《XY工作台直径32毫米说明书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XY工作台直径32毫米说明书.doc（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录第一章 系统的总体方案设计 2第二章 机械系统设计 32.1 脉冲当量和传动比的确定 32.2 传动系统等效转矩惯量计算 32.3 工作载荷分析及计算 42.4 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 52.5 导轨的选型和计算 82.6 驱动电机的选择 9第三章 控制系统设计 123.1 控制系统硬件的基本组成 123.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 153.3 直线圆弧插补程序设计 16参考文献 23原始数据设计一个数控XY工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。设计参数如下：最大铣刀直径最大铣削宽度最大铣削深度加工材料工作台加工范围（mm）最大移动速度32 mm15 mm
2、6 mm碳钢X=450，Y=4003 m/min第一章 系统的总体方案设计图1-1 系统总体方案由设计任务书可知，本次设计可以采取一下方案：1.1 机械系统1.1.1 传动系统采用滚珠丝杠和联轴器传动1.1.2 导向系统采用滚珠直线导轨1.1.3 执行电机采用步进电动机1.2 传感系统本次设计的系统精度不高，载荷不大，因此采用开环控制。1.3 控制系统采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有着正比关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精确度要求不是很高时，采用步进电机是合理的。当然，步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点
3、。图1-2开环控制流程图第二章 机械系统设计2.1 脉冲当量和传动比的确定根据机床或工作台进给系统所需要的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。本次设计给定脉冲当量 为0.01mm。根据脉冲当量和系统总体方案，还有混合式步进电动机的优点，暂选57BYG4504型的步进电动机。其具体参数如下：型号步距角相数驱动电压(V)相电流(A)保持转矩(N.M)空载启动频率(步/秒)空载运行频率(千步/秒)转动惯量相电感(mH)重量(Kg)57BYG45040.9/1.82/4361.51.41200 200.461.671.1步距角 =0.9，相数选择4相。滚
4、珠丝杠初选导程 的滚珠丝杠，型号为1604-2。根据传动比计算公式：传动比为1时，直接用联轴器将电机和丝杠直接连接，有利于简化结构，提高精度。2.2 传动系统等效转矩惯量计算传动系统的转动惯量是一种惯性负载，选用电机时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都是与电机轴同轴线，还存在各转动部件转动惯量向电机轴的折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。各部件的等效转动惯量如下：2.2.1 电机等效转动惯量2.2.2 联轴器等效转动惯量其中联轴器直径 ，长度2.2.3 滚珠丝杠等效转动惯量其中丝杠直径，初步估计丝杠长度。2.2.4 工作台等效转动惯量
5、工作台估计体积 ，则其质量 由于除工作台以外还有其他，例如导轨，电机等因数，故取2.2.5 传动系统总的转动惯量 2.3 工作载荷分析及计算2.3.1 铣削力的分析与计算铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给）。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。圆柱铣刀和端铣刀的且学部分都可看做车道到头的演变，铣刀的每一刀齿相当于一把车刀。通常假定铣削时铣刀受到的铣削力是作用在刀尖的某点上。设刀齿上受到切削力的合理为F，将F沿铣刀轴线、径向和切向经行分解，则分别为轴向铣削力 ，径向铣削力 和切向铣削力 。其中切向
6、铣削力 是沿铣刀主运动方向的分离，它消耗铣床电机功率（即铣削功率）最多。根据机械制造技术基础课程设计指导教程选铣刀。由表316，根据最大铣刀直径d20mm，最大铣削宽度，最大铣削深度选择莫氏锥柄立铣刀，立铣刀各参数如下：直径范围推荐直径齿数标准系列标准系列粗齿中齿细齿1923.6202238123346140由表511 高速钢立铣刀铣平面的铣削进给量中选取 ，选定铣刀转速，切削力公式中铣削力系数，因此铣削力为：2.3.2 进给工作台工作载荷计算作用在工作台上的合力与铣刀刀齿上受到的铣削力的合力F大小相同，方向相反，合力就是设计和校核工作台进给系统时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向
7、分解为三个力：工作台纵向进给力方向载荷，工作台横向进给方向载荷和工作台垂直进给方向载荷。工作台工作载荷、和与铣刀的切向铣削力之间有一定的经验比值。因此，求出后，即可计算出工作台的计算载荷、和。2.4 滚珠丝杠螺母副的选型和校核2.4.1 滚珠丝杠螺母副类型选择选用内循环，垫片式预紧方式的滚珠丝杠螺母副。预选G.GD系列的1604-2丝杠，表面硬度5864HRC。其参数具体如下：规格代号公称直径公称导程滚珠直径螺旋升角循环列数额定动载荷额定静载荷接触刚度1604-21642.523.46.52952.4.2 滚珠丝杠螺母副的校核2.4.2.1 最大工作载荷滚珠丝杠上的工作载荷 是指滚珠丝杠副在驱
8、动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。综合导轨的工作载荷，式中：，分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷（N）；G为移动部件的重力（N）；K和分别为考虑颠覆力矩影响的实验系数和导轨上的摩擦系数，随导轨形式的不同。对于综合导轨，如果是滚动导轨时，现取因此有，2.4.2.2 最大动负载C的计算及主要尺寸初选滚动丝杠最大动载荷C可用下式计算：，式中：L为工作寿命，单位为，；n为丝杠转速，；v为最大切削力条件下的进给速度，为所预选的滚珠丝杠的导程，待刚度验算后再确定；t为额定使用寿命（h），可取t=150
9、00h；为运转状态系数，无冲击取11.2，一般情况取1.21.5，有冲击振动取1.52.5；为滚珠丝杠工作载荷（N）。初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的个定动载荷不得小于最大动载荷C；。其中：，那么，其中，因为，所以所选滚珠丝杠螺母副符合最大动载荷要求。2.4.2.2 传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为2.4.2.3 刚度验算滚珠丝杠计算满载时拉压形量其中L取400mm，滚珠与螺纹滚道间的接触变形其中：，滚珠丝杠副刚度验算：丝杠的总变形量应小于允许的变形量。一般不应大于机床进给系统规定的定位精度值的一半。或者，由丝杠精度等级查出规定长度上允许的螺距误差，则相应长度上的变形量应该比它晓。否则，
10、应考虑选用较大公称直径的滚珠丝杠。机床的定位精度为0.04mm，。因此所选的滚珠丝杠副刚度符合要求。2.4.2.4 压杆稳定性验算 滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定而产生纵向屈曲，即失去稳定。失稳时的载荷载荷为其中，（丝杠承载方式系数，选用一端固定，一端简支方式），I为截面惯量距，临界载荷与丝杠工作载荷之比称为稳定性安全系数，如果大于需用稳定安全系数，则该滚珠丝杠就不会失稳。因此，滚珠丝杠的压杆稳定条件为：因此，所选滚珠丝杠符合稳定性要求。2.5 导轨的选型和计算初选GDA20滚动导轨，额定动载荷。滚动导轨副的距离寿命的计算：当导轨面的硬度为5864HRC
11、时，；当工作温度不超过100C时，；为接触系数，每根导轨条上装两个滑块时；为载荷/速度系数，无冲击振动，取1.3；F为每个滑块上的工作载荷，因此选用的导轨满足要求。2.6 驱动电机的选择2.6.1 步距角的选择查表初选步距角2.6.2 步进电机输出转矩的选择2.6.2.1 空载启动力矩（1） 加速度力矩运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间 (2) 空载摩擦力矩式中，G为移动部件的总重量（N）；为导轨摩擦系数；为齿轮传动降速比；为传动系数总效率；为滚珠丝杠的基本导程（cm）。（3） 附加摩擦力距式中，为滚珠丝杠预加载荷，即预紧力，一般取的的；为进给牵引力（N）；为滚珠丝杠未预紧时的传动
12、效率。（4） 空载启动转矩计算按照计算出的空载启动转矩，查表2-17得出最大静转矩2.6.2.2 带负载启动时的总负载转矩（1） 加速度力矩运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间 （2） 空载摩擦力矩 （3） 附加摩擦力距 （4） 作用在工作台的合理折算到电机上的转矩（5） 带负载启动时的总负载转矩运动部件正常运行时所需的最大静转矩2.6.2.3 按照和中的较大者选取步进电机的最大静转矩，并要求，因此选用57BYG4504步进电机可以符合要求。2.6.3 启动距频特性校核(1) 快进运行距频特性校核最高运行频率快进力矩查57BYG4504的运行距频特性，所对应的运行距频大于5000Hz
13、(2) 工进运行距频特性校核工进时步进电机的运行频率摩擦力矩工作负载力矩折算到电机上的力矩工进时电机运行力矩查57BYG4504的运行频率，当时，；所以2.6.4 验算惯量匹配电动机轴上的总当量负载转矩惯量与电机轴自身转动惯量的比值应该控制在一定的范围内，既不应太大，也不应太少，即伺服系统的动态特性主要取决于负载特性，由于工作条件的变化而引起的负载质量、刚度、阻尼等的变化，将导致系统动态特性也随之产生较大变化，使伺服系统综合性能变差，或给控制系统设计造成困难。如果该比值太小，说明电动机选择或传动比设计不太合理，经济性较差。为使该系统惯量达到较合理的匹配，一般应将比值控制在之间。由此可见，符合惯量匹配要求。经过以上讨论，选用57BYG4504混合式步进电动机可以满足要求。由于Y方向与X方向的要求相差不多，可以选用同样的丝杠，导轨，电机经过以上计算，选用的零件以下列表：滚珠丝杠滚动导轨混合式步
