机电一体化系统综合课程设计XY数控工作台设计说明书84.docVIP

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＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/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。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。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）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 145×160×50 重量：按重量=体积×材料比重估算 N Y向拖板（下拖板）尺寸： 重量：约90N。 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287N。 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 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 偏心距 螺纹升角 螺杆 螺杆外径 螺杆内径 螺杆接触直径 螺母 螺母螺纹外径 螺母内径（外循环） 见表2-1。 ⑶、传动效率计算 式中：——摩擦角；——丝杠螺纹升角。 ⑷、刚度验算 滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量 Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算 所以 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。 所以导程总误差 查表知E级精度的丝杠允许误差，故刚度足够。 ⑸、稳定性验算 由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。 2.4、步进电机的选用 ⑴、步进电机的步距角 取系统脉冲当量，初选步进电机步距角。 ⑵、步进电机启动力矩的计算 设