單向滑臺設(shè)計說明書

1、機電一體化課程設(shè)計學號：11204020238:鄒壘指導教師：甘彬老師成績:2015.07.12重慶理工大學錯誤 !未定義書簽。33444561010 .16?1617目錄重慶理工大學專業(yè)課程設(shè)計任務書、總體方案的確定1、機械傳動部件的選擇2、控制系統(tǒng)的設(shè)計2、 機械傳動部件的計算與選型1、 導軌上移動部件的重量估算2、 直線滾動導軌副的計算與選型3、 滾珠絲杠螺母副的計算與選型4、 步進電機的選用5、 步進電動機的計算和選型6、 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用7、 聯(lián)軸器的選型及校核8、 軸承的選用及校核9、 各傳動部件的預緊203、 驅(qū)動器、單片機及電源211、驅(qū)動器的選擇212、單片機243、

2、82C55和74LS3734、驅(qū)動器電源及單片機電源選擇24四、單片機VC源程序2529五、參考文獻.重慶理工大學專業(yè)課程設(shè)計任務書一、教學目的通過課程設(shè)計培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能、提高分析和解決實際問題能力的一個重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)上的，是學生根據(jù)所學課程進行的工程基本訓練，課程設(shè)計的目的在于：1、培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，獨立進行機電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)的初步設(shè)計工作，并結(jié)合設(shè)計或試驗研究課題進一步鞏固和擴大知識領(lǐng)域。2、培養(yǎng)學生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運用各種標準和工具書籍以及編寫技術(shù)文件的能力，提高計算、繪圖等基本技能。3、

3、 培養(yǎng)學生掌握機電產(chǎn)品設(shè)計的一般程序和方法，進行工程師基本素質(zhì)的訓練。4、 樹立正確的設(shè)計思想及嚴肅認真的工作作風課程設(shè)計題目：機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計(1) 電機驅(qū)動方式：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機；(2) 機械傳動方式：螺旋絲桿、滾珠絲桿、同步皮帶、鏈傳動等;(3)電氣控制方式：單片微機控制、PLC控制；(4)功能控制要求：速度控制、位置控制；(5) 主要設(shè)計參數(shù)：單向工作行程2100mm移動負載質(zhì)量175kg,負載移動阻力150N,空載最快移動速度6000mm/min進給最快移動速度1200mm/min速度控制精度土0.5%或?qū)崿F(xiàn)行程(位置)控制，控制精度0.01mm三、課程設(shè)

4、計的基本要求：(1)方案設(shè)計：根據(jù)課程設(shè)計任務的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要功能，確定實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對各種方案進行分析和評價，進行方案選優(yōu)；(2)總體設(shè)計：針對具體的原理方案，通過對動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進行總體設(shè)計，繪制工作臺進給傳動機構(gòu)裝配圖一張(A2一張)；(3)根據(jù)控制功能要求，完成電氣控制設(shè)計，給出電氣控制電路原理圖(A2圖一張)；(4)根據(jù)電氣控制原理圖編寫相關(guān)的控制程序；(5)每個學生應獨立完成課程設(shè)計說明書一份，字數(shù)為3000字以上，設(shè)計圖紙不少于兩張；(6)用計算機繪圖或手工繪圖，打印說明書；(7)設(shè)計選題分組進行，每位同學采用不

5、同方案(或參數(shù))獨立完成；四.推薦參考資料1 .機械原理與機械設(shè)計2 .微機原理與接口技術(shù)3 .測試技術(shù)；4 .機電傳動控制；5 .PLC控制技術(shù)；6.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計7.機電控制及自動化；&機械設(shè)計手冊；機電一體化技術(shù)手冊、總體方案的確定1、機械傳動部件的選擇(1)導軌副的選用要設(shè)計的工作臺是用來配套輕型的數(shù)控機床，需要承載的載荷不大，但脈沖當量小(0.005mm/p),定位精度高(土0.01mm),因此，決定選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預緊方便等優(yōu)點。選直線滾動導軌副(2)絲杠螺母副的選用伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直

6、線運動，要滿足0.005mm的脈沖當量和土0.01mm的定位精度，只有選用滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙，而且滾珠絲杠已經(jīng)系列化，選用非常方便，有利于提高開發(fā)效率。選滾動絲杠螺母副(3)伺服電動機的選用任務書規(guī)定的空載最快移動速度6000mm/min。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好一些的步進電動機，如混合式步進電動機，以降低成本，提高性價比。伺服電機選步進電機(5)檢測裝置的選用選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務書所給精度對于步進電

7、動機來說還是偏高的，為了確保電動機在運轉(zhuǎn)過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，并在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。檢測裝置的選用:增量式旋轉(zhuǎn)編碼器單卜f步進電機J股軸尋流珠絲杠片機Hr一編碼器系統(tǒng)總體框圖(1)設(shè)計的工作臺準備用在數(shù)控機床上，其控制系統(tǒng)應該具有單坐標位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)應該設(shè)計成連續(xù)控制型。連續(xù)控制型(2)對于步進電動機的半閉環(huán)控制，選用單片機，應該能夠滿足任務書給定的相關(guān)指標。單片機(3)選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。步進電機驅(qū)動電源2、控制系統(tǒng)的設(shè)計、機械傳動部件的計算與選型

8、1、導軌上移動部件的重量估算按照導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工作平臺、滑塊等，估計重量約為G=500N500N。2、宜線滾動導軌副的計算與選型(1)滑塊承受工作載荷Fmax的計算及導軌型號的選取工作載何；是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。工作臺米用水平布置利用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個導軌副的型號：KL系列的JSA-LG25型導軌長度為3000mm滑塊7承擔，則單滑塊所受的最大垂直萬向載荷為：F(2-2maxGF2)其中，移動部件重量G=500N外加載荷F=FZ=1750N，代入式2-2得最大工作載荷查表3-41,根據(jù)工作載荷F

9、max=1875N,初選直線滾動導軌副的型號為KL系列的JSA-LG25型，其額荷Ca=7.94kN,額日載荷C0a=9.5kN。查表3-35,按標準系列，選取導軌長度為3000mm.表3-35JSA型導軌長度系列導軌型號導軌長度系JSA-LG15280340400460520580640700760820940JSA-LG20340400520580640760820940100011201240JSA-LG2546064080010001240136014801600184019603000JSA-LG3552060084010001080124014801720220024403000J

10、SA-LG4555065750850950125014501850205025503000JSA-LG5566078090010201260138015001980222027003000JSA-LG65820970112012701420157017202020232027703000(2)品萌額定壽命L的計算上述選取的ZL系列JSA-LG25型導軌副的滾道硬度為60HRC工作溫度不超過100C,每根導軌上配有兩只滑塊，精度為 4級，工作速度較低，載荷不大。查表滾道硬度（HRC）50555864fH0.530.81.0表3-36硬度系數(shù)表3-37溫度系數(shù)工作溫度/c<100100150

11、150200200250fT1.000.900.730.60表3-38接觸系數(shù)距離壽命為44700km遠大于期望值50km ,故品巨離額定壽命滿足要求每根導軌上滑塊數(shù)12345fC1.000.810.720.660.61表3-39精度系數(shù)精度等級2345fR1.1.00.90.9表3-40載荷系數(shù)無外部沖擊或震動的低速速度小于15m/min場合,fw11.5無明顯沖擊或振動的中速速度為15?60m/mi n1.52場合,有外部沖擊或振動的圖速速度大于60m/mi n場合,23.5分別取硬度系數(shù)fH=1.0、溫度系數(shù)fT=1.00、接觸系數(shù)fC =0.81、精度系數(shù)fR =0.9、載荷系數(shù)fW

12、=1.5 ,代入式2-3 ,得所選絲杠的距離壽命為42600kmfH fT fc f R CaFmax100(2-3 )即 l 1.0 1.00 0.81 0.9 7.941004.47 104km1.5 0.757結(jié)論：所選導軌的距離壽命遠大于期望值50km ,故距離額定壽命滿足要求。3、滾珠絲杠螺母副的計算與選型（與絲杠軸線平行）Fx=150N，受到垂直方向的載荷（與（1）最大工作載荷Fm的計算工作臺受到進給方向的載荷工作臺面垂直）Fz=1875N。3-29已知移動部件總重量G=500N按矩形導軌進行計算，查表表3-29最大工作載荷Fm實驗計算公式及參考系數(shù)導軌類型實驗公式K矩形導軌FmK

13、Fx(FzFyG)1.10.15燕尾導軌FmKR(Fz2FyG)1.40.2三角形或綜合導軌FmKFX(FzG)1.150.150.8注：表中摩擦因數(shù)口均為滑動導軌。對于貼塑導軌口=0.03?0.05,滾動導軌口=0.003?0.005表中，F(xiàn)x為進給方向載荷，F(xiàn)y為橫向載荷，F(xiàn)z為垂直載荷，單位均為N；G為移動部件總重力，單位為N；K為顛覆力矩影響系數(shù)；口為導軌的摩擦系數(shù)。曰劣丁氏卻5取大工作載何：取移動部件總重量G=500N按矩形導軌進彳f計算，查表3-29,取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1,滾動導軌上的摩擦因素口=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm2024NFmKR(FzFyG)1.11500.00518755002024N(2)最大動載荷FQ的計算工作臺的最快進給速度v=3000mm/min,初選絲杠導程Ph=5mimi則此時絲松轉(zhuǎn)速n=v/Ph=600r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L0=60nT/106,得絲杠