xy数控工作台课程设计报告.docx
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xy数控工作台课程设计报告
本科生专业课程按廿
学生:
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专业名称:
班级:
指导教师:
2021年5月
任务书2
二、思体方案确实定铸娱!
未定义书签。
三、机橋传动翎杵的廿算与选塑鉛渎!
未定义书签。
四、工作台机械装配图的绘制錯娱!
未定义书签。
五、工作台控制系统的设it錯蹊!
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參考文St错溟!
未定义韦签。
附件1錯娱!
未定义书签。
Btt2««!
未定义书签。
附件3錯溟!
未定义书签。
附件4錯娱!
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任务节
SftBS:
X-Y»gl作台机电系兢按廿
按廿任务:
设计一台缺tn控制XY两坐标工作台,供立式数控铳床便用◎具体容咖下:
1、机械系统设it:
通过廿算,正确选择传动机构、导向机构、执行机构、驱动电机等,根据廿算说明,绘制机放系统装配图。
2、腔制系貌设廿:
根据系统要求,选择正确的號制策略,设计合理的技制系统,并绘
制技制系统电路图。
3、主要相序设计:
在机掖系就设廿与畫制系统设计的基隅上,进行控卸系统的主程序设廿,列岀程序淸单。
4、设it说明书撰写。
系媒主要参数:
1、立铳JJ最大Igd=20mm
2、立铳nfi»Z=3
3、最大钱刖宽度-=20〃〞〞
4、最大背吃JJ量ap=\0inin
5、JJOlHfi为碳素刑或有色金属
6、X,Y方向的脉冲当量&=认=0.01〃枷/p
7、X,Y方向的定位精度均为±0.01mm8、工作台面尺寸为400mmx500mm〔gflg个长度400以下〕,HUB为200mmx200mm9、工作台空栽证快桁劝速度叭max=Vvmax=5000mm/min10、工作台iSS'E快務动速度vvmax/=vvmax/=350mm/nin
时同安排及任务:
-、系统功能介堀、总体方案设廿〔1天〕
1.柄电一体化产品设廿的根本过桿介鉛;2.XY工作台功能介组;3.总体方案确实定
二、单元助能模挟介鉛和设廿任务的落实〔1天〕
三、详细设计〔8天〕
1.別植系貌装丘图设it;2.控制各局部原理图的git;3.壬助能枳序的编胃
二、总体方案的硝定仁机檢传动部件的选择
(1)
选胃我滾动导轨副
导林銅的选用
要设廿的X-YI作台是用来配產轻型的立或数控览床,需要承我的我荷不t,IMI冲肖量小(①=叭=0.01〃"〞/〃),
定位精BA(vxmax/=vvinax/=35O?
wn/min),因优,决定
选用頁线液动导班副,它貝有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。
(2)
选兼动丝杠螺
Si
丝杠螺母副的选用
伺般电动机的故转运朋需要通过丝杠螺骨副转换成頁我运劝,要満足0.01mmft脉冲当量fl±0.01mm«定位精度,滑动纠I副无能为力,只有选用副才能迖到。
慑珠丝杠銅的传动績度高、朋态响应快、运转平稳、寿金长、效率高、硕紧后可消除反向[«:
而目滾代丝杠已经系列化,选用非常方便,有利于提裔开发效率。
(3)裁速装置的选用
拥采用裁速器
电劝机和®OH^M后,为了冲当量故大电劝机的输出I专色瞬低运系统中决定采用无同隙齿轮传动濾速箱。
(4)
伺股电机选步进电机
伺服电动机的选用
•也另茏蚊wm.負jWOLQQI呱JULMUU翊酬轧空教量快務动速度也只有2000fnm/min。
因此.本设廿不於果用區斤汇的方i直亦u卫交涼何長idid直jOjfi&isi等丿idiJttttff-SiLWUULmm5OAfl,iiro本,
提高性价比。
(5)检雷装置的选用
检池芸置的选用:
增量式陵转编码器
选用步进电动机作为伺服电动机后.可选开坏控制,也可选用坏控iicfi务书所给精度对干步进电动机来说込是倔高的,为了備保电朋机在运转过样中不受幼削负我柯电网的影响而失步,决定采用半闭坏控闕,并在电动机的尾部转轴上安装增量itKH专编侶器,用以检測电动机的转角与转速。
憎量氏旋(专编鸥器的分第率应与步进电动tn的步即角松匹配。
考虑到x、y两个方向mini围柑间,承受的工作我荷hi差不大,为了績少设廿工作量,X、y两个坐标的导珈副、丝杠嗓伶副、眞速装置、伺服电劝机,以及檢测芸置抓采用相间的
塑号与规格。
2、控胃系筑的按计
(1)设什的X-Y工作台准备用在数控览床上,其控制糸筑应该貝有单坐标定位、两坐标頁找捕补与Sl%tt补的根本功能,所以控制系统应该设廿成连续控制眞
连续控制里
(2)对于步进电朋机的半闭坏控制,选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制糸单片机选:
统的CPU,应该能筋満足任务书给定的关指标。
AT89S52
(3)要设计一台完整的控制糸统,在选择CPU之后,连需要扩展样序存胆器、数摇存贮器、赴盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。
需要电路扩展
(4)选择适宜的驱劝电涌,与步进电动机配套使用,自行设计。
自行设it步进
电机驱动电源
人机接口I
驱
步进电动机
X方向传动机构
滚珠Vi
减
图2-1系统总体方案结构框图
三.机核传动部件的廿算与选型
1、导慕上移动部件的重量估算
G=900N
按照下导圳上面務动跚件的車量来iS行估茸。
BWI件、夹貝、工作平台、上层电动机、减速箱、潦珠峻杠副、宜找淒动导班副、导班座等,ffiitli?
lJl900No
2、铳谢力的廿算
设零件的加工方式力立saw,采用哽质合金立an,工件的林料为碳胡。
那么由表2-1査得立鎌时的st刖力廿算公式为:
表2-1硬质合金ftJJStH的廿算公式〔单位N〕“M
st刀类塑
工件林科
St81力公式
®an
Fc=1127&/*w/.088J_,-3a°90w_0,8Z
F=539町7严〃-%?
吃
可
Fc=482对£。
75旷%冷~0.吃
Fc=lOOOci^f^d^a^Z
Fc=59&*9£〕叫严叫叮z
三面刃8tD
F〔=256〔疋好严旷%冷〜吃
两面刃毓JI
F=274&严/°叫7"心吃
立itJI
斤=11甌严严严琴严z
期中:
命为背吃J1量mm;比为側吃升量mm;\2为每齿进给imm/Z;w进给速度mm/min;ZaJJffi数;dftJISgmm;nftJIS3r/min,见图2-10
b)c)
•〕立饶b〕闻柱铳削c〕端铳
图2-1钱削用量说明
假设ftHISd=15mm,齿数Z=3,为了廿算最大铳M力,在不对林铳制情况下,取最大铳刖宽gae=15mm,背吃J]量aP=8,每齿进给量fz=0.1mm/Z;ftHR速n=300r/mino那么由公a2-1求得最大鎌削力:
Fe=118x2005x0.1°75x20"3xg10x300013x3q1893N
采用^anafiasasijw,各铁削力之间的比值可由表2・2。
表2-2各铁削力之间比值
趺M条件
比值
对林抚9I
不对
逆钱
SSM
ae=(0.4-0.8)d/mm
fp(0・1~0・2)/(mm・Z'))
F,/Fc
0.3~0.4
0.6~0.9
0.15-0.3
Fe/Fc
0.85~0.95
0.45~0.70
0.9~1.0
Fln/Fc
0.50~0.55
0.50~0.55
0.5~0.55
IO铳刖ae=0.05d/mmfz=(0.1-0.2)/(mm.zj))
F,/Fc
1.0-1.2
0.8~0.9
Ffn/Fc
0.2~0.3
0.75~0.8
F./Fc
0.35~0.4
0.325~0.4
a)b)
n)圆柱形铳刀铳削力b)面铳刀铳削力
图2・2钱蘭力分林
a)逆铳b)ffi饶
82-3JS铁与逆St
由表2・2,图2・2和图2-3,考虑逆钺情况,可估算岀三个方向的铳刖力分别为:
Ff=1.1巴®2082N
巧=0.38/;q719N
Ffn=0・25F(.a4737V
图2-3a为卧抚情况,现考虑立8,II作台受到垂宜方向的钺制力F£=719N,受到水平方向的悅刖力分别为F,和耳。
今将水平方向较大的饥削力分配给工作台的纵向(丝杠轴线方向),那么纵向fit削力Fx=F.=2082N,径向钺训力F,=F.n=473No
R=719N
F«=2082N
Fz=473N
3、直贱液动导91M的廿算与选型
(1)滑挟承受工作叢商Fmu的计算及导轨型号的选取
工作我荷是影响頁找激劝导珈副便用寿命的虫要因素。
X・Y工作台采用水平布置,利用蚁导林、四滑挟的支承形貳。
考虑最不利的怖况,即垂頁于台而的工作義荷全部由一个滑块承世,那么单滑挟所受的晟大垂頁方向我荷为:
臨产手+尸(2-2)
其中,诙册件亶量G=900N,外加聂荷F=Fz=719N,代人式2-2得最大工作載荷
Fg_G+F-900+719-1169"-1・169kN
44
査表3-41⑶3根F^=1.169kN,初iiiSitii导林副的塑号为ZL系列的JSA-LG45里,貝额定朋我荷Ca=7.94kN,竄定静我荷Cx9.5kN。
任务书规定工作台面尺寸为400mmx500mm,加工围为200mmx200mm,考處工作行程应留有一定余量,査表3・35映,按标准系列,选取导轨长度为750mm.
表3-35JSA8导轨长度系列
导ft副的®号:
ZL系列的JSA-LG45里
导牝长度为
750mm
导轨型号
导乳长度系
JSA-LG15
280
340
400
460
520
580
640
700
760
820
940
JSA-LG20
340
400
520
580
640
760
820
940
1000
1120
1240
JSA-LG25
460
640
800
1000
1240
1360
1480
1600
1840
1960
3000
JSA-LG35
520
600
840
1000
1080
1240
1480
1720
2200
2440
3000
JSA-LG45
550
65
750
850
950
1250
1450
1850
2050
2550
3000
JSA-LG55
660
780
900
1020
1260
1380
1500
1980
2220
2700
3000
JSA-LG65
820
970
1120
1270
1420
1570
1720
2021
2320
2770
3000
(2)卽离额定寿命L的廿算
上述选取的ZL系列JSA-LG45®导和副的液道復度为60HRC,工作出度不fflil100t,毎根导IHlffi有两只滑快,1青度为4级,工作連度较低,我商不大。
査表
表2/顒度系数
i食道硬度(HRC)5055
58-64
a2-7nit系数
精度等级
2
3
4
5
fR
1.
1.0
0.9
0.9
表2-8裁荷系敛
I况
无外跚冲击或震动的低速场合,連度小T15m/min
无明显冲击或捺动的中速场合,速度Jl15~60m/min
有外as冲击或扳劝的离速场合,速度大于60m/min
fw
1-1.5
1.5-2
2-3.5
tH0.530.81.0
IftSH/t
<100
100-150
150-200
200-250
fT
0.90
0.73
0.60
表2-5富度系数
每根导班上滑块数
1
2
3
4
5
fc
1.00
0.81
0.72
0.66
0.61
表2・6接触系数
即离寿命为180kmjj大于期望値50km,故飯离額定寿命满足要来
分别取厦度系数仁1・0.富度系数fr=1.00.接U系ftfc=0.81.精度系数宿=0・9、教荷系ftfw=1.5,代人貳2・3⑶亠得所选丝杠的阪离寿命为180km。
T岭已山〔2-3〕
nnr“…“R0L=x50^2.76x10^//?
I丿
结论:
所选导乳的卽离寿俞远大干期里〔O50km,故卽离額定寿命满足覆求。
4、液珠卷杠K母M的廿算与选型
〔1〕最大工作我荷Fm的计算
在立am,工作台受到进给方向的我商〔勻丝杠轴线平行〕Fx=2082N,受刘横向的我荷〔与丝杠轴线垂肓〕FZ73N,受到垂盲方向的魏育〔与工作合面垂貢〕Fz=719No
B知務动部件总亶量G=900N,按他附导ftttffit算,査表2・9⑶二
表2-9最大工作ft«F.实崟廿算公貳及参考系数
导報类塑
实够公氏
K
矩形导轨
F,〞=KF,+〃〔F;+F、+G〕
1.1
0.15
燕尾导输
凡=K&+“〔F:
+2FV+G〕
1.4
0.2
三角形或塚合导轨
F,n=KFx+^Fz+G〕
1.15
0.15-0.
8
8:
表中摩擦因数u均为滑动导林。
对于貼塑导轨口=0・03~0・05,漲动导ftp=0.003
0.005。
表中,&为进给方向我荷,F,为横向教荷,F川車直我商,单KfltlN;G为務劝部件总ntI作聂荷亶力,单位为N;K力颐贾力拒黔喑糸数;口为导林的摩擦系数。
"
取夢动*ftfiltG=900N,按鉅形导ttfflfiit算,査表2・9,取魚覆力矩馬喑系»K=1.1,凡=23O1N漲劝导扎上的摩01m=0.005o求得漲垛丝杠剧的®tl作我荷:
、
Ftn=KFx+//〔F:
+Fv+6〕=1.1x2082+0.005x〔719+473+900〕^2301N
〔2〕最大动ftfiFo的计算
设工作台在承受最大SMflB的量快进给速度v=350mm/minfffl选丝杠导桿Pr〔=5mm,I此时丝杠转速n=v/Pn=70r/mino
取逵珠卷杠的使用寿命T=15000h,代人Lo=6OnT/1O\寿會系数Lo=63〔单位为:
101〕。
查表2-10IS,M,取我荷系数fwT.2,滾道硬度为60HRCB1,取硬度系数fH=1.0,代人直2-413138
FQ=^fwfHFm〔2-4〕
RP:
=
最大动敦商
FO=9698N
式中:
L—逵妹峻杠厠的寿命,$fi〔106r〕oLo=6OnT/1O6,〔M中T为便用寿命,普通机橋取T=5000~10000h,数控机床K-B机电设备取T=15000h;n为峻fl[毎分卵转速〕;
fw—我荷系数,由表2-101得。
ftf——换度系数〔M58HRCBL$1.0;等T55HRC时,取1.11;等T52.5HRC时,®1.35;
等T50HRC时,®1.56;等于45HRCBL取2.40〕;
Fn一副的晟大工作我荷,单位为N。
表2-10汕熨aawxft
运转状态
裁肓系数fw
平穩或轻度冲击
1.0-1.2
中等冲击
1.2~1.5
较大冲击
1.5-2.5
(3)ffl选塑号
根据计算出的最大动我荷和利选的丝杠导样,査附件3^3-3113139,选择博将精密丝杠闕适生产的GD系H2505-4SSKBQM,为橋坏固定反向器单«BA.其公称直桧为25mm.
导程为5mm,督环滋珠为4^x2列,精度等级取5级,|[定动就荷为11921N,大于治満足要求。
GD系列2505-4
塑漲*丝杠副
(4)传动效率n的廿算
将处称直径da=25mm,导f?
Pn=5mm,代人2=arctan[^/(矶)],得峻杠媒旗开角
?
7=95.9%>90
%,合札
兄=3。
3&。
將摩榛角0=10',代人〃=mn/l/tan(/l+0),得传动效率〃=95.9%。
效率要求大干90%,孩峻权副合格。
(5)剧度的验算
1)X-YI作台上卞两层淤珠丝杠副的支承均采用“单推■■单推〞的方直。
丝杠的两端各
采用一对推力角接他球轴承,面对面组配,左、右支承的中心卽离约为a=550mm;狷的樨性模量E=2.1x105MPa;査附件3,得渡珠IgDw=3.175mm,丝fi®gd2=21.2mm,丝杠截面枳
S=7td\/4=352.Sniin2o
丝杠的迪伸或压编变形量,在总变形量屮的比車较大,可按下式廿算:
dFma±Mcr严
1ESIttIE
H山・F抑*T讯1艮十T件曲苻曲佶七M
Jl屮•「m?
±11IIJiii人丄KF栽何,甲IV丿勺N
a一峻杠两端支承何的距离,单位为mm
E一峻杠林料的聲性模量,钢的E=2.1x105MPa
S一丝杠按Kgd2«定的截面枳,单位J]mm2
M转矩,单位为N•mm
1一丝杠按Rgdz»定的截面枳愷11矩(/=勿;/64),单位为m亦
渡珠与螺纹滾道间的接机变形量§2
无頂紧时&=0.003831-旦1(2-6严
-\MiozJ
有預紧时6—0.0013,_1(2・7严
■]0乂2尸昇;/10
式中D,深珠直径,mm
Z,—廉珠总数量,zs>z湎妇列数
Z—单圈淤珠数,Z=m.JD"•(外街坏),Z=(^/()/Dvv)-3(ffiff.)
甩一预紧力,单位N
忽略沈2・5中的第二坝,算得丝杠在工作敎荷Fm作用下严生的拉/圧变形量=0.0124mm
nn*F/2301x550nni71
l!
lJ.=——=a0.017\nrni
ES2.1x105x352.8
2〕根稠优£Z=〔加/°/Z4〕—3,求得单圈液昧数Z=22;该塑号丝杠为单螺咼,激珠的
囲数x列数为4x2,代人公衣:
Z尸Zx圈数X列数,得淤珠蛊数量Z.=176O丝杠预紧时,取轴向预紧力FyJ=Fm/3=767N0則由式2・7,液珠与螺纹漲道间的接触变形量“
丝杠用度足够
F°or\1
6,-0.0013.2-0.0013,'«0.0015mm
〜1%2FwZ;/1010V3.175x767x1762/10
因为丝杠射有預累力,冃为着|fij负It的1/3,刊实际变形量可减小一半,52=0.0005mmo
3〕将以上算出的8ifl82代人
兀=§+岛=00171+0.0005=0.0176nun=17.6/z?
m。
丝杠的有效行禅力400mm,由表3-27l3,K知,5级精度漲昧丝杠有效行桿在315-400mm
时,行程16差允许迖到25pm,可见丝杠剧度足執
〔6〕圧杆稳定性校核
激珠丝杠是属于受轴向力的细长杆,如果轴向负我过大,那么可能产生失稳现象。
失稳时的临界我荷Fk应满足:
件=俘鼻"〞,〔2-8〕⑶靛
Ku
式中h—临界我荷,单位N
f加*T古甬纟劲hnWHlr7T
K一压杆棣定平安系数,一般取2.5-4,垂頁安装时取小值;
A一滾珠丝杠两端支承间的卽离,单位为mm。
方式
双推■自由
双推■简支
双推■双推
单推■单推
fk
0.25
2
4
1
表2-门整杠支承系数
查表2-11,取侗;由^11Kgd2=16.2mm,求得截面ffitt®:
丝杠不会失稳
/=^/4/64«9910.44/Wm4;压杆稳定系数K取3(丝杠卧式*平安装);淒动螺母至軸向固定处的距离a取最大fl550mm。
代人S2-8,得临界数育Fe22611N,远大于工作数荷Fm=2301N,故丝杠不会失总。
赊上所述,初选的液昧丝杠副满足便用要求。
ffl选的漲珠丝杠副满足便用要求
5、步进电动«as箱的选用
为了满足脉冲当量的设M娶求,憎大步进电动机的输出转矩,冋时也为了便液珠丝杆相工作台的转动愦量折算到电动机轴上尽可能小,决定在步i!
电朋机的输出轴上安装一套filtJtiiffio采用一级城速,步进电劝机的输岀轴与小齿轮联接.滾珠丝杠的轴头与大齿轮联接。
其齿轮设廿IO片结构,采用右图所示的强簧猜齿址消除IMRo
Al
(1)廿算SI速器传动比
工作台的脉冲当量8=0.01mm/P,s珠丝杠的导棺Ph=5mm,初选步进电动机的步距角a=0.9\算髀速比:
._aPh0.75x5_5
Z"360°j"360x0.01^4
。
-步进电机步距角(。
)p—丝杠导程(nun)
J-工作台运动的脉冲当量(nun)
图5・33传动级数选择曲线
<机电一体化设计根底?
按图5-33,选一级曲轮传动
传递功率=丄作台进给抗力x工作台移动速度/传动链效率
81植便动效率flisfi(哄参考)
类塑
V谢传动
If传动
-对於mm*
符号
n-
n
m、
效率
0.94-0.97
0.97-0.995
0.96-0.99
0.98-0.995
0.90-0.95
初选效率为0.98o传递劝率:
77.14W
传递功率=1200x^—/0.98=7.14w
1200
可见,系説传递的功率很小,在要求不高时,以后各步的it算可省略。
并采用经呀法来
设计各元郃件。
但为绦习it算过样,本次设计采用什桥廿算来设it。
(3)齿轮传动机构的星本参数
传通功率
〔W〕
fh(r/min)
传动比
一天运转时同
〔h〕
工作寿飢年〕
传动效
转向
1«
3.57
87.5
5/4
8
5
0.975
不变
平稳
小齿轮转速:
n=87.5r/min
其中小齿轮转速:
x学怛心竺芒=87.5皿n
p54
〔4〕选择林HKW定许用应力
小齿粧林料选择45銅〔外表粹火〕,硬厦为45HRC
大齿轮林料为45»〔期质〕«B»220HBS
小齿轮强度板限<7WBnil=ii30^〔淬火0理〕
大齿轮的接能菠劳强度板限b〃亦2=55OM<
平安系US〃和Sf
平安系数
飲齿面
顒齿面
iSffi传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮
S“
1.0-1.1
1.1-1.2
1.3
SF
1.3-1.4
1.4-1.6
1.6-2.2
取贵全
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