《机电一体化系统设计》课程设计.docx

广西工学院机械工程系机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目：钻床改装用数控XY工作台设计（190*21OnImC（C）班级：机电071班姓名：潘启静指导教师：梁鹿安教研室主任：设计要求：设计要求包含以下几个局部：1、数控XY工作台机械同部的设计计算2、数控XY工作台机械局部装配图设计（A1.）3、基于运动控制卡的控制系统哽件系统设计图（附在说明书中）4、编写设计说明书（不少于18页）广西工学院机电一体化教研室2011-1-11机电一体化系统设计课程设计指导一、设计目的通过本次设计，使学生全面地、系统地了解和掌握机电一体化技术的根本内容和根本知识，初步掌握机电一体化系统设计方法，并能学会运用手册、标准等技术资料。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。二、设计内容题目：钻床改装用数控XY工作台设计1、 设计一套简易数控XY工作台，固定在某个钻床的工作台上，XY工作台的位置控制采用步进电机数控系统，通过上述方案将该普通钻床改装成简易的经济型数控钻床。2、 设计要求：改造后的钻床能够加工的最大面积为：A*Bmm''的工件，最大工件重量：150kg.数控XY工作分要求孔的定位精度在+/-0.02mm内，工作台快进速度为2mmin,加减速时间为02秒。三、机械局部改装设计计算1、初步确定工作台的尺寸及其重量根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为三,最大工件的重量为日.因此我初定工作台的C三3。工作台的材料为引号钢，其密度为IKI。（取C=）因此：1.1、 工作台（X向托板）重量=体积X密度1.2、 取Y向托板=X向托板!XJ1.3、 上导轨座（连电机）重量初步取导轨座的长U,宽为山，高为W。因此所以根据上面所求，得XY工作台运动局部的总重量为：根据要求所知，其最大加工工件为口，因此:2、传动系统设计2.1、 脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2,由于定位精度在3内，因此：FKI,2.2、 取联轴器传动，因此它的传动比为闫，取丝杠的导程为1.±J0取步距角B为09度，所以脉冲当量X13、滚珠丝杠的设计计算及选择3.1 求丝杠的静载荷目其计算公式IKI数控机床乘统设计3公式5-2式中的a硬皮系数，«<1.0（数控机床系统设计网表5-2日或荷系数，取1.5数拄机床祭统议计3«5-23:丝杠工作时的轴向阻力根据：I_I其中m为0003-0.004因此：一3.2 、确定动载荷及其使用寿命根据丝杠动载荷公式：1.三J式中：3：额定动载荷3：动载荷系数，轻微冲击取1a：硬度系数，3取1W：当量动载荷，Nm：寿命根据：使用寿命使用寿命.一1所以-式中的J丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为1.J,因此其计算为：所以:3.3滚珠丝杠的选取,UFFS(内Q环存动式浪a线杠削t1.1.IM£。偿"力，为<MC.FttM.H<itHWift力："簸。不"fdK.H«*j*>VRttit-京In*M三tAm±H.代Q襟4势CHd.一幡0.am*幡qvaSe“C,KNJio1.MK.»“mN3。1241132M)4,7206FFIftM-O1441S.32»1IM34T221WS053S心)1132mfT2OXM3204?»1174353111ne”20M<3204»13HO3Tt4»0FF2006*320iWSM3,1K3aaFF2MM3S4Ht321B33R?V7根据动载荷及动载荷和公称导程值的核时，最后选取的滚珠丝杠的型号为EF1204-3,其公称直径为12mm,公称导程为4mm,动静载荷分别为4KN和6.7KN.滚珠直径a2.381mm,刚度208,外径回11.3mm,丝杠底径回9.5mm,循环圈数3。滚道半径1.×=1.238mm机电一体化技术基他及附用回我2-4偏心距1丝杠内径9.Gmn(1)稳定性计算IX式中E=2.O6回滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成,如图：1）导轨的当量载荷GGB25预加载荷类别为轻预载时，按表6.3-12（机电一体化设计手册一卜册）查得预紧力为198.5N。八Fb是两个导轨滑块的受力。2）当量载荷IXI760N.3）计算额定动、静栽荷计算长度寿命：IXI式中：3一一温度系数，按表6.3-3取目=13接触系数,按表6.3-4取日=0.81J载荷系数，按表6.3-5取习=1.51.J硬度系数硬度58'64HRC时取1.0C动一额定动我荷，曲京艺工网查得GGB1.6AA查得C动为8.5IK工1.×IO3以小时为单位的额定寿命T21n×60式中：1单向行程，1=0.34mn每分钟往返次数,代入数据解得：T=89869h.T几，所选导轨类型符合.规导轨副系列丝杠副演珠，如下列图所示；选择GGB16AA型号，其额定根本於载荷【XI.4)5佥算额定薛载荷取平安系数1。=3,按下式验算日其中田=76QN,IX1满足要求5、步进电机的设计计算和选用快进速度：IX丝杆导程：山所以最高转速：最高频率：11计算系统在电机轴上的等效转动惯量工作台快速移动时的等效转动惯量:式中：M=187kg,1.,II代入上式解得：.转动部件转换到电机轴上的等效转动惯量：I1式中：D丝杆公称直径1211.1支座总长，1=40Omm代人算得：一一因此总的转动惯量为：1.F2电动轴转矩的计算1）空载启动时，电动机的加速转矩：FI式中的3为丝杠的最高转速目为电机加减速时间（0.2s）所以：2）电机轴上的摩擦转矩式中的4为伺服传动链的总效率，取083）计算附加摩擦力矩IXI式中的可为滚珠丝杠示侦紧时的效率，取0.9。因此由述计算可知电动机的总的转矩为4）步进电动机的选择步进电机系列系列型号相效沙距角（Deg）机身长度（”）静转班（I1.）名注42BVG系列2/40.9/1.833/470.06-0.28i¥斑法科（谓点击）42BYGH系列2/40.9/1.839/470.28-0.42住海圉（谓点击）57BYG系列2/40.9/1.841-1010.4-1.2详细金科（潘点击）57BYGH系列2/40.9/1.845-760.35-1.5仔细诲科（谓点击）85BYGH系列2/40.9/1.874-1482.1-6.5一缅悠利（谓点击）86BYG系列2/40.9/1.862-1351.2-4佯细密机（谓点击）IIoBvG系列40.9/1.8165-2158-12佯细情机（谓点击）I1.OBYG系列20.9/1.886-1828-20仔细怪科（青衣击）®号相数皿电淹电粗电序峥林矩机身长出特长接线IB中校VA03N.B86BYGIO1.42.91.71.73.T1.26231O86BYG1.O2451.2548.41.26231KBKin41.63.60.451.251.26231a网YGIM41.44.50.310.81.26231a86BYG1O542.930.961.81.26231a86BYG1O641.84.80.370.71.26231a56BYG1O842.440.61.21.26231a三YG2014340.752.82.29331aS6BYG20242.64.60.551.82.29331a86BYG2034432.51.T7.02.29331a%BYG2M45.422.T10.32.29331aS6BYG30143.640.95.23.012631a璇YG30247.623.815.13.912631a根据上述分析，最后我选定步距角为0.9度的型号为86BYG1.O1.的步进电动机，其最大静转矩为1.2我所需要的0.0268o其外形结构及尺寸如下列图所示：86BYG永磁感应子式步进电机步更角：0.9/1.8DEG葩绩电信：500VDC100H绝续强度：500VAC1Ninute渣开：65K环境澧度：T（T+55匕战绿等圾：B引线接线方法:串联按法B-W绿（埔续（长）以珈黄保）黄酶）蓝（长）.并接A悬空iT(4A¾鹤)-H姝馈)A-象长）黄（长）赧悬空黄靖山瑜2(¼)并联技法接线图:图S(b)外形图:6、联轴器的选择6.1、 联轴器的介绍联轴器属于机械能用零误了件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲，减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半局部组成，分别与主动轴和从动轴联接。6.2、 联轴器的选择由选择出丝杠的型号和步进电机的型号综合考虑联轴器的尺寸大小并选择相应的型号。丝杠轴端可=12mm,电机轴端习=9.5mm,由网址：查得：型号Mode!0d10d2转SBore0D1.1.1M拧紧力矩WtenchTorque(N.m)1.K712S1.K7-12-3451218.52.5M2.50.51.K716S1.K7164566.351623CM30.71.K720S1.K7205689,5252026M30.71.K725S1.K72589.525101112M41.71.K7-32-S1.K73210111214416M4i71.K7401.S1.K74010111214151618568.5M541.K7-50S1.K750.121415161819507110.5M67单位(UnIi)：mm型号Mode1.嵌足扭矩(NE最大扭矩MaiTcrtM(Mm)axwth*11(B)慎住力矩UCrartdM(kgfrf)SuxTrwStmm(N.mrd)役向偏差few/EcMVDtf(F)角自建6n中(C)%d*(EI1.Mmi(9)1.K7-12匚0.51.0300008.2X10330.11.5±0.341.K7160.816220003.2X107460115±0.381.K7-20：1.12.2180008.8X106011.5±0.3161.K7251428140002.5X106，5±0.35281.K732U匚一2.85.6100OO9.5X10f/f2700.1515±0.35621.K7406.312694。-345°215±0.351341.K750-11227600；.ox55800.21.5±0.352661.K763-22“60003.0X1048300215±0.35500根据轴径选择联轴器的规格型号为：1.K7-25-SI.K7-25外型尺寸Dimensions技术参数Specifications7、轴承座的选择根据滚珠丝杠的公称直径为12mm,因此我先择的轴承座为：三http:/其外观图为:其参数为:IT型号EKS适用轴杆外役DD1BEFMS第角H1WW（真-左/长）H2C?EnEBR2MAXNPR-CmQ4303M6*0760306一EK-610.1286359M8>1-o030303EB06ESiEK-1062646510836M1.OX1.,1052x121175-，Ot415161236M12«1110£05EB0631812-C1.Z4CCii1.o151249M15130506EH064«2$16113EK-20。2528201764M20*1E11EHEHEH065«30RIK三根据参数,我所选的型号为EKT2装配参数：四、硬件系统设计KDUC3000DMC3000系列是一种性能优越、功能强大的运动控制卡，特别适合于多轴插补联动等发杂用途。由于卡上带有硬件插补处理器，两轴圆弧插补和多轴直线插补均可在卡上进行处理，PC机公需向卡上写入插补运动的终点和圆心值即可。卡上的预置存放器可预先存储卜.一运动的数据，待当前运动执行完毕后，即自动装载并执行下一动动，因此本卡能很好地执行多段连续路径插补动动.此卡还有许多其它高级功能，如T/S形速度曲线、编码落或光栅计数、手轮输入、精密Z信号找零、非对称速度曲线、动态可改速度和目标位置等DMC3000特点1）四轴独立同时或插补运动2）任意两轴和三轴线性插补功能3）常矢量速度连续插补功能4）T/S对称或非对称速度曲线5）两种编码耦输入脉冲类型：B相或双脉冲6）位置管理和软件限位开关功能7）运动中可光滑改变速度和目标位附8）四轴可同时起动功能9）功能强大的MoTIoN3000测忒软件10）最多可达16进16出I/O11）每轴最大输出脉冲频率4MPPS12）两轴圆弧插补功能13）由上位机控制的位图抽补功能14）两种脉冲输出类里：双脉冲或此冲/方向15）每轴编码器输入脉冲频率最大IMHZ16）板卡号ID设置,同一电脑最多可插12块卡17）支持手轮和JoG功能18）可编程中断源19）DMC3400D1.1.函数库和适用于WindoWS95/98/NT/200020）可用YB/VC/C+BUI1.DER等编程拄制卡原理结构见下列图««3000枚制卡送功控制函代原VKiettPCI接Nt«9S<2K实舔位«««通向位速点M.H方三!nMwftarni/o注：E1.(endHe1.t)：MftSD(S1.oMdown):MKORG(or1g1n):SA携作员典型辕运动控刈信号接口XY工作台控制系统结构图图2X-Y工作台控制系统结构图四、总结经过10天时间的课程设计完成了整个钻床XY工作台的机械局部的设计、计算及选取。在结构上看似简单，但是真正在着手的时候发现自己还有很多方面不懂，因此需要努力加强自己的专业方面的理论知识及实践能力。本次设计的主要内容包括，滚珠丝杠，滚动导凯及步进电动机的计算及选取和轴承座、联轴器的选取。在其计算方面我采用了最常规的方法，因此对于所设计的工作台的实用性有一定的保障。另外在导轨座，工作台及其配装的设计中，参加了自己的一些想法，有所创新，也希望能够经的住实践的考验。在设计中也遇到了一些问题，感谢梁蔓安老师的精心指导，由于本人经验缺乏，专业水'F有限以及一些不可预见的因素，所以设计中也必定会出现一些问题，恳请老师批评指正。五、参考文献1数控机床系统设计，北京：化学工艺出版社2机电一体化技术基础及应用上海：机械工业出版社3毛听，画法几何及机械制图，北京：高等教育出版社4胡炜，AutoCAD2008案例精解，北京：中国电力出版社5南京艺工6 7