………………………………… ………15 四 程序………………………………………………………………… ……16 五 参考文献……………………………………………………………………19 设计任务: X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm 平均切削力:1500N 平均切削进给速度:600mm/min 最高运动速度:6m/min 定位精度: 工作寿命:每天8小时,工作8年,300天/年 一.系统总体方案设计 由设计任务书知,本次设计可采用如下方案 (一)机械系统 1.传动机构采用滚珠丝杠副 2.导向机构采用滚动直线导轨 3.执行机构采用步进电机 (二)接口设计 1.人机接口 (1)采用键盘作为输入 (2)采用LED作为指示标志 (3)采用数码管作为显示器 2.机电接口 采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离. (三)伺服系统设计 采用开环控制 (四)控制系统设计 二.机械系统的设计计算 (一)滚珠丝杠的选型与计算 由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm, 工作寿命,传动精度要求 设导程P=5 mm ,则 求计算载荷 由条件,查《机电一体化系统设计》表2-6取=1.2, 查表2-6取=1.2, 表2-4取D精度, 查表2-6取=1.0, (2)计算额定动载荷计算值Ca`由式(2-4) (3)根据选择滚珠丝杠副 假设选用FC1型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或稍大于的原则,查表2-9选以下型号规格 FC1-2505-2.5 Ca=9610 公称直径 导程 螺旋角 滚珠直径 按表2-1中尺寸计算 滚道半径 R=0..52=0.523.175=1.651mm 偏心距 丝杠内径 (4)稳定性验算 〈1〉由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷 其中 E=206Gpa L=0.3m 取 则 安全系数 查表2-10 [S]=2.5-3.3 S[S] 丝杠是安全的,不会失稳 〈2〉高速长丝杠工作时可能发生共振,因此需验算其不会发生共振的最高转速----临界转速,要求丝杠的最大转速 所以丝杠不会发生共振 〈3〉此外滚珠丝杠副还受值的限制,通常要求 (5)刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(Nm)共同作用下引起每个导程的变形量为 式中,A为丝杠截面积,A=为丝杠的极惯性矩, G为丝杠切变模量,对钢G=83.3GP a;T(Nm)为转矩. 式中, 为摩擦角,其正切函数值为摩擦系数; 为平均工作载荷.取摩擦系数为 ,则得 按最不利的情况取(F=) 则丝杠在工作长度上的弹性变形