X-Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)課程設(shè)計(jì)說明書X-Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)課程設(shè)計(jì)說明書X-Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)課程設(shè)計(jì)說明書目錄

1.課程設(shè)計(jì)目的.................................................12.課程設(shè)計(jì)任務(wù).................................................1設(shè)計(jì)題目：..............................................1技術(shù)數(shù)據(jù)................................................1技術(shù)要求................................................13.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................1滾珠絲杠設(shè)計(jì)............................................2滾珠絲杠副的采用........................................3牢固性運(yùn)算..............................................4壓桿牢固性計(jì)算..........................................54.轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌.....................................................6計(jì)算行程長度壽命Ts.....................................6計(jì)算動(dòng)載荷Cj..........................................65.步進(jìn)電機(jī)的選擇..............................................8步距角的確定............................................9步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核.......................................10頻率校核...............................................126.總結(jié)........................................................127.參照文件....................................................131.課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生對典型機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能力和對機(jī)電伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力,在學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練,掌握手冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料的使用方法,培養(yǎng)解析問題和解決問題的能力,為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下優(yōu)異的基礎(chǔ).2.課程設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：X-Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)工作臺(tái)長×寬（mm）：450×310工作臺(tái)重量(N)：3300行程(mm)：X=60－100；Y=50－100脈沖當(dāng)量：技術(shù)要求（1）工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用滾珠絲杠螺旋結(jié)構(gòu)（2）滾珠絲杠支撐方式：雙錐-簡支型（3）驅(qū)動(dòng)電機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（4）步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠間采用齒輪降速要求除掉齒輪縫隙3.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)控工作臺(tái)采用由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制結(jié)構(gòu),其單向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖以下列圖:實(shí)質(zhì)設(shè)計(jì)的工作臺(tái)為X、Y雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái),工作臺(tái)是由上拖板、中拖板、下拖板及導(dǎo)軌、滾珠絲杠等組成.其中下拖板與床身固聯(lián),它上面固定X導(dǎo)游軌,中拖板在下拖板的導(dǎo)軌上橫向運(yùn)動(dòng),其上固定Y導(dǎo)游軌,上拖板與工作臺(tái)固聯(lián),在Y導(dǎo)游軌上搬動(dòng).X、Y導(dǎo)軌方向互相垂直。.滾珠絲杠設(shè)計(jì)滾珠螺旋傳動(dòng)按轉(zhuǎn)動(dòng)體循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩類,其中應(yīng)用較廣的是插管式和螺旋槽式,它們各有特點(diǎn),其軸向縫隙的調(diào)整方法主要有墊片調(diào)隙式和螺紋調(diào)隙式。計(jì)算動(dòng)載荷Cj式中:載荷系數(shù)—KF(見表1)硬度系數(shù)—KH(見表2)軸向工作載荷--Fa3300=4950N6額定壽命L=（60·n·T）/10=90h使用壽命—T=15000h見表31表1表2載荷性質(zhì)KF實(shí)質(zhì)硬度KHHRC平穩(wěn)或輕度沖1～≥55擊≥50輕度沖擊～≥45較大沖擊、振動(dòng)～≥40表3種類一般機(jī)械一般機(jī)床數(shù)控、精美機(jī)械T(h)5000～100001000015000滾珠絲杠副的采用計(jì)算載荷FCKFKHKAmF查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表2-6取，KF查表2-7取KH查表2-4取D級精度查表2-8取KA取平均工作載荷Fm=4950NFc=1.3x1x1x4950=6435N計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值Can=100r/min使用壽命Lh=15000h2依照Ca選擇滾珠絲杠副依照《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表2-9漢江機(jī)床TC1型滾珠絲杠，若采用FC1型無密封圈滾珠絲杠，滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷C’a等于也許大于Ca的原則，采用，Ca=16083N的絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑：D040mm導(dǎo)程：P=6mm螺旋角：244'滾珠直徑：d0依照《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表2-1公式得螺紋滾道半徑：d0獨(dú)愛距：Rd02絲杠內(nèi)徑：d1D02e2R4022滾珠絲杠副校核滾珠絲杠副還要受D0n的值的限制，平時(shí)要求D0n<7104mmr/minD0n4010040m0m0r/min47m1m0r/min所以絲杠副工作牢固牢固性運(yùn)算3.3.1.計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速nKnK9910fc2d1（r/min）(l)2式中臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)—見表4長度系數(shù)—見表4d1—絲杠內(nèi)徑(mm)L—絲杠工作長度(mm)3取絲杠工作長度：Lx=450mmLy=310mm可知Y向臨界速度最大÷（）2由于nknmax所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振表4支承方雙推—自由雙推—簡支兩端固定式系數(shù)fcu2-----s3~4——壓桿牢固性計(jì)算2EIa（N）FKl)2(式中FK—臨界載荷E—資料彈性模量對于鋼×1011PaIa—絲杠危險(xiǎn)截面慣性矩(m4)Iad143)46464-7臨界載荷：÷（）24安全系數(shù)：S=Fk÷÷絲杠絕對安全，不會(huì)失穩(wěn)絲杠采用無誤，即采用型滾珠絲杠。4.轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌是工作臺(tái)系統(tǒng)的重要組成部分,由于轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌擁有定位精度高、低速無爬行、搬動(dòng)輕盈等顯然優(yōu)點(diǎn),故本工作臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌.轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用最廣的是滾珠導(dǎo)軌,按滾珠的循環(huán)方式分類,滾珠導(dǎo)軌又可分為滾珠不循環(huán)式和可循環(huán)式.在專業(yè)廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌中,都為轉(zhuǎn)動(dòng)體可循環(huán)式.計(jì)算行程長度壽命TsTs=2Ls·n·60·Th/100(km)式中:Ls—工作單行程長度—往來次數(shù)(次/min)nxnp1001010-32Lsx2Th—工作時(shí)間壽命(h):Th=15000行程長度壽命：Tsx260計(jì)算動(dòng)載荷CjFfw(Ts/k)1/3Cj=fTfcfHm式中F—作用在滑座上的載荷(N)F=3300*m—滑座個(gè)數(shù)5K—壽命系數(shù)一般取K=50kmfT—溫度系數(shù)見表5fc—接觸系數(shù)見表6fH—硬度系數(shù)見表7fw—負(fù)載系數(shù)見表8表5工作溫度fT（0C）<1001100～150150～200200～250表6每根導(dǎo)軌上fc滑塊數(shù)11234表7滾道表面硬度605855535045HRCFh1表8工作條件fw無沖擊、振動(dòng)V<15m/min1～較小沖擊、振動(dòng)V<60m/min～2較大沖擊、振動(dòng)V>60m/min2～分別由指導(dǎo)書表5、查得fT、fC、fH、fW另取滑座個(gè)數(shù)m=4;6壽命系數(shù)一般取k=50km;另取滑座個(gè)數(shù)m4壽命系數(shù)一般取k50km作用在滑座上的載荷Fx=33000；Fy=44000=51876N由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2—13查得，應(yīng)采用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌型號為HJG—D25步進(jìn)電機(jī)的選擇在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面:步距角可否適合系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩可否滿足要求.步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率及運(yùn)行頻率可否滿足要求.步距角的確定0＝360i（度）t式中—工作臺(tái)脈沖當(dāng)量(mm/P)i—傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比t—滾珠絲杠導(dǎo)程(mm)t=6mmα=360°÷°依照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》初選型號55BYG005;由《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖5-33、5-34查的：減速器采用2級傳動(dòng)傳動(dòng)比分別為i12:i2各傳動(dòng)齒輪齒數(shù)為：7Z120;Z240;Z320;Z450模數(shù)m=2齒輪寬b=20mm步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核空載起動(dòng)時(shí)電機(jī)軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TqTq=Tj+Tu+To式中1)Tj—慣性轉(zhuǎn)矩Tj=J·εJ—電機(jī)軸總慣量(包括當(dāng)量)ε—起動(dòng)時(shí)角加速度由《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》書中式5-36分別計(jì)算各傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其中齒輪交織直徑取分度圓直徑：d1d322040mmd2240mm80d42501mm00絲杠內(nèi)徑分度圓：dsmm絲杠長度取L=410mm電動(dòng)機(jī)總慣量：Jd4L32JZ1JZ3103432105kgm2JZ2103432104kgm2JZ4103432103kgm2834Js325kgm2JZ1+12JZ2JZ312JZ4JSP2Jdmi1i22i211210510410510310518042525104kgm2其中，是所用資料密度；d是分度圓直徑；L是長度（齒寬）；P是導(dǎo)程；是工作臺(tái)質(zhì)量。其中工作臺(tái)小刀架質(zhì)量為m1,取m1=80kg取電動(dòng)機(jī)軸自己轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:Jm3kgm2則步進(jìn)電機(jī)軸的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JJmJd343kgm2設(shè)步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)間50s，最大進(jìn)給速度：vmax導(dǎo)軌摩擦系數(shù)空載啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸的慣性轉(zhuǎn)矩：P=0.0036t=50電動(dòng)機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩：=1.54n.mi=5μ其中伺服進(jìn)給鏈的總效率設(shè)滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，則因預(yù)緊力而引起，而折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩為：=0.32n.mFo=2145N9其中0工作臺(tái)的最大軸向負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：則電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：則電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)電動(dòng)機(jī)軸總負(fù)載轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Ts空載啟動(dòng)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩：÷按正常工作計(jì)算：在最大外載荷下工作時(shí)所需要電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩：÷由下表可查電機(jī)相數(shù)3456運(yùn)行拍數(shù)3648510612CTS取二者最大的，故TS1TS步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩滿足要求。10頻率校核參照電機(jī)的矩—頻特點(diǎn)曲線進(jìn)行采用.原則：采用步進(jìn)電機(jī)應(yīng)使實(shí)質(zhì)應(yīng)用的啟動(dòng)頻率、運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的啟動(dòng)，運(yùn)行工作點(diǎn)位于該曲線之下，才能保證步進(jìn)電機(jī)不失頻的正常工作。經(jīng)校核滿足要求。所以采用55BYG005型步進(jìn)電機(jī)。6.總結(jié)經(jīng)過本次課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中遇到好多問題，但經(jīng)過思慮與談?wù)?，一遍又一遍地檢查找到了原因所在，我們欠缺知識與經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐出真知，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，千錘百煉，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。我們掌握了典型機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能力和對機(jī)電伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力,,培養(yǎng)解析問題和解決問題的能力,為今后的