毕业设计（论文）-X-Y数控机运动控制系统设计.doc

天津职业技术师范大学 X-Y数控机运动控制系统设计 专 业：机械维修及检测技术教育 班级学号：机检 学生姓名： 指导教师： 目录 一、总体方案设计 1 1.1 设计任务 1 1.2 总体方案确定 1 1.2.1系统的运动方式与伺服系统 1 1.2.2?导轨副的选择? 2 1.2.3?丝杠螺母副的选择? 2 1.2.4减速装置的选择? 2 1.2.5电气控制原理图 3 二、机械系统设计 3 2.1、工作台外形尺寸及重量估算 3 2.2、滚动导轨的参数确定 4 2.3、滚珠丝杠的设计计算 5 2.3.1 最大动负载Q的计算 5 2.3.2滚珠丝杠螺母副几何参数计算 7 2.3.3传动效率计算 8 2.3.4刚度验算 8 2.3.5稳定性验算 9 2.4步进电机的选用 9 2.4.1步进电机的步距角 9 2.4.2步进电机启动力矩的计算 9 2.4.3步进电机的转速n 10 2.5确定齿轮传动比 11 2.6、确定齿轮模数及有关尺寸 12 2.7步进电机惯性负载的计算 12 三 驱动器和控制器的选择 13 四 参考资料 19 一、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝445mm×460mm×32mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝610mm×620mm×540mm；最大长度L=688mm；工作台加工范围X=95mm，Y=80mm；工作台最大快移速度为6m/min。 设计要求： 数控机床课程设计的示例，每个组的设计参数，计算出相应运动部分的质量及量，根据计算结选择电机及驱动器型号，并相应数控选用其课程中学过的系统），出、弱控制 1.2.2?导轨副的选择? 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小，定位精度高，因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。? 1.2.3?丝杠螺母副的选择? 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和±0.02mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。? 1.2.4减速装置的选择? 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消除间隙机构。为此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。? 驱动器与控制器的选择 选择了混合式步进电机以后，就要选择与之想匹配的驱动器，控制器基本上是一样的，选一个能够满足使用，又价格便宜的。 图1-1 系统总体框图 1.2.5电气控制原理图 二、机械系统设计 2.1、工作台外形尺寸及重量估算 X向拖板（上拖板）尺寸： 长宽高 重量：按重量=体积×材料比重估算 Y向拖板（下拖板）尺寸： 重量：约799N。 上导轨座（连电机）重量： 夹具及工件重量：约150N 。 X-Y工作台运动部分的总重量：799+799+202+150=1950N 2.2、滚动导轨的参数确定 本设计中的X-Y工作台是水平布置，采用双导轨，四滑块的支撑形式。 ⑴、导轨型式：矩形截面滚珠导轨 ⑵、导轨长度 ①上导轨（X向） 取动导轨长度 动导轨行程 支承导轨长度 ②下导轨（Y向） 取动导轨长度 动导轨行程 支承导轨长度 选择导轨的型号：GGB16 ⑶、直线滚动轴承的选型 ①上导轨 ②下导轨 由于本系统负载相对不大，有下图得出LM30LUU型直线滚动轴承的额定动载荷为2490N，大于实际动负载。并采用双排两列6个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。产品是上海晶铂传动机械有限公司生产的。 ⑷、滚动导轨刚度及预紧方法 当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使