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运动控制系统课程设计-X-Y数控机床运动控制系统设计说明书
天津职业技术师范大学
课程设计题目:X-Y数控机床运动控制系统设计
学生姓名:
班级:
学院:机械工程学院
指导老师:
2015年1月19日
目录
一、总体方案设计 4
1.1 设计任务 4
1.2 总体方案确定 4
二、机械系统设计 5
2.1、工作台外形尺寸及重量估算 5
2.2、滚动导轨的参数确定 5
2.3、滚珠丝杠的设计计算 6
2.4、步进电机的选用 8
2.5、确定齿轮传动比 9
2.6、确定齿轮模数及有关尺寸 9
2.7、步进电机惯性负载的计算 10
3.1 CPU板 11
3.2 驱动系统 12
参考文献 15
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=100mm×120mm×12mm;底座外形尺寸C1×B1×H1=210mm×220mm×140mm;最大长度L=288mm;工作台加工范围X=55mm,Y=30mm;工作台最大快移速度为2m/min。
1.2 总体方案确定
(1)系统的运动方式与伺服系统
由于工件在移动的过程中没有进行切削,故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构,降低成本,采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
(2)计算机系统
本设计采用了美国PMAC运动控制卡pmac(program multiple axises?controller)是美国delta tau公司生产制造的多轴运动控制卡,是世界上功能最强,计算速度最快,质量可靠的运动控制产品。
(3)X-Y工作台的传动方式
为保证一定的传动精度和平稳性,又要求结构紧凑,所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙,采用预加负荷的结构。
由于工作台的运动载荷不大,因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差,从而提高运动平稳性,减小振动。
考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取,为达到分辨率的要求,需采用齿轮降速传动。
图1-1 系统总体框图
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 100×120×30
重量:按重量=体积×材料比重估算
N
Y向拖板(下拖板)尺寸: 100×120×30
重量:约28N。
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:约163N。
2.2、滚动导轨的参数确定
⑴、导轨型式:圆形截面滚珠导轨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)
选择导轨的型号:GTA16
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较小,查表后得出LM10UUOP型直线滚动轴承的额定动载荷为370N,大于实际动负载;但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP型直线滚动轴承。并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。
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;当导轨移动到位置或时,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,会使工作台下凹(有时还可能出现波浪形),影响导轨的精度。
查表得系数,,寿命值
查表得使用寿命时间T=15000h,初选丝杠螺距t=4mm,得丝杠转速
(r/min)
所以
X向丝杠牵引力
Y向丝杠牵引力
所以最大动负荷
X向
Y向
查表,取滚珠丝杠公称直径 ,选用滚珠丝杠螺母副的型号为 SFK1004,其额定动载荷为390N,足够用。
⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算
表2-1 滚珠丝杠螺母副几何参数
名 称 符 号 计算公式和结果
螺纹滚道 公称直径 10 螺距 接触角 钢球直径 螺纹滚道法面半径
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