機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： CNC二維工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 福利 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)老師： XXXX XXX XXX XXXX 時(shí) 間： 2016年9月2日 目錄一、總體方案設(shè)計(jì)11.1、設(shè)計(jì)任務(wù)11.2、總體方案確定1二、工作臺(tái)的尺寸及其重量的初步確定4 2.1、 工作臺(tái)（X向托板）4 2.2、 工作臺(tái)（Y向托板）4 2.3、上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量4三、滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇53.1、滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取53.2、導(dǎo)軌的壽命計(jì)算53.3、導(dǎo)軌額定動(dòng)負(fù)載的核算6四、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇64.1、滾珠絲杠最大工作載

2、荷的計(jì)算6 4.2、滾珠絲杠靜載荷的計(jì)算7 4.3、滾珠絲杠動(dòng)載荷的計(jì)算74.4、絲杠型號(hào)的確定84.5、絲杠壓桿穩(wěn)定性核算84.6、絲杠剛度的驗(yàn)算9五、電機(jī)的計(jì)算與選擇105.1、電機(jī)步距角的計(jì)算105.2、負(fù)載慣量的計(jì)算105.3、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算115.4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的計(jì)算六、聯(lián)軸器的選擇146.1、聯(lián)軸器的介紹146.2、聯(lián)軸器的選擇14七、軸承的選擇15八、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15九、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21十、參考文獻(xiàn)28一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)用于在水平面內(nèi)（XOY平面）進(jìn)行切割的CNC二維工作平臺(tái)。切割刀位于Y方向工作臺(tái)上面，其受力點(diǎn)（X、Y方向的軸向載荷）到Y(jié)方向絲杠軸心線的距離為

3、100mm。XY方向行程：500×300mmX絲杠轉(zhuǎn)速n1：120r/minY絲杠轉(zhuǎn)速n1：120r/min理論定位精度：20mX方向軸向載荷F1：3500NY方向軸向載荷F1：2500NX方向工作臺(tái)滑板及組件重量：700NY方向工作臺(tái)滑板及組件重量：400N二、總體方案設(shè)計(jì)2.1、設(shè)計(jì)思路該工作臺(tái)設(shè)計(jì)主要分為機(jī)械系統(tǒng)部件和控制系統(tǒng)部件，其中機(jī)械系統(tǒng)部件主要包括導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)裝置等，控制系統(tǒng)部件則包括CPU控制電路、電源設(shè)計(jì)電路、輸入信號(hào)電路、輸出信號(hào)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路等?？紤]在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)盡可能采用簡(jiǎn)潔輕便的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和廉價(jià)實(shí)用的可

4、選材料，符合綠色環(huán)保的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念，由此來(lái)確定最終方案。因X向和Y向機(jī)械結(jié)構(gòu)基本相同，故只繪制X向機(jī)械系統(tǒng)部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如下2.2、方案設(shè)計(jì)2.2.1 螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)CNC二維工作平臺(tái)傳動(dòng)方案有兩類：傳動(dòng)方案可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)兩種：（1）滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)（滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)）滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，螺紋導(dǎo)程小，降速比大，牽引力大等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低，螺紋中有側(cè)向間隙，故反向有空行程。由于動(dòng)靜摩擦差別大，低速時(shí)可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。（2）滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)（滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)）滾珠絲杠就是在具有螺旋滾道的絲杠和螺母間充滿滾珠。這些滾珠作為中間傳動(dòng)

5、件，在螺母閉合的回路中循環(huán)滾動(dòng)，使絲杠螺母副的運(yùn)動(dòng)由滑動(dòng)變成滾動(dòng)，以減小摩擦。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，當(dāng)雙螺母預(yù)緊后，軸向剛度好，傳動(dòng)副爬行小，具有較高的定位精度，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，傳動(dòng)靈敏，同步性好。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，價(jià)格昂貴，以及不能自鎖。根據(jù)CNC二維工作平臺(tái)的要求，參看兩種傳動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)于臥式CNC我們?cè)O(shè)計(jì)選擇滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。由于滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)不具有自鎖性，故應(yīng)增加電磁制動(dòng)裝置，以達(dá)到精確定位的目的。2.2.2 導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計(jì)導(dǎo)軌副類型的選擇常用的導(dǎo)軌副組合形式有以下幾種：（1）雙三角形導(dǎo)軌 ：導(dǎo)向性和精度保持性高，接觸剛度好。但工藝性差。用于精度要求較高的機(jī)床設(shè)備。（2）

6、矩形和矩形組合: 制造調(diào)整簡(jiǎn)單。（3）三角形和矩形組合：導(dǎo)向性好，制造方便，剛性好，但是磨損不均勻。（4）三角形和平面導(dǎo)軌組合：摩擦阻力不一致，容易產(chǎn)生力矩，造成三角形導(dǎo)軌對(duì)角接觸，影響運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向精度，不能克服顛覆力矩。（5）燕尾形導(dǎo)軌及其組合：A、整體式燕尾導(dǎo)軌：B、裝配式燕尾導(dǎo)軌：制造調(diào)試方便。C、燕尾與矩形組合式導(dǎo)軌：調(diào)整方便、承受力矩大。根據(jù)CNC二維工作平臺(tái)的要求以及設(shè)計(jì)思路，參看多種導(dǎo)軌副組合的特點(diǎn)，對(duì)于臥式CNC我們?cè)O(shè)計(jì)選擇三角形和矩形組合的導(dǎo)軌副。導(dǎo)軌副材料的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)思路以及工作情況，對(duì)于臥式CNC我們?cè)O(shè)計(jì)選擇導(dǎo)軌副的材料為鑄鐵，因?yàn)殍T鐵具有耐磨性和減振性好，熱穩(wěn)定性高，易

7、于鑄造和切削加工，成本低等特點(diǎn)。2.2.3 機(jī)架的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)思路，選用廉價(jià)實(shí)用的材料，降低成本，滿足要求即可，故我們選用機(jī)架的材料是45剛。2.2.4 伺服系統(tǒng)的選用根據(jù)任務(wù)書(shū)規(guī)定參數(shù)以及設(shè)計(jì)思路。只需要選用性能較好的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即可滿足要求，故在本設(shè)計(jì)中選用勵(lì)磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。2.2.5 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)還是偏高的，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)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

8、的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。2.2.6 減速裝置的設(shè)計(jì)選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。但本設(shè)計(jì)中要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，且依靠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副已經(jīng)可以達(dá)到所需的脈沖當(dāng)量，因此不使用減速箱?？紤]到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相差不大，承受的工作載荷也相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、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。2.3、方案確定綜合考慮設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)思路，因系統(tǒng)定位精度和最快移動(dòng)速度相對(duì)并不是很高，故選用性能較好而

9、性價(jià)比較高的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)足夠，下層電機(jī)固定在機(jī)座上，上層電動(dòng)機(jī)固定在工作臺(tái)滑板上；為了避免爬行現(xiàn)象，同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)成本，且因該設(shè)計(jì)載荷較低，故選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副；滑動(dòng)絲杠副在低速或微調(diào)時(shí)可能產(chǎn)生爬行顯現(xiàn)，且為了能夠滿足定位精度，故選用滾珠絲杠副；控制系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)，足以滿足設(shè)計(jì)要求且較為廉價(jià)；由于本設(shè)計(jì)中要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，且依靠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副已經(jīng)可以達(dá)到所需的脈沖當(dāng)量，因此可以不使用減速箱。三、滾珠絲杠副與控制電機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3. 1 X和Y方向絲杠的具體設(shè)計(jì)3.1.1 Y方向的絲杠螺母副及其步進(jìn)電機(jī)由CNC題目（臥式）可知：Y方向的軸向工作載荷F22500N ；理

10、論定位精度20m ；絲杠轉(zhuǎn)速n2120r/min；y方向工作臺(tái)滑板及其組件重量W2400 N ；參考同類型的設(shè)備，選擇電機(jī)和絲杠通過(guò)聯(lián)軸器直接相連，則i=1（步進(jìn)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)比）。這樣選取的好處是不要中間件，減少了傳動(dòng)件，有利于提高精度，安裝等較為方便1、Y方向絲杠受力分析及絲杠軸向力計(jì)算Y方向工作臺(tái)滑板及其組件重量W2以及X方向的軸向工作載荷主要由導(dǎo)軌承擔(dān)，而絲杠主要承受Y方向的軸向力F。Y方向絲杠所受的總軸向力F由兩部分組成：一是刀具所受的Y方向軸向工作載荷Fa2；二是Y方向工作臺(tái)滑板及其組件重量W2和X方向的軸向載荷在導(dǎo)軌上產(chǎn)生的合成摩擦力FN兩部分組成：F=FN+Fa2FN=&#

11、215;Fa12+W22式中 F絲杠所受的總軸向力 N ； FN導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦力 N ； Fa2Y方向軸向工作載荷 N 導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)（脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑），可取0.050.2 ；W2Y方向工作臺(tái)滑板及組件重量 N ；Fa1X方向的軸向工作載荷 N將W2400N、Fa22500N、Fa13500N、取0.1 帶入上式得Y方向絲杠所受的總軸向力F（臥式CNC）：F=FN+Fa2=352.325002852.3 N2、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算及尺寸選擇由于絲杠為低速傳動(dòng)，所以應(yīng)按壽命和額定靜載荷兩種方法確定其尺寸，然后選擇其中較大的。（1）按額定靜

12、載荷選擇：因?yàn)閅方向絲杠所受的總軸向力 F2852.3N，按CoaF的原則查附表1選擇絲杠尺寸。這里選外循環(huán)滾珠絲杠,公稱直徑do16mm、導(dǎo)程L04mm ，2.5圈×1列，Coa=14100N；（2）按疲勞壽命選擇：式中 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表45（平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí)為1.01.2，取載荷系數(shù)=1.2）硬度系數(shù)，查表46（滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)=1.0） F軸向工作載荷（N）Ca最大（基本）額定動(dòng)載荷（N），其值可查書(shū)末附表1、2 Ca計(jì)算額定動(dòng)載荷L'預(yù)期使用壽命L'=60×n×T106式中 n滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)速（r/min）；T預(yù)期使用壽命時(shí)

13、間（h）取滾珠絲杠的使用壽命取滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速n=120r/min得 : L'=138.24 Ca17697.8N查附表1滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)表，并參考同類型設(shè)備的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)選用： 外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d025mm，導(dǎo)程L06mm，3.5圈×1列，Ca=18950 N，鋼球直徑（db）Dw=3.969mm,=4.36666 ,精度等級(jí)為E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6m。顯然，最后應(yīng)選擇d025的絲杠。3、控制電機(jī)的選擇(1)、計(jì)算電機(jī)所需要的最小轉(zhuǎn)矩Tmin由Y方向的總軸向力F和絲杠的公稱直徑d0，及=4.3666°計(jì)算電機(jī)所需要的最小轉(zhuǎn)矩： 式中 d為絲杠

14、螺紋大徑，由表4-1公式計(jì)算得 d24.11d1為絲杠螺紋小徑 ，由表4-1公式計(jì)算得 d121d2為絲杠中徑 ，d222.55為當(dāng)量摩擦角， 這里取0。按照電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩T電機(jī)所需的最小轉(zhuǎn)矩Tmin=2.4Nm的原則，在網(wǎng)上查看步進(jìn)電機(jī)類型及參數(shù)有兩種型號(hào)可選，轉(zhuǎn)矩為2.5N.m的電機(jī)在以后的校核中被淘汰，故選擇型號(hào)110BYGH2501永磁感應(yīng)子式二相四拍步進(jìn)電機(jī)。在網(wǎng)上查得：其轉(zhuǎn)矩是9.8N·m，步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°。當(dāng)取脈沖發(fā)生頻率為800個(gè)/秒時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為：n60×800/(360/0.9)=120r/min。與題目要求相符合，可行。4、

15、計(jì)算理論定位精度、絲杠步距角和絲杠軸向移動(dòng)速度V：計(jì)算出理論定位精度（即直線脈沖當(dāng)量）和絲杠的步距角2 。2=360/ L01 / i （°）理論定位精度（即為直線脈沖當(dāng)量），是指一個(gè)脈沖，螺母相對(duì)于絲杠的直線位移量 mm。1電機(jī)步距角（°）2絲杠步距角（當(dāng)傳動(dòng)比i1時(shí)，絲杠與電機(jī)的步距角不相等）（°）L0絲杠基本導(dǎo)程（mm）i電機(jī)到絲杠之間的傳動(dòng)比，這里因?yàn)殡姍C(jī)與絲杠是直接聯(lián)接，故傳動(dòng)比為1。將參數(shù)代入理論定位精度公式計(jì)算可得，=15m。因?yàn)榻z杠的步距角20.9°，則由800脈沖/秒和=0.015mm得絲杠的軸向移動(dòng)速度：V=1000/(360/步距角

16、)×L0=12mm/s（屬于低速運(yùn)動(dòng)）。由以上參數(shù)可知，滿足設(shè)計(jì)題目要求。3.1.2 設(shè)計(jì)X方向的滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)及其步進(jìn)電機(jī)由CNC題目（臥式）可知：X方向的軸向工作載荷F13500N ；理論定位精度20m ；絲杠轉(zhuǎn)速n1120r/min；y方向工作臺(tái)滑板及其組件重量W1700 N ；參考同類型的設(shè)備，選擇電機(jī)和絲杠通過(guò)聯(lián)軸器直接相連，則i=1（步進(jìn)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)比）。這樣選取的好處是不要中間件，減少了傳動(dòng)件，有利于提高精度，安裝等較為方便1、X方向絲杠受力分析及絲杠軸向力計(jì)算X方向工作臺(tái)滑板及其組件重量W1以及Y方向的軸向工作載荷主要由導(dǎo)軌承擔(dān)，而絲杠主要承受X方向的軸向力F

17、。X方向絲杠所受的總軸向力F由兩部分組成：一是刀具所受的X方向軸向工作載荷Fa1；二是X方向工作臺(tái)滑板及其組件重量W1和Y方向的軸向載荷在導(dǎo)軌上產(chǎn)生的合成摩擦力FN兩部分組成：F=FN+Fa1FN=×Fa22+W22式中 F絲杠所受的總軸向力 N ； FN導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦力 N ； Fa2Y方向軸向工作載荷 N 導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板之間的摩擦系數(shù)，由于導(dǎo)軌與工作臺(tái)滑板處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)（脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑），可取0.050.2 ；W1X方向工作臺(tái)滑板及組件重量 N ；Fa1X方向的軸向工作載荷 N將W1700N、Fa22500N、Fa13500N、取0.1 帶入上式得X方向絲杠所受的

18、總軸向力F（臥式CNC）：F=FN+Fa1=259.635006096.15N2、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算及尺寸選擇由于絲杠為低速傳動(dòng)，所以應(yīng)按壽命和額定靜載荷兩種方法確定其尺寸，然后選擇其中較大的。（1）按額定靜載荷選擇：因?yàn)閄方向絲杠所受的總軸向力 F6096.15N，按CoaF的原則查附表1選擇絲杠尺寸。這里選外循環(huán)滾珠絲杠,公稱直徑do25mm、導(dǎo)程L04mm ，2.5圈×1列，Coa=14100N；（2）按疲勞壽命選擇：式中 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表45（平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí)為1.01.2，取載荷系數(shù)=1.2）硬度系數(shù)，查表46（滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)=1.0） F軸向工作載荷（N）Ca

19、最大（基本）額定動(dòng)載荷（N），其值可查書(shū)末附表1、2 Ca計(jì)算額定動(dòng)載荷L'預(yù)期使用壽命L'=60×n×T106式中 n滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)速（r/min）；T預(yù)期使用壽命時(shí)間（h）取滾珠絲杠的使用壽命取滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速n=120r/min得 : L'=138.24 Ca37825.2N查附表1滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)表，并參考同類型設(shè)備的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)選用： 外循環(huán)滾珠絲杠，公稱直徑d063mm，導(dǎo)程L08mm，3.5圈×1列，Ca=37900 N，鋼球直徑（db）Dw=4.763mm,=2.32 ,精度等級(jí)為E，基本導(dǎo)程極限偏差為±6m。顯然

20、，最后應(yīng)選擇d025的絲杠。3、控制電機(jī)的選擇(1)、計(jì)算電機(jī)所需要的最小轉(zhuǎn)矩Tmin由Y方向的總軸向力F和絲杠的公稱直徑d0，及=2.32°計(jì)算電機(jī)所需要的最小轉(zhuǎn)矩： Tmin=F×d22×tan+=7.42Nm式中 d為絲杠螺紋大徑，由表4-1公式計(jì)算得 d62.05mmd1為絲杠螺紋小徑 ，由表4-1公式計(jì)算得 d158.18mmd2為絲杠中徑 ，d260.12mm為當(dāng)量摩擦角， 這里取0。按照電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩T電機(jī)所需的最小轉(zhuǎn)矩Tmin=7.42Nm的原則，在網(wǎng)上查看步進(jìn)電機(jī)類型及參數(shù)有兩種型號(hào)可選，轉(zhuǎn)矩為7.5Nm的電機(jī)在以后的校核中被淘汰，故選擇型號(hào)1

21、10BYGH2501永磁感應(yīng)子式二相四拍步進(jìn)電機(jī)。在網(wǎng)上查得：其轉(zhuǎn)矩是9.8N·m，步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°。當(dāng)取脈沖發(fā)生頻率為800個(gè)/秒時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為：n60×800/(360/0.9)=120r/min。與題目要求相符合，可行。4、計(jì)算理論定位精度、絲杠步距角和絲杠軸向移動(dòng)速度V：計(jì)算出理論定位精度（即直線脈沖當(dāng)量）和絲杠的步距角2 。2=360/ L01 / i （°）理論定位精度（即為直線脈沖當(dāng)量），是指一個(gè)脈沖，螺母相對(duì)于絲杠的直線位移量 mm。1電機(jī)步距角（°）2絲杠步距角（當(dāng)傳動(dòng)比i1時(shí)，絲杠與電機(jī)的步距角不相等）（&#

22、176;）L0絲杠基本導(dǎo)程（mm）i電機(jī)到絲杠之間的傳動(dòng)比，這里因?yàn)殡姍C(jī)與絲杠是直接聯(lián)接，故傳動(dòng)比為1。將參數(shù)代入理論定位精度公式計(jì)算可得，=15m。因?yàn)榻z杠的步距角20.9°，則由800脈沖/秒和=0.015mm得絲杠的軸向移動(dòng)速度：V=800/(360/步距角)×L0=12mm/s（屬于低速運(yùn)動(dòng)）。由以上參數(shù)可知，滿足設(shè)計(jì)題目要求。故X方向和Y方向選擇相同的電動(dòng)機(jī)，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表型號(hào)步距角相數(shù)電壓（V）電流（A）靜轉(zhuǎn)矩（Nm）空載運(yùn)行頻率（KHZ）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Kgcm2）機(jī)身長(zhǎng)（mm）110BYG25010.9/1.821104121511144四、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書(shū)要

23、求XY方向行程為500×300mm，故初步取導(dǎo)軌座的長(zhǎng)600mm，寬為400mm，采用三角形和矩形組合的導(dǎo)軌副，材料為鑄鐵，因?yàn)殍T鐵具有耐磨性和減振性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點(diǎn)，五、軸承的設(shè)計(jì)與選用5.1 X方向的軸承選用根據(jù)滾珠絲桿的公稱直徑 63mm，額定動(dòng)載荷Ca=37900N和額定靜載荷F6096.15以及軸承所承受的最大載荷700N，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，以確定所選軸承的型號(hào)。所選的軸承為深溝球軸承6013，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表：基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速dDB動(dòng)載荷靜載荷脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑65120230.6741111.557.240.05000630

24、05.2 Y方向的軸承選用根據(jù)滾珠絲桿的公稱直徑 25mm，額定動(dòng)載荷Ca=17697.8N和額定靜載荷F2782N以及軸承所承受的最大載荷400N，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，以確定所選軸承的型號(hào)。所選的軸承為深溝球軸承6206，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表：基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速dDB動(dòng)載荷靜載荷脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑3062160.63656119.511.5950013000六、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件主要包括CPU、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。6.1 CPU的選擇隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)89C51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機(jī)，MCS-96系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價(jià)比。從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來(lái)看，選用較老的8051單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無(wú)疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的16位MCS-