数控X-Y工作台设计
- 格式:doc
- 大小:624.00 KB
- 文档页数:15
目录1。
课程设计目的 (1)2。
课程设计任务 (1)2.1设计题目: (1)2。
2技术数据 (1)2。
3技术要求 (1)3。
总体结构设计 (1)3.1滚珠丝杠设计 (2)3.2滚珠丝杠副的选取 (3)3。
3稳定性运算 (4)3。
4压杆稳定性计算 (5)4.滚动导轨 (6)4。
1计算行程长度寿命 Ts (6)4。
2计算动载荷 (6)5。
步进电机的选择 (8)5.1步距角的确定 (9)5.2步进电机转矩校核 (10)5.3频率校核 (12)6.总结 (12)7。
参考文献 (13)1。
课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上,进行机电系统设计的初等训练,掌握手册、标准、规范等资料的使用方法,培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.2.课程设计任务2。
1设计题目:X—Y双坐标联动数控工作台设计2。
2技术数据工作台长×宽(mm):450×310工作台重量(N):3300行程(mm):ΔX=60-100;ΔY=50-100脉冲当量:0。
05-0。
08mm/p2。
3技术要求(1)工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构(2)滚珠丝杠支撑方式:双锥-简支型(3)驱动电机为反应式步进电机(4)步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙3.总体结构设计数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X向导轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动。
X、Y导轨方向互相垂直。
3。
1滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。
数控钻床X—Y数控工作台设计引言:数控钻床是一种应用数控技术进行钻孔加工的机床。
X—Y数控工作台是数控钻床中的一个重要部件,它能够提供X轴和Y轴方向的运动,实现工件的精确定位和加工。
本文将对数控钻床X—Y数控工作台的设计进行讨论和探索。
一、需求分析:在进行数控钻床X—Y数控工作台的设计之前,我们首先需要对其需求进行全面的分析。
数控钻床X—Y数控工作台主要用于钻孔加工,因此需要具备以下功能和性能:1.能够实现X轴和Y轴方向的精确运动,并能够快速定位;2.具备高精度定位和加工能力,满足不同工件的加工需求;3.高刚度和稳定性,能够承受较大的切削力;4.操作简单、易于维护。
二、设计方案:基于需求分析,我们可以提出以下设计方案:1.结构设计:选用高刚度的结构设计,采用铸铁或钢材作为材料,增加机床的稳定性和刚度。
2.运动系统设计:采用直线导轨和滚珠丝杠作为定位和传动机构,实现X轴和Y轴的准确运动控制。
3.控制系统设计:采用数控系统进行控制,通过编程控制钻孔的位置、进给速度等参数。
4.电气系统设计:选用高品质驱动器和电机,确保工作台的平稳运行。
5.人机界面设计:设计直观、易操作的人机界面,方便操作员进行钻孔程序的编写和工作台的操作控制。
6.安全设计:设置安全装置,如急停按钮、防护罩等,确保操作人员的人身安全。
三、具体实施:1.结构设计:针对工作台的刚性需求,选用铸铁作为主要结构材料,通过有限元分析等方法进行结构优化设计,确保机床的稳定性和刚度。
2.运动系统设计:选用高精度直线导轨和精密滚珠丝杠,通过传感器和编码器实时反馈位置信息,实现更精确的定位和运动控制。
3.控制系统设计:选用先进的数控系统,通过编程控制钻孔位置、进给速度等参数,实现自动化运行和高效率加工。
4.电气系统设计:选用高品质电机和驱动器,结合合适的减速装置,确保工作台的平稳运行和高速加工。
5.人机界面设计:设计直观、易操作的人机界面,可以通过触摸屏或键盘等方式进行操作,方便操作员进行加工参数的设置和调整。
x-y数控工作台系统设计数控工作台(NC台)是一种能够实现自动化控制的机床,通过控制系统控制运动轴,实现加工工件的自动化生产。
NC台具有高精度、高效率和高质量等优点,被广泛应用于机械制造、汽车制造、电子制造等行业。
本文基于x-y数控工作台进行系统设计,主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
一、硬件设计1.结构设计x-y数控工作台采用平面结构,由两个直线导轨和两个横梁组成,导轨上分别装有X 轴和Y轴的导轨拖板,拖板通过步进电机驱动实现轴向移动。
横梁采用U型结构,可架设工作板以加工工件。
2.传动设计X轴和Y轴采用步进电机、齿轮与齿条传动方式,步进电机驱动主轴转动,通过齿轮与齿条传动方式使导轨拖板相对运动,实现工件加工。
3.控制系统设计x-y数控工作台采用单片机进行控制,主要包括运动控制模块、数据采集模块和人机交互模块。
(1)运动控制模块:负责控制步进电机的旋转速度和方向,实现轴向移动。
(2)数据采集模块:负责采集加工工件的尺寸和加工参数,并通过计算机进行分析和处理。
(3)人机交互模块:负责完成数控工作台的操作和参数设置,以及显示加工工件的加工过程和结果。
x-y数控工作台采用C语言进行程序设计,程序主要分为三个部分:初始化程序、主程序和中断程序。
1.初始化程序初始化程序主要用于设置数控工作台的各种参数,包括步进电机的旋转速度和方向、齿轮和齿条的尺寸、数据采集模块的采样频率和采样方式等。
2.主程序(3)根据加工工件的尺寸和加工参数计算出工作台的运行参数,并将计算结果传输给运动控制模块。
(4)定时更新数控工作台的运行参数,保证加工的稳定性和精度。
3.中断程序中断程序是数控工作台的辅助程序,主要用于接收外部的信号和响应用户的操作。
具体流程如下:(1)接收外部的信号,并根据信号类型跳转到相应的程序段。
(2)响应用户的操作,如调整加工参数、停止加工、保存加工结果等。
三、总结本文基于x-y数控工作台进行系统设计,主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
可编辑修改精选全文完整版机电一体化课程设计说明书题目:X-Y数控工作台机电系统设计班级:11级机械2班姓名:xxq学号指导老师:日期:2014年6月30日X-Y 数控工作台机电系统设计任务书题目:X-Y 数控工作台机电系统设计设计任务:设计一种供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台 设计要求:1、每6人一组数据,要求独立完成。
2、图纸要求:机械系统设计图纸2张(A 2),控制原理图一张(A 1)3、设计计算说明书1份(手写或电子版) 第八组主要参数:1. 立铣刀最大直径的d=12mm ;2. 立铣刀齿数Z=2;3. 最大铣削宽度e a =10mm;4. 最大背吃刀量p a =8mm;5. 加工材料为碳钢。
6. X 、Y 方向的脉冲当量x σ=0.01 mm/脉冲,y σ=0.005mm/脉冲;7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm;8. 工作台导轨长度为900mm ;9.工作台空载进给最快移动速度:v x =3000 mm/min ,v y =6000mm/min ; 10.工作台进给最快移动速度: min /800min,/400max max mm v mm v fy fx ==; 11.移动部件总重量为960N ; 12.丝杠有效行程为950mm ;目录1.引言: (5)2.设计任务 (5)3.总体方案的确定 (4)3.1 机械传动部件的选择 (4)3.1.1导轨副的选用3.1.2丝杠螺母副的选用3.1.3减速装置的选用3.1.4伺服电动机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计 (4)3.3 绘制总体方案图 (7)4.机械传动部件的计算与选型 (7)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (7)4.2 铣削力的计算 (7)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型(纵向) (8)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷m ax4.3.2 距离额定寿命L的计算4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)4.4.1 最大工作载荷Fm的计算4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算4.4.3 初选型号4.4.4 传动效率η的计算4.4.5 刚度的验算4.4.6 压杆稳定性校核4.5 步进电动机减速箱的选用 (10)4.6 步进电动机的计算与选型 (8)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用 (12)6. 绘制进给传动系统示意图 (12)7.工作台控制系统的设计 (12)8.步进电动机的驱动电源选用 (14)9.致谢 (15)参考文献 (15)1.引言:现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。
适用标准文案1、整体方案设计设计任务课程设计任务:设计两轴联动的数控 X-Y 运动平台,达成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程,依据实验条件进行调试,达成整个开发系统。
主要参数见下表:系列型号行程台面尺寸底座外形尺寸最大负载XY最大重复定定位X Y C B H C1B1H1长度重量挪动速位精度L N度HXY-4025400250240254156505001847785001M/分±整体方案确立方案确立思想方案一:机械部分传动:滚珠丝杠螺母副支撑:双推 - 双推式滑动导轨控制部分控制器件:单片机控制方式:开环控制伺服电机:步进电动机长处:采纳滚珠丝杠螺母副,可实现旋转运动与直线运动互相变换,在拥有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中间传动元件,以减少摩擦。
长处是摩擦系数小,传动效率高,敏捷度高,传动安稳,不易产生滑行,传动精度和定位精度高;磨损小,使用寿命长,精度保持性好。
双推式支撑实现高精度传动,采纳单片机控制步进电动机,响应迅速而正确。
弊端:滚珠丝杠螺母副的不足在于制造工艺复杂,成本高,不可以自锁,故需附带制动装置。
开环控制精度比较低。
方案二:机械部分传动:同步带传动支撑:滑动导轨控制部分控制器件:单片机控制方式:开环控制伺服电机:直流无刷电机长处:适用标准文案同步带传动无相对滑动,传动比正确,传动精度高,齿形带的强度高,厚度小、重量轻,故可用于高速传动;传动比恒定,同步带无需特别涨紧,因此作用于轴和轴承等上的载荷小,传动效率高。
单片机控制直流无刷电机,空载电流小,效率高。
弊端:同步带工作时候有温度要求,安装精度要求较高,中心间距要求较高,有时需要张紧,安装麻烦。
无刷直流电机启动时有震动,控制器要求高,价钱高。
采纳开环精度较低。
方案三:机械部分传动:齿轮齿条支撑:直线导轨控制部分控制器件:单片机控制方式:闭环控制伺服电机:直流无刷电机长处:齿轮齿条传动功率大,精度高,稳固性好,响应速度快。
数控车床XY轴工作台和控制系统设计数控车床是一种通过编程控制刀具在工件表面上进行切削操作的机床。
其中,XY轴工作台和控制系统是数控车床的核心组成部分。
在设计这些部分时,需要考虑机床的精度、稳定性、速度和可编程性等方面。
首先,设计XY轴工作台时需要考虑其机械结构和精度。
机床的工作台需要具备足够的刚性和稳定性,以确保在切削过程中不产生振动和变形。
同时,工作台的导轨和丝杆等传动装置需要具备高精度和低摩擦系数,以保证工件加工的精度和表面质量。
其次,控制系统的设计是数控车床的关键。
控制系统包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面,需要选择适合的数控装置、电机和传感器等,以便实现高精度的位置控制。
在软件方面,需要开发编程界面和运动控制算法,以便实现工件加工的自动化和高效率。
在设计控制系统时,需要考虑以下几个关键问题。
首先是编程界面的设计,即操作人员与机床之间的交互方式。
常见的编程界面有G代码和M代码等,操作人员可以通过这些代码来描述加工过程的具体要求。
其次是运动控制算法的设计,即根据编程要求计算出各个轴的运动轨迹和速度。
在运动控制过程中,需要考虑工件表面的曲率和加工精度的要求,以便实现高品质的加工效果。
最后是运动控制的实时性要求,即在短时间内对运动轨迹和速度进行精确控制。
这对硬件设备和软件算法的性能提出了较高的要求。
总结起来,数控车床的XY轴工作台和控制系统的设计是一项复杂而关键的任务。
在设计过程中,需要考虑机床的精度、稳定性、速度和可编程性等方面。
同时,需要选择适合的数控装置、电机和传感器等硬件设备,并开发编程界面和运动控制算法等软件。
通过合理的设计和选择,可以实现数控车床的高效加工和高品质加工。
一、总体方案设计1.1 设计任务题目:X —Y 数控工作台的机电系统设计任务:设计一种供立式数控铣床使用的X —Y 数控工作台,主要参数如下:1)工作台面尺寸C ×B ×H =【200+(班级序号)×5】mm ×【200+(班级序号)×5】mm ×【15+(班级序号)】mm ;2)底座外形尺寸C1×B1×H1=【680+(班级序号)×5】mm ×【680+(班级序号)×5】mm ×【230+(班级序号)×5】mm ;3)工作台加工范围X=【300+(班级序号)×5】mm ,Y=【300+(班级序号)×5】mm ; 4) X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲;X 、Y 方向的定位精度均为±0.01mm ; 5)夹具与工件质量M=【15+(班级序号)】kg ;6)工作台空载最快移动速度为3m/min ;工作台进给最快移动速度为0.5m/min 。
7)立铣刀的最大直径d=20mm ; 8)立铣刀齿数Z=3;9)最大铣削宽度20e a mm =; 10)最大被吃刀量10p a mm =。
1.2 总体方案确定 (1)机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 ② 丝杠螺母副的选择 ③ 减速装置的选择 ④ 伺服电动机的选择 (2)控制系统的设计① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 ② PLC 控制电机的梯形图编程XY 数控工作台结构1.3 设计的基本要求(1)按照机械系统设计的步骤进行相关计算,完成手写设计说明书。
(2)计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据,通过AutoCAD 软件绘制XY 数控工作台的总装配图,并绘制AO 图纸。
(3)按照电气控制系统的步骤进行设计,完成电机启动、停止、正反转、电动等基本工作状态控制的硬件连线图,并通过PLC 协调控制XY 电机运动,绘制相关梯形图。
课程设计任务书题目:数控工作台设计时间:2012年11月19日-2012年12月29日,共六周要求:该工作台可安装在钻、铣床上用于钻孔或铣削加工。
设计参数如下:X方向的脉冲当量为:0.01㎜/step;最大钻孔直径15㎜,铣刀直径的d=32mm;齿数为4;加工材料为碳钢;工作台行程范围是:400㎜X320㎜,;最大快速移动速度为:3m/min,具体任务:1、确定总体方案,绘制系统组成图一张(A3)2、机械部分设计计算,选择适当的元器件;3、画出X-Y工作台外形图和X向机械部分装配图一张(A0)4、设计控制系统硬件电路,画出控制系统硬件电路图一张(A1)5、编写设计说明书1分,(不少于8000)班级:学生:指导老师:2012年11月目录1前言 (4)2、课程设计的目的、意义及要求 (5)3课程设计的内容.....................................................................、7 4数控系统总体方案的确定 (8)5机械部分的设计 (9)6滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (10)7导轨的选型和计算 (12)8 驱动电机的选用 (13)9 数控系统的设计 (16)10 心得体会 (24)11 参考书籍 (26)设计目的数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。
它广泛用于机械制造和自动化领域,较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。
随着科技的迅猛发展,自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。
同时,社会经济的飞速发展,对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。
数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分,我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的、系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力,以及培养了科学的研究和创造能力。
XY数控机床工作台设计随着现代制造业的发展,XY数控机床在数控加工领域扮演着重要的角色。
其工作台的设计直接影响到机床的性能和加工质量。
下面我将从结构设计、功能设计和安全设计三个方面探讨XY数控机床工作台的设计。
首先是结构设计。
XY数控机床工作台的结构应该具有足够的稳定性和刚性,以确保在高速加工时不会出现震动和变形,影响加工精度。
一般来说,工作台的主体部分由铸铁或焊接钢板制成,表面经过精密加工处理,以提高平整度和耐磨性。
工作台的导轨系统应该采用高精度直线导轨,保证工作台在XY轴上的移动精度和重复定位精度。
此外,工作台的传动系统应该选用高刚性的传动元件,如滚珠丝杠或齿轮传动,以确保工作台的稳定性和精度。
其次是功能设计。
XY数控机床工作台的功能设计应根据不同加工需求进行定制。
例如,对于需要进行大幅度旋转和倾斜加工的工件,可以设计带有旋转和倾斜功能的工作台;对于需要进行高速加工的工件,可以设计带有快速进给和快速换刀功能的工作台。
此外,工作台还应该具备自动化控制功能,可以实现自动换刀、自动测量和自动校正等功能,提高操作效率和加工质量。
最后是安全设计。
XY数控机床工作台在设计时应考虑到操作人员的安全和舒适性。
首先,工作台应设计加装防护罩和安全限位装置,确保操作人员在工作过程中不会受到伤害。
其次,工作台的操作界面应设计简洁直观,便于操作人员进行操作和监控,减少操作失误的可能性。
同时,工作台的工作区域应留有足够的空间,让操作人员有足够的活动空间,减少疲劳和工伤的发生。
综上所述,XY数控机床工作台的设计需要综合考虑结构、功能和安全等方面的因素,以满足不同加工需求和操作要求。
只有设计出稳定、功能齐备并且安全可靠的工作台,才能更好地发挥数控机床的加工效率和精度,提高生产制造的质量和效益。
数控X-Y工作台设计目录1.引言: (3)2.设计任务 (3)3.总体方案的确定 (4)3.1 机械传动部件的选择 (4)3.1.1导轨副的选用3.1.2丝杠螺母副的选用3.1.3减速装置的选用3.1.4伺服电动机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计 (4)3.3 绘制总体方案图 (5)4.机械传动部件的计算与选型 (5)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (5)4.2 铣削力的计算 (5)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型(纵向) (6)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷max4.3.2 距离额定寿命L的计算4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)4.4.1 最大工作载荷Fm的计算4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算4.4.3 初选型号4.4.4 传动效率η的计算4.4.5 刚度的验算4.4.6 压杆稳定性校核4.5 步进电动机减速箱的选用 (8)4.6 步进电动机的计算与选型 (8)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用 (12)6. 绘制进给传动系统示意图 (12)7.工作台控制系统的设计 (12)8.步进电动机的驱动电源选用 (14)9.致谢 (15)参考文献 (15)1.引言:现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
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、滚珠丝杠螺母副,以及伺服电动机等部件构成。
其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠,滚珠丝杠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以标准化,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,可以选取用标准的工作控制计算机,也可以设计专用的微机控制系统。
2.设计任务题目:数控X-Y 工作台设计任务: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. 立铣刀最大直径的d=15mm ;2. 立铣刀齿数Z=3;3. 最大铣削宽度e a =15mm;4. 最大背吃刀量p a =7mm;5. 加工材料为碳素钢活有色金属。
6. X 、Y 方向的脉冲当量x y δδ==0.004mm;7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm;8. 加工范围为200×150㎜;9. 工作台空载进给最快移动速度:max max 3000mm/min x z V V ==; 10.工作台进给最快移动速度:max max 400mm/min x f z f V V ==;3.总体方案的确定3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用腰设计数控车床工作台,需要承受的载荷不大,而且脉冲当量小,定位精度高,因此选用直线滚动导轨副,它具有摩擦系数小,不易爬行,传动效率高,结构紧,安装预紧方便等优点。
3.1.2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0.004mm冲当量和01mm的定位精度,滑动丝杠副为能为力,只有选用滚珠丝杆副才能达到要求,滚.0珠丝杆副的传动精度高、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。
3.1.3减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后,为了圆整脉冲当量,放大电动机的输出转矩,降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量,可能需要减速装置,且应有消间隙机构,选用无间隙齿轮传动减速箱。
3.1.4伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级,空载最快移动速度也只有因此3000mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电动机,因此可以选用混合式步进电动机。
以降低成本,提高性价比。
3.1.5检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后,可选开环控制,也可选闭环控制。
任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高,为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步,决定采用半闭环控制,拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器,用以检测电动机的转角与转速。
增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。
考虑到X、Y两个方向的加工范围相同,承受的工作载荷相差不大,为了减少设计工作量,X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。
3.2 控制系统的设计1)设计的X-Z工作台准备用在数控车床上,其控制系统应该具有单坐标定位,两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能,所以控制系统设计成连续控制型。
2)对于步进电动机的半闭环控制,选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU ,能够满足任务书给定的相关指标。
3)要设计一台完整的控制系统,在选择CPU 之后,还要扩展程序存储器,键盘与显示电路,I/O 接口电路,D/A 转换电路,串行接口电路等。
4)选择合适的驱动电源,与步进电动机配套使用。
3.3 绘制总体方案图总体方案图如图所示。
总体方案图4.机械传动部件的计算与选型4.1 导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。
包括工件、夹具、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N4.2 铣削力的计算设零件的加工方式为立式铣削,采用硬质合金立铣刀,工件的材料为碳钢。
则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为:0.850.750.73 1.00.13c e z p 118a fd a n Z F -= (6-11)今选择铣刀的直径为d=15mm ,齿数Z=3,为了计算最大铣削力,在不对称铣削情况下,取最大铣削宽度为e a 15mm =,背吃刀量p a =7mm ,每齿进给量z f 0.1mm =,铣刀转速n 300r/min =。
则由式(6-11)求的最大铣削力:0.850.750.73 1.00.13c 118150.11573003N 1280N F -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈采用立铣刀进行圆柱铣削时,各铣削力之间的比值可由表查得,考虑逆铣时的情况,可估算三个方向的铣削力分别为:f c F 1.1F 1408N =≈,e c F 0.38F 486N =≈,fn c F 0.25F 320N =≈。
图3-4a 为卧铣情况,现考虑立铣,则工作台受到垂直方向的铣削力z e F F 486N ==,受到水平方向的铣削力分别为f F 和fn F 。
今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向,则纵向铣削力x f F F 1408N ==,径向铣削力为y fn F F 320N ==。
4.3 直线滚动导轨副的计算与选型(纵向)4.3.1 块承受工作载荷max F 的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。
本例中的X-Y 工作台为水平布置,采用双导轨、四滑块的支承形式。
考虑最不利的情况,即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担,则单滑块所受的最大垂直方向载荷为:max GF F 4=+ (6-12)其中,移动部件重量G=800N ,外加载荷z F=F 486N =,代入式(6-12),得最大工作载荷max F =686N=0.686kN 。
查表根据工作载荷max F =0.686kN ,初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG15型,其额定动载荷a C 7.94kN =,额定静载荷0a C 9.5kN =。
任务书规定加工范围为200×150㎜,考虑工作行程应留有一定余量,查表选取导轨的长度为520mm 。
4.3.2 距离额定寿命L 的计算上述所取的KL 系列JSA-LG25系列导轨副的滚道硬度为60HRC ,工作温度不超过100 C ,每根导轨上配有两只滑块,精度为4级,工作速度较低,载荷不大。
分别取硬度系数f H =1.0,温度系数f T =1.00,接触系数f c =0.81,精度系数f R =0.9,载荷系数f w =1.5,代入式(3-33),得距离寿命:L=Km F C f f f f f a w r c t h 562550)(3max≈⨯⨯⨯⨯⨯远大于期望值50Km ,故距离额定寿命满足要求。
4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型4.4.1 最大工作载荷Fm 的计算如前所述,在立铣时,工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)Fx=1408N,受到横向载荷(与丝杠轴线垂直)Fy=320N ,受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)Fz=486N.已知移动部件总重量G=800N ,按矩形导轨进行计算,取颠覆力矩影响系数K=1.1,滚动导轨上的摩擦系数μ=0.005。
求得滚珠丝杠副的最大工作载荷:Fm=KFx+μ(Fz+Fy+G)=[1.1⨯1408+0.005⨯(486+320+800)]N ≈1557N4.4.2 最大动工作载荷FQ 的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min ,初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=80r/min 。
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得丝杠寿命系数L0=72(单位为:106r )。
查表,取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC 时,取硬度系数fH=1.0,代入式(3-23),求得最大动载荷:F Q =N F f f L m H w 777330≈4.4.3 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程,选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G 系列2005-3型滚珠丝杠副,为内循环固定反向器单螺母式,其公称直径为20mm ,导程为5mm ,循环滚珠为3圈*1系列,精度等级取5级,额定动载荷为9309N ,大于F Q ,满足要求。
4.4.4 传动效率η的计算将公称直径d 0=20mm,导程P h =5mm,代入λ=arctan[P h /(∏d 0)],得丝杠螺旋升角λ=4°33′。
将摩擦角ψ=10′,代入η=tan λ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。
4.4.5 刚度的验算(1) X-Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。