课程设计 X -Y移动平台.doc

课程设计说明书 课题名称 __X-Y工作平台机电系统设计___ 学 院 _ 专 业 机械电子工程 _ 班 级 _ 学 号 ___________________ 姓 名 __ 指导教师 韩雄飞 __ 完成日期 ______2014年1月10日 _ _______ 摘 要 本文主要对X-Y数控工作台机电系统及控制系统进行设计。X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的X-Y数控工作台通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副,以及伺服电动机等部件构成。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要选用设计专用的微机控制系统。 关键字：X-Y数控工作台，滚珠丝杠螺母副，伺服电动机，微机控制系统。 目 录 1设计任务 3 2总体方案的确定 3 2．1机械传动部件的选择 3 2．1．1导轨副的选用 3 2．1．2丝杠螺母副的选用 4 2．1．3减速装置的选用 4 2．1．4伺服电动机的选用 4 2．1．5检测装置的选用 4 2．2控制系统的设计 5 3机械传动部件的计算与选型 6 3．1导轨上移动部件的重量估算 6 3．2铣削力的计算 6 3．3直线滑动导轨副的计算 7 3．4滚珠丝杠螺母副的计算与选型 8 3．4．1最大工作载荷Fm的计算 8 3．4．2最大动工作载荷的计算 8 3．4．3初选型号 9 3．4．4传动效率η的计算 9 3．4．5刚度的验算 9 3．4．6压杆稳定性校核 10 3. 5步进电动机减速箱的选用 11 3．6步进电动机的计算与选型 11 3．6．1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 11 3．6．2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 12 分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算： 12 3．6．3步进电动机最大静转矩的选定 15 3．6．4步进电动机的性能校核 16 3．7增量式旋转编码器的选用 18 4步进电动机的驱动电源选用 18 5控制系统硬件电路设计 19 6控制系统的部分软件设计 20 6．1输入输出分配 20 6.2人机界面设计 20 6.3控制程序设计 21 参考文献 21 附录 23 计算 计算 计算 计算 计算滚珠丝杠副的最大工作载荷 计算最大动载荷 计算传动效率η 计算拉/压变形量 计算滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 计算丝杠总变形量 计算临界载荷 计算滚珠丝杠的转动惯量 计算拖板折算到丝杠上的转动惯量 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩 计算折算到电动机转轴上的摩擦转矩 计算快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩 计算折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 计算移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 计算最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 计算步进电动机的最大静转矩 校核最快工进速度时电动机的输出转矩 校核最快空载移动时电动机输出转矩 校核最快空载移动时电动机运行频率 计算起动频率 1设计任务 题目：X-Y数控工作台机电系统设计 任务：设计一种供应式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下： 1）立铣刀最大直径。 2）立铣刀齿数。 3）最大铣削宽度。 4）最大背吃刀量。 5）X、Y方向的脉冲当量。 6）X、Y方向的定位精度均为。 7）工作台面尺寸为，加工范围。 8）工作台最快移动速度。 9）工作台进给移动速度。 导轨组合：滚动——滚动 支承方式：双推——简支 2总体方案的确定 2．1机械传动部件的选择 2．1．1导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小，定位精度高，因此，决定选用直线滑动导轨副，它具有刚度高、制造简单、传动效率高、结构简单、安装预紧方便等优点。 2．1．2丝杠螺母副的选用 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，需要满足0.005mm的脉冲当量和的定位精度，滑动丝杠副为能为力，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。 2