鉆孔用X-Y工作臺(tái)及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

37頁(yè) 16000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)書+10張CAD圖紙【詳情如下】

X-Y工作臺(tái)裝配圖.dwg

Y向底座.dwg

任務(wù)書.doc

工作臺(tái)零件.dwg

滾動(dòng)導(dǎo)軌副.dwg

滾珠絲杠副.dwg

電路圖.dwg

系統(tǒng)框圖.dwg

螺母支座.dwg

軸承支座.dwg

軸承端蓋.dwg

鉆孔用X-Y工作臺(tái)及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明書.doc

摘要

X-Y數(shù)控工作臺(tái)是是指能分別沿著X 向和Y向移動(dòng)的工作臺(tái)，是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 X-Y數(shù)控工作臺(tái)；伺服電動(dòng)機(jī)；數(shù)控車床

Abstract

CNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.

Keywords  XY table  servo system  CNC machine tools

目錄

1緒論 1

1.1課題的選擇背景 1

1.2設(shè)計(jì)目的及意義 1

1.3總體方案的設(shè)計(jì) 2

2交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型 3

2.1交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型........3

  2.1.1電機(jī)的選擇依據(jù)...........4

2.1.2電機(jī)的負(fù)載力矩和慣量的計(jì)算...5

3絲杠的選型 7

3.1絲杠的介紹 7

3.1.1絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式 7

3.1.2滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn) 7

3.1.3滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)形式 8

3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 9

3.1.5滾珠絲杠副的密封與潤(rùn)滑 9

3.2絲杠螺母副的選擇 10

3.3絲杠的校核 11

3.4滾珠絲杠支承的選擇 12

3.4.1支承方式的選擇 12

3.4.2軸承的選擇 13

3.5設(shè)計(jì)滾珠絲杠應(yīng)注意的問題 15

4聯(lián)軸器的選型 17

4.1聯(lián)軸器的介紹 17

4.2選擇聯(lián)軸器的類型 17

4.2.1初選聯(lián)軸器的類型 17

4.2.2初選聯(lián)軸器 18

4.3聯(lián)軸器的校核 19

4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 20

4.3.2銷的抗剪強(qiáng)度的校核 20

5導(dǎo)軌的選型及計(jì)算 21

5.1 導(dǎo)軌的組成種類及其應(yīng)滿足的要求 21

5.2導(dǎo)軌材料的選擇及熱處理 21

5.2.1導(dǎo)軌材料的選擇 21

5.2.3導(dǎo)軌的熱處理 22

5.3導(dǎo)軌的選型及長(zhǎng)度估算 22

5.4導(dǎo)軌副的額定壽命計(jì)算 23

5.5滾動(dòng)導(dǎo)軌副的技術(shù)要求 25

5.6導(dǎo)軌防護(hù)罩的設(shè)計(jì) 25

5.6.1導(dǎo)軌防護(hù)罩的介紹 25

6.6.2導(dǎo)軌防護(hù)罩的選擇 25

5.7導(dǎo)軌的注意事項(xiàng) 26

6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件電路設(shè)計(jì) 27

結(jié)論 29

致謝 30

參考文獻(xiàn) 31

1緒論

1.1課題的選擇背景

X – Y數(shù)控工作臺(tái)是指能分別沿著X 向和Y向移動(dòng)的工作臺(tái)。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的平面移動(dòng)系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但基本原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個(gè)有機(jī)整體。在中小形企業(yè)中，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，且大都是一些適應(yīng)市場(chǎng)的單件，小批零件，若由數(shù)控機(jī)床來解決這些零件的加工精度和自動(dòng)化問題，因成本高，而不現(xiàn)實(shí)。為此，數(shù)控工作臺(tái)，作為工裝與通用機(jī)床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復(fù)雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經(jīng)濟(jì)性。X - Y工作臺(tái)的機(jī)電一體化系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)中不設(shè)置傳感與檢測(cè)設(shè)備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在電機(jī)輸出軸端設(shè)置傳感與檢測(cè)設(shè)備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但檢測(cè)與傳感設(shè)備設(shè)置在工作臺(tái)末端。數(shù)控交流伺服X-Y工作臺(tái)系統(tǒng)是由控制計(jì)算機(jī)部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分及檢測(cè)部分組成，采用控制方式。

1.2設(shè)計(jì)目的及意義

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的是：

1）能夠正確運(yùn)用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的基本理論和相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力

2）通過機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟；

3）通過測(cè)試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；

4）通過課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高

1.3總體方案的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一臺(tái)鉆孔用X-Y工作臺(tái)及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、運(yùn)動(dòng)控制器和PC機(jī)。

X-Y工作臺(tái)的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺(tái)面。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動(dòng)裝置的保護(hù)性，X軸及Y軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時(shí)可選配在工作臺(tái)的兩端配有限位檢測(cè)開關(guān)，部分工作臺(tái)的配有原點(diǎn)檢測(cè)開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點(diǎn)開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。其具體參數(shù)如下：

         X方向行程:100mm        Y方向行程:100mm

         工作臺(tái)面的參考尺寸:150 150mm

         工作臺(tái)和工件最大物重質(zhì)量3KG

         縱向脈沖當(dāng)量0.0125mm

         橫向脈沖當(dāng)量0.0125mm

         滾珠絲杠直徑D 25mm

         滾珠絲杠節(jié)距P 6mm

（一）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速，精度要求為高精度。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。

2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。

6.2系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容

數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個(gè)部分：

（1）系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。

（2）零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。

（3）插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。

（4）伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。

（5）診斷程序。包括移動(dòng)不見移動(dòng)超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。

（6）機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)加工控制程序。

（7）鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。

（二）系統(tǒng)控制功能分析

數(shù)控X-Y工作臺(tái)的控制功能包括：

（1）、系統(tǒng)初始化。如對(duì)I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。

（2）、工作臺(tái)復(fù)位。開機(jī)后工作臺(tái)應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，亦可手動(dòng)復(fù)位。

（3）、輸入和顯示加工程序。

（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。

（5）、工作臺(tái)超程顯示與處理。工作臺(tái)位移超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，并顯示相應(yīng)的指示字符。

（6）、工作臺(tái)的自動(dòng)控制。

（7）、工作臺(tái)的手動(dòng)控制。

（8）、工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)控制。

（三）系統(tǒng)管理程序控制

管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計(jì)管理程序時(shí)，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺(tái)的基本操作功能有：輸入加工程序，自動(dòng)加工，刀位控制，工作臺(tái)位置控制，手動(dòng)操作，緊急停機(jī)等。

（四）自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)

（1）機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序：工作臺(tái)移動(dòng)到位→刀具快速進(jìn)給→加工→退刀→工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到下一位置；

（2）計(jì)算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；

致謝

經(jīng)過艱苦的努力，在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利地完成本次設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)，一方面在課題中通過對(duì)X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)學(xué)到不少的東西，另一方面也深刻感到了自己的不足。本次設(shè)計(jì)，是對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)，是走上工作崗位的第一步，初步使我們將理論同實(shí)際結(jié)合起來。這是大學(xué)一個(gè)好的結(jié)尾，也是走上工作崗位的一個(gè)好的開端。

本次設(shè)計(jì)通過老師精心指導(dǎo)，我從方案的擬定到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，到零件的強(qiáng)度校核，到零件圖裝配圖的繪制，內(nèi)容涉及面廣。這是對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)成果的一次極好的檢驗(yàn)、重溫和深化。這次設(shè)計(jì)使我體會(huì)到時(shí)間的緊迫、工作的辛苦及一個(gè)合格工程技術(shù)人員的責(zé)任感，學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的東西，增加了實(shí)踐、設(shè)計(jì)體驗(yàn)，提高了查閱資料、工具手冊(cè)和編寫技術(shù)文件的能力，并認(rèn)識(shí)了自己的不足。最后，向所有支持和關(guān)心過我的老師、同學(xué)、朋友表示真誠(chéng)的謝意！

參考文獻(xiàn)

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一． 題目：鉆孔用 作臺(tái)及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)完成一個(gè)采用步進(jìn)電機(jī)控制的雙座標(biāo)開環(huán)數(shù)控控制的工作臺(tái) 二． 原始數(shù)據(jù)：見附表 三． ，設(shè)計(jì)具體內(nèi)容與要求 1. 總體設(shè)計(jì)方案的論證 （ 1） 敘述機(jī)電一體化的基本特征和機(jī)床數(shù)控化的重要意義及特點(diǎn)； （ 2） 數(shù)字控制型 作臺(tái)的基本組成和它的優(yōu)點(diǎn)。 2. 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并畫出它的總裝配圖，以 紙繪制； (1) 如確定傳動(dòng)方式的類型和聯(lián)軸器的形式等； (2) 對(duì)受控對(duì)象的特征進(jìn)行計(jì)算，如：傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)角，絲杠的變形量和極慣性矩的計(jì)算 (3) 敘述齒輪傳動(dòng)副，滾珠絲杠螺母副的作用和計(jì)算； (4) 敘述導(dǎo)軌的類型，作 用和各自的優(yōu)缺點(diǎn)與設(shè)計(jì)中的選用 3. 步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路的選用與設(shè)計(jì)計(jì)算； 4. 系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)計(jì)算，并畫出相應(yīng)的電器控制原理圖，以 紙繪制 （ 1） 中心控制器可選用 8031 單片機(jī)或 8086 （ 2） 敘述 各自作用和容量的選用； （ 3） 論述接口電路及相關(guān)芯片（如 8155 和 8255 等）的基本功能及其作用； （ 4） 控制系統(tǒng)中應(yīng)有必要的顯示，鍵盤接口電路和安全保護(hù)及越位報(bào)警等電路，并對(duì)它們的特征和作用應(yīng)加以必要敘述與論證； （ 5） 本控制系統(tǒng)可采用全地址譯碼或線地址譯碼，并對(duì)譯碼器和地址鎖存器等的作用加以論述 5. 編寫控制軟件：對(duì)所附的零 件圖編制加以回程單 6. 繪制本系統(tǒng)的框圖用 紙 7. 列提對(duì)本課程設(shè)計(jì)的意見和建議 附表： 工作臺(tái)尺寸（長(zhǎng) *寬） 15050作臺(tái)行程（縱向 *橫向） 10000作臺(tái)（包括夾具等）重量 W 3作臺(tái)最大移動(dòng)速度 進(jìn)電機(jī)與系統(tǒng)杠間有無齒輪傳動(dòng) 無 滾珠絲杠直徑 D 25珠絲杠節(jié)距 P 6珠絲杠分辨率 L 6× 10珠絲杠的重量 珠絲杠的摩擦轉(zhuǎn)矩 10珠絲杠摩擦系數(shù) 珠絲杠傳動(dòng)傳遞效率 輪減速比 自己計(jì)算求得 主動(dòng)齒輪的重量 自己定 從動(dòng)齒輪的重量 自己定 齒輪模數(shù) 自己定 步進(jìn)電機(jī)工作方式 五相十拍 步距角 ／步 縱向脈沖量 米／步 橫向脈沖量 米／步 加速啟動(dòng)的脈沖頻率 500速時(shí)間 最大位移速度的脈沖速度率 1600軌面的摩擦系數(shù)