【正文】 機(jī)驅(qū)動的多用XY工作臺。已知條件：定位精度：177。，滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺的有效行程為 快速進(jìn)給速度 和工作載荷第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 (1).數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定； (2).方案的分析，比較，論證。 (1).確定脈沖當(dāng)量；(2).機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；(3).傳動元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；(4).確定伺服電機(jī)；(5).繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；(6).系統(tǒng)等效慣量計(jì)算；(7).系統(tǒng)精度分析。(1).微機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)；(2).I/O接口電路及伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用；(3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) (1).說明書是課程設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動設(shè)計(jì)計(jì)算，電氣部分的設(shè)計(jì)說明，選用元器件參數(shù)的說明，軟件設(shè)計(jì)及其說明；(2).說明書不少于84字，盡量用計(jì)算機(jī)完成。 (1).機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙1張。要求視圖基本完整，符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少要有一個(gè)坐標(biāo)軸的完整剖視圖；第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。1. 系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動有精確的運(yùn)動關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。2. 伺服系統(tǒng)的選擇 ，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。.考慮到運(yùn)動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。3. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇采用MCS51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。4. X—Y工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運(yùn)動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動平穩(wěn)性。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動。系統(tǒng)總體框圖如下:計(jì)算機(jī)光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)X向工作臺光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)Y向工作臺第五章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量δp是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺的位移量，應(yīng)小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為177。第二節(jié) 工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計(jì)工作臺簡圖如下:工作臺簡圖X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為: = Y向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為夾具及工件重量:約155NXY工作臺運(yùn)動部分總重量為:第三節(jié) 滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=(Fz+W)； fSL=~(一般運(yùn)行狀況)，~（運(yùn)動時(shí)受沖擊、振動）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJGD系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為:HJGD25基本參數(shù)如下:額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長度動載荷靜載荷L(mm)1750026000198198288760滑座個(gè)數(shù)單向行程長度每分鐘往復(fù)次數(shù)M44導(dǎo)軌的額定動載荷N依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：額定行程長度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠.第四節(jié) 滾珠絲杠計(jì)算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm（1） 強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力：(N)其中：K=，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=~0005；在車床車削外圓時(shí)：Fx=(~)Fz，F(xiàn)y=(~)Fz，可取Fx=，F(xiàn)y=。取f=,則:壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)最大動載荷：式中：fW為載荷系數(shù)，~；fH為硬度系數(shù)，HRC≥。查表得中等沖擊時(shí)則:根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM20055。其基本參數(shù)如下:其額定動載荷為14205N ,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表名稱計(jì)算公式結(jié)果公稱直徑――20mm螺距――５mm接觸角――鋼球直徑――螺紋滾道法向半徑偏心距螺紋升角螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）（2） 傳動效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動效率為：式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。（3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。（4） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。第五節(jié) 齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動.齒輪傳動比： ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：α= ?/step。取小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù)因傳遞的扭距較小,取模數(shù)m=1mm則:分度圓直徑: 齒頂圓直徑: 齒根圓直徑: 齒寬: 取 中心距: 分度圓壓力角: 大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪小齒輪采用兩片薄齒輪錯(cuò)齒排列以消除間隙.雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下:2薄齒輪, 3—彈簧, 8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 7—螺母雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖第六節(jié) 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算公式，有：（1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為：式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。所以有：　電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有：第七節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的選用(１）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：式中：為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（）。取=（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝，==。考慮到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：考慮到啟動時(shí)運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩：，則： 對于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)： (２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要