小型數(shù)控X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、三維模型和說(shuō)明書(shū)開(kāi)題報(bào)告】,含CAD圖紙、三維模型和說(shuō)明書(shū)開(kāi)題報(bào)告,小型,數(shù)控,工作臺(tái),設(shè)計(jì),cad,圖紙,三維,模型,以及,說(shuō)明書(shū),仿單,開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng) 小型數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 課題類(lèi)型 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 一．本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 1.研究現(xiàn)狀：國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床。1998年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控率達(dá)70%，我國(guó)為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢(shì)已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)數(shù)向以加工中心、專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。世界X-Y數(shù)控工作臺(tái)發(fā)展動(dòng)向納為下述幾點(diǎn)：工序復(fù)合化、精密化的高速化、低價(jià)格化。 總而言之，目前，X-Y數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化以成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國(guó)作為一個(gè)制作大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)中國(guó)作為一個(gè)制作大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)X-Y數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品到高精尖端產(chǎn)品制作的變化。 2.研究目的及意義：數(shù)控機(jī)床是用數(shù)控指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造和自動(dòng)化領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控機(jī)床的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，所以X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。 目前國(guó)內(nèi)中小企業(yè)多采用經(jīng)濟(jì)型X-Y數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，其加工速度慢、編程復(fù)雜、人機(jī)界面不友好，因此生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此研制和開(kāi)發(fā)一套X-Y數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)，用于裝配新沖床或?qū)?jīng)濟(jì)型數(shù)控沖床進(jìn)行改造，能夠有效的改善人機(jī)界面、提高加工速度、方便操作人員編寫(xiě)用戶(hù)加工程序，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率、改善工人的工作環(huán)境有很大的實(shí)際意義，工作臺(tái)是機(jī)床上必不可少的部件，工作臺(tái)的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的許多普通機(jī)床和閑置設(shè)備，經(jīng)過(guò)數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和生產(chǎn)率，而且能有效的適應(yīng)多種品種，小批量的市場(chǎng)需求，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)計(jì)效益。 3.傳動(dòng)形式分析：目前主流的直線傳動(dòng)形式有絲杠螺母及齒輪齒條傳動(dòng)。 齒輪齒條傳動(dòng)—將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，但是，這樣的機(jī)構(gòu)可以反向驅(qū)動(dòng)，也就是齒條做直線運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動(dòng)托板箱移動(dòng)的就是齒輪齒條傳動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)具有承載力大、傳動(dòng)效率較高等特點(diǎn)，傳動(dòng)精度較高，可達(dá)0.1mm，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度可以很高，>2m/s， 絲桿傳動(dòng)—也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)的直線運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)的速度由絲桿的導(dǎo)程、以及絲桿轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，適合做精密的傳動(dòng)，如機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)。普通梯形絲杠可以自鎖，這是最大優(yōu)點(diǎn)，但是傳動(dòng)效率低下，比齒輪齒條形式低許多，所以不適合高速往返傳動(dòng)。缺點(diǎn)是時(shí)間久了傳動(dòng)間隙大，回程精度差，用在垂直傳動(dòng)較合適。 在長(zhǎng)距離重負(fù)載直線運(yùn)動(dòng)上，絲桿有可能強(qiáng)度不夠，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)震動(dòng)、抖動(dòng)等情況，嚴(yán)重的，會(huì)導(dǎo)致絲桿彎曲、變形、甚至斷裂等等；而齒條就不會(huì)有這樣的情況，齒條可以長(zhǎng)距離無(wú)限接長(zhǎng)并且高速運(yùn)轉(zhuǎn)而不影響齒條精度（當(dāng)然這個(gè)跟裝配、床身本身精度都有關(guān)系），絲桿就做不到這一點(diǎn)，但在短距離直線運(yùn)動(dòng)中，絲桿的精度明顯要比齒條高得多。另外就是，齒條齒輪傳動(dòng)對(duì)于絲杠螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講要相對(duì)簡(jiǎn)單一些。 通過(guò)以上分析不難發(fā)現(xiàn)，兩種傳動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)本課題的設(shè)計(jì)要求，決定采用齒輪齒條形式作為本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)類(lèi)型。 課題類(lèi)型： （1）A—工程實(shí)踐型；B—理論研究型；C—科研裝置研制型；D—計(jì)算機(jī)軟件型； E—綜合應(yīng)用型 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題； （1）、（2）均要填，如AY、BX等。 二．本課題的研究?jī)?nèi)容 主要設(shè)計(jì)參數(shù)： X-軸行程350mm、最小移動(dòng)單位5微米、工作速度800mm/min。Y-軸行程300mm、最小移動(dòng)單位5微米、工作速度800mm/min。 傳動(dòng)系統(tǒng)（齒輪齒條）結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì) 1.齒輪齒條材料選擇：齒條材料的種類(lèi)很多，在選擇過(guò)程中應(yīng)考慮的因素也很多，主要以以下幾點(diǎn)作為參考原則： a. 齒輪齒條的材料必須滿(mǎn)足工作條件的要求。 b. 應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。 c. 正火碳鋼，不論毛坯制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工 作下的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。 d. 金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或者更 多。 鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故適用于來(lái)制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應(yīng)采用硬齒面（硬度≥350HBS），故選取合金鋼，以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 2.各系數(shù)的確定： 計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)，即 1）使用系數(shù) 是考慮齒輪嚙合時(shí)外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。該齒輪傳動(dòng)的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機(jī)器為機(jī)床工作臺(tái)，所以使用系數(shù)取1.35。 2）動(dòng)載系數(shù) 齒輪傳動(dòng)不可避免地會(huì)有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)，輪齒在嚙合過(guò)程中，不論是有雙對(duì)齒嚙合過(guò)渡到單對(duì)齒嚙合，或是有單對(duì)吃嚙合過(guò)渡到雙對(duì)齒嚙合的期間，由于嚙合齒對(duì)的剛度變化，也要引起動(dòng)載荷。為了計(jì)及動(dòng)載荷的影響，引入了動(dòng)載系數(shù)，由于速度v很小，取1.0。 3）齒間載荷分配系數(shù) 一對(duì)相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對(duì)（或多對(duì)）齒同時(shí)工作時(shí)，則載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)（或多對(duì)）齒上。對(duì)于直齒輪及修形齒輪，取。 4）齒輪載荷分布系數(shù) 當(dāng)軸承相對(duì)于齒輪做不對(duì)稱(chēng)配置時(shí)，受災(zāi)前，軸無(wú)彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個(gè)節(jié)圓柱恰好相切；受載后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。 計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，為了計(jì)及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常以系數(shù)來(lái)表征齒面上載荷分布不均勻的程度對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4取。 綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)=1.35111.37=1.8 3.齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為α=20°。為使齒輪免于根切，對(duì)于α=20°的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，應(yīng)取z≥17，這里取z=20。由于齒輪做懸臂布置，取=0.6。 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式： —開(kāi)式齒輪磨損系數(shù)，（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3卷）14-134） 轉(zhuǎn)矩 ，則 將1式、2式及各參數(shù)代入計(jì)算公式得： 解得：；取m=1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式： 由于本傳動(dòng)為齒輪齒條傳動(dòng)，傳動(dòng)比近似無(wú)窮大，所以，為彈性影響系數(shù)，單位，其數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)表，取=189.8。 計(jì)算，試求齒輪分度圓直徑： = 通過(guò)模數(shù)計(jì)算得：m=1，z=20 所以分度圓直徑d=120=20mm 所以取兩者偏大值d=20mm 計(jì)算齒寬 =0.620=12mm 齒高 h=2.25m=2.251=2.25mm 最終確定齒輪數(shù)據(jù)： 模數(shù)m=1，齒數(shù)z=20，分度圓直徑d=20mm，齒高h(yuǎn)=2.25mm，齒寬b=12mm 根據(jù)X/Y軸行程分別為350mm/300mm，由齒條齒數(shù)可暫定X/Y軸得齒條齒數(shù)為120/100。 三．本課題研究的實(shí)施方案、進(jìn)度安排 1. 實(shí)施方案 1) 導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度不是很高，因此選用直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和維修方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高。 2) 齒輪齒條副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)齒輪齒條副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿(mǎn)足0.005mm沖當(dāng)量和mm的定位精度，承載力大，傳動(dòng)精度較高，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度可以很高，＞2m/s，短距離傳動(dòng)速度可以很高，噪音低。 3) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用與計(jì)算 本設(shè)計(jì)選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性?xún)r(jià)比。 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸 出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取K=2，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足： 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG350-AF，查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。 4) 檢測(cè)裝置的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。 考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相差不大，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、齒輪齒條副、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。 2. 進(jìn)度安排 第01-04周 畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)任何，查閱相關(guān)資料； 第05-06周 設(shè)計(jì)計(jì)算、開(kāi)題報(bào)告； 第07-12周 機(jī)械設(shè)計(jì)； 第13-14周 外文資料翻譯，文檔修改、定稿與打印，準(zhǔn)備答辯。 開(kāi)題報(bào)告(2) 已查閱的主要參考文獻(xiàn) [1] 鄭學(xué)堅(jiān),周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2003 [2] 李廣弟,朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,2001 [3] 房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,2002 [4] 王小明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,2002 [5] 李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004 [6] 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