光机电系统综合课程设计_一维数控工作台设计说明书--精.docx

光机电系统综合课程设计 一位数控工作台设计说明书 姓 名： 吴祥龙 学 号： 专业班级： 仪器学院光信息07-1班 指导老师： 陶晓杰 张腾达 二〇一〇年十一月 一、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一个一维数控工作台，定位精度小于等于±0.01mm。 设计参数如下：工作台尺寸C×B×H＝100mm×100mm×20mm；承受载荷：Pz = 8Kg，Px = 2Kg，Py = 15Kg；最大移动长度L = 300mm；工作台最大快移速度为2.5m/min。并且丝杠与电机之间的连接部分采用齿轮传动。 1.2 总体方案确定 （1）机械设计 通过给定的参数，计算确定系统脉冲当量，计算运动部件惯性，确定伺服电机，滚动丝杠螺母计算和选型，齿轮的计算与选型，在此基础上，绘制机械系统装配图。 （2）电学设计 本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由MCU部分、存储器扩展部分、键盘与LED显示部分、I/O接口、光电耦合电路控制、步进电机、测速部分。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。 （3）光学设计 系统的测速部分是由光学设计部分完成，光学设计部分要求利用光栅设计一个光电传感器，利用此传感器可以测量步进电机转动的角度、线度等信息，为数控系统的闭环或半闭环控制提供参数。主要设计参数是：步进电机每转动一步（一个步距角）至少输出5个脉冲当量。 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 工作台尺寸： 长宽高 100×100×20 重量：按重量=体积×材料比重估算 100×100×20×7.8×10-2≈16N 2.2、滚动导轨的参数确定 （1）、导轨型式：这里选择闭式滚珠导轨，闭式滚珠导轨承载能力较小，但方向精度高，摩擦力小，耐磨性较好，对温度变化不敏感，符合本设计要求。 （2）、导轨长度 工作台大小为100×100mm2，同时设计要求最大移动距离为300mm，工作时的余量留20mm，因此初选导轨长度为420mm， 选择导轨的型号：GTA16 （3）、滚动副的选择 滚动副承受的负载为工作台重量以及工作台负载重量 G=16N Pz=8×10=80N 因此Pmax=16+80=96N 查表，初选KL型导轨副JSA-LG25，额定动载荷17.7KN； 额定寿命计算得：L=(fH×fT×fCfW×CF)ε×K ε：滚珠时ε=3；K:滚珠时K=50Km；F为计算载荷，取96N. 同时查阅手册，得到fH=1.0，fT=0.81，fW=1.5。 因此：L=(1.0×0.81×11.5×17.7×10396)3×50m ；已经充分满足要求 （4）、直线滚动轴承的选型 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。 （5）、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，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。 2.3、滚珠丝杠的设计计算 （1）、最大工作载荷Fm的计算 滚珠丝杠的工作载荷Fm是指滚珠丝杠副在2驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。 对于矩形滚动导轨： Fm=KFl+fFv+Fc+G 其中K和f分别为考虑到颠覆例句影响的实验系数和导轨的摩擦系数，对于矩形导轨