38-二坐標數(shù)控工作臺設(shè)計【CAD圖紙+word說明書】
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目錄一、機電專業(yè)課程設(shè)計目的2二、總體方案設(shè)計2三、機械系統(tǒng)設(shè)計 31、計工作臺外形尺寸及重量估算32、電動機滾動導(dǎo)軌的參數(shù)確定33、滾珠絲杠的設(shè)計計算 4 4、步進電機的選用5 5、確定聯(lián)軸器的型號10四、繪制裝配圖 11五、參考文獻 11 一、機電專業(yè)課程設(shè)計目的本課程設(shè)計是學(xué)生在完成專業(yè)課程學(xué)習后,所進行的機電一體化設(shè)備設(shè)計的綜合性訓(xùn)練。通過該環(huán)節(jié)達到下列目的:(1)鞏固和加深專業(yè)課所學(xué)的理論知識;(2)培養(yǎng)理論聯(lián)系實際,解決工程技術(shù)問題的動手能力;(3)進行機電一體化設(shè)備設(shè)計的基本功訓(xùn)練,包括以下10方面基本功:1)查閱文獻資料;2)分析與選擇設(shè)計方案;3)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計;4)電氣控制原理設(shè)計;5)機電綜合分析;6)繪工程圖;7)運動計算和精度計算;9)撰寫設(shè)計說明書;10)貫徹設(shè)計標準。 二、總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)(1)題目:二坐標數(shù)控工作臺設(shè)計。(2)設(shè)計內(nèi)容及要求: 1)工作臺總裝圖一張(0號圖紙) 2)控制電氣圖一張(1號圖紙) 3)設(shè)計說明書一份(10-20頁) 4)具體設(shè)計參數(shù)如下: 臺面尺寸: 行程X:160;Y:120 定位精度: 典型工藝參數(shù):臺面速度 X: ,Y:; 進給抗力 X: 65; Y:85; 工作物重:13。 2.2 總體方案確定(1)系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)由于工件在移動的過程中受到負載力較小,為了簡化結(jié)構(gòu),降低成本,采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動X-Y工作臺。(2)計算機系統(tǒng)本設(shè)計采用了與MCS-51系列的8031單片機控制系統(tǒng)。它的主要特點是集成度高,可靠性好,功能強,速度快,有較高的性價比,且易擴展。MCS-51的程序存儲器空間為64K字節(jié)。對于片內(nèi)無ROM的單片機8031,需進行程序存儲器的擴展。本控制系統(tǒng)由由8031型單片機、數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、存儲器EPROM2764、RAM6264、地址譯碼器74LS138、并行I/O接口8255等集成電路構(gòu)成(3)X-Y工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性,又要求結(jié)構(gòu)緊湊,所以選用絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙,采用預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運動載荷不大,因此采用直線滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個相對運動面的動、靜摩擦系數(shù)之差,從而提高運動平穩(wěn)性,減小振動。考慮電機步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標準選取,為達到分辨率和結(jié)構(gòu)簡單的要求,盡可能使傳動比為1。 三、機械系統(tǒng)設(shè)計3.1、工作臺外形尺寸及重量估算 由臺面尺寸為,查課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-23,估計取工作臺厚度30mm,則重量:按重量=體積材料比重估算 X向拖板(上拖板):估計上絲桿長度,由,余程查表5-4取20mm,則絲桿長度約為365。電動機約2kg,取托板尺寸450180,所以托板和導(dǎo)軌合估計為 工作物重為則X-Y工作臺運動部分的總重量:約422N。3.2、滾動導(dǎo)軌的參數(shù)確定、導(dǎo)軌型式:直線滾動導(dǎo)軌、導(dǎo)軌長度上導(dǎo)軌(X向)取動導(dǎo)軌長度 動導(dǎo)軌行程 余程約為 支承導(dǎo)軌長度 計算四滑塊的載荷,工作臺重量82N,假設(shè)重物處于臺中央,然后擴大載荷2倍。 計算需要的動載荷 , 查長方資料得: ,。 代入數(shù)據(jù)得,由長方資料取取滾動導(dǎo)軌型號為:LY15AL,額定動載荷為606N,滿足要求。下導(dǎo)軌(Y向) 計算四滑塊的載荷,總重量424N,假設(shè)重物處于臺中央,然后擴大載荷2倍。 計算需要的動載荷 ,查長方資料得:,。代入數(shù)據(jù)得,由長方資料取滾動導(dǎo)軌型號為:LY15AL,額定動載荷為606N,滿足要求。3.3、滾珠絲杠的設(shè)計計算上絲杠(X向)由表5-3,初選滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為5mm。根據(jù)式(3-1) 其中,為絲杠有效行程,為絲杠螺紋全長,余程,根據(jù)表5-4,取余程20mm,則=365mm。根據(jù)表5-5,在有效行程345mm定位精度為13um下,絲杠的精度等級為級。滾珠絲杠副的計算軸向動載荷為 其中 , 取滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為(淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)) 查表:,代入數(shù)據(jù),得,查閱工廠資料,查指導(dǎo)書表3-13,取第二欄的絲杠副,其額定動載荷為8451N,足夠用。下絲杠(Y向)由表5-3,初選滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為5mm。根據(jù)式(3-1) 其中,為絲杠有效行程,為絲杠螺紋全長,余程,根據(jù)表5-4,取余程20mm。則=330mm。根據(jù)表5-5,在有效行程300mm定位精度為13um下,絲杠的精度等級為級。滾珠絲杠副的計算軸向動載荷為 其中 ,取滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.03. 查表:,代入數(shù)據(jù),得,查指導(dǎo)書表3-13,取第二欄的絲杠副,其額定動載荷為8451N,足夠用。3.4、 步進電機的選用X方向步進電機的選擇、脈沖當量選擇 初選五相電機,按五相十拍工作時,步距角,由于要求平臺定位精度: ,取定位精度的()。初定脈沖當量,中間齒輪傳動比為 , (2)、等效轉(zhuǎn)動慣量計算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量(不計傳動效率) X平臺和工作物重總重折算到軸上的轉(zhuǎn)動慣量 因此,折算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 。(3) 、等效負載轉(zhuǎn)矩計算(以下均為折算到電機軸的轉(zhuǎn)矩)由式(4-7)-(4-9)可知: 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,取0.90 上式中 為絲杠預(yù)緊時的傳動效率,取0.8, 為預(yù)緊力, 取 取啟動加速時間 查表,初選電動機型號75BF006,矩頻特性如下圖所示 最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量 , =1500Hz.故 從上可知,一般情況做為初選電動機的依據(jù), 滿足所需的轉(zhuǎn)矩要求。(4) 步進電機動態(tài)特性校驗 小于4說明慣量可以匹配。 電機帶慣量最大啟動頻率 大于,所以與對應(yīng)的最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求。綜上所述,可選該型號的步進電機,具有一定的裕量。Y方向步進電機選擇、脈沖當量選擇 初選五相電機,按五相十拍工作時,步距角,由于要求平臺定位精度: ,取定位精度的()。初定脈沖當量,中間齒輪傳動比為 , (2)、等效轉(zhuǎn)動慣量計算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量(不計傳動效率) Y以上平臺和工作物重總重折算到軸上的轉(zhuǎn)動慣量 因此,折算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 。(4) 、等效負載轉(zhuǎn)矩計算(以下均為折算到電機軸的轉(zhuǎn)矩)由式(4-7)-(4-9)可知: 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,取0.90 上式中 為絲杠預(yù)緊時的傳動效率,取0.8, 為預(yù)緊力, 取 取啟動加速時間 查表,初選電動機型號75BF006,矩頻特性如下圖所示 最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量 , =1500Hz.故 從上可知,一般情況做為初選電動機的依據(jù), 滿足所需的轉(zhuǎn)矩要求。(5) 步進電機動態(tài)特性校驗 小于4說明慣量可以匹配。 電機帶慣量最大啟動頻率 大于,所以與對應(yīng)的最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求。綜上所述,可選該型號的步進電機,具有一定的裕量。3.5、確定聯(lián)軸器的型號X方向聯(lián)軸器的選擇由于數(shù)控平臺有沖擊,且電動機工作時經(jīng)常變速,故選用撓性聯(lián)軸器。查閱參考書表8-2選用GY3型聯(lián)軸器。 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩: 由估算功率摩擦力作用很小,可忽略: 小于聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩,且工作速度遠小于允許最高轉(zhuǎn)速9500.故滿足要求。Y方向聯(lián)軸器的選擇由于數(shù)控平臺有沖擊,且電動機工作時經(jīng)常變速,故選用撓性聯(lián)軸器。查閱參考書表8-2選用GY3型聯(lián)軸器。 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩: 由估算功率摩擦力作用很小,可忽略: 小于聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩,且工作速度遠小于允許最高轉(zhuǎn)速9500.故滿足要求。 四、繪制裝配圖1.標注裝配圖尺寸、配合與精度等級。包括特性尺寸、最大體形尺寸、安裝尺寸和主要零件的配合尺寸。2.寫出工作臺的技術(shù)特征。3.編寫技術(shù)要求。4.對所有零件進行編號。5.列出零件明細表及標題欄。6檢查裝配圖。五、參考文獻:1 濮良貴主編 . 機械設(shè)計 . 第七版 . 北京: 高等教育出版社 , 20012 吳宗澤主編 . 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 .第二版 .北京 .高等教育出版社 . 19993 樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編 . 機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書 11
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