31-二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)【CAD圖紙+word說明書】【150-120】

31-二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)【CAD圖紙+word說明書】【150-120】,CAD圖紙+word說明書,150-120,31,坐標(biāo),數(shù)控,工作臺(tái),設(shè)計(jì),cad,圖紙,word,說明書,仿單 目錄 一．概述 ……………………………………………………… 1 1 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 ……………………………… 1 2 本課題設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 …………………………… 1 3 總體方案設(shè)計(jì) ………………………………………… 1 3.1 驅(qū)動(dòng)控制方式 ………………………………… 1 3.2 傳動(dòng)形式確定 …………………………………… 1 二．機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………… 2 1 工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 …………………………… 2 2 X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………… 2 2.1 X軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………… 2 2.2 X軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………… 3 2.3 X軸聯(lián)軸器選擇 ……………………………… 4 3 Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………… 4 3.1 Y軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………… 4 3.2 Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………… 5 3.3 Y軸聯(lián)軸器選擇 …………………………………… 6 4 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇 …………………………… 6 四.繪制裝配圖 …………………………………………… 9 五.電氣原理圖設(shè)計(jì) …………………………………… 10 六.參考文獻(xiàn) ………………………………………… 11 一．概述 1 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，所進(jìn)行的機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的綜合性訓(xùn)練。通過該環(huán)節(jié)達(dá)到下列目的： （1）鞏固和加深專業(yè)課所學(xué)的理論知識(shí)； （2）培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際，解決工程技術(shù)問題的動(dòng)手能力； （3）進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的基本功訓(xùn)練，包括以下10方面基本功： 1）查閱文獻(xiàn)資料； 2) 分析與選擇設(shè)計(jì)方案； 3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4）電氣控制原理設(shè)計(jì)； 5）機(jī)電綜合分析； 6）繪工程圖； 7）運(yùn)動(dòng)計(jì)算； 8) 動(dòng)力計(jì)算和和精度計(jì)算 9）撰寫設(shè)計(jì)說明書； 10）貫徹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 2 本課題設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的原始數(shù)據(jù)，在教師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)工作。原始數(shù)據(jù)包括①典型工況下，工作臺(tái)速度、進(jìn)給抗力及臺(tái)面上工作物重量；②工作臺(tái)定位精度、臺(tái)面尺寸和行程。 設(shè)計(jì)具體要求完成以下工作： 序號(hào) 工作內(nèi)容 要求 數(shù)量 1 數(shù)控工作臺(tái)裝配圖 1：1比例或0＃圖幅 1張 2 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖 2＃圖幅 1張 3 設(shè)計(jì)說明書 10～20頁 1本 所有圖樣均采用CAD繪制打印，設(shè)計(jì)說明書按規(guī)定撰寫。 3 總體方案設(shè)計(jì) 3.1 驅(qū)動(dòng)控制方式 由給定的工作臺(tái)精度要求較低，為了簡化結(jié)構(gòu)，采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)聯(lián)軸器后，帶動(dòng)滾珠絲桿傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)二維數(shù)控精密工作臺(tái)的縱向（Y軸）、橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 3.2 傳動(dòng)形式確定 工作臺(tái)X方向和Y方向兩個(gè)坐標(biāo)分別采用步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。 工作臺(tái)Y方向和X方向都采用直接傳動(dòng)方式，電機(jī)通過剛性聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。絲杠轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出完全與電機(jī)的輸出特性一致。 二．機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 根據(jù)臺(tái)面尺寸為230×180，根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，初步估計(jì)取工作臺(tái)厚度30mm，則重量：按重量=體積×材料比重估算（其中工作臺(tái)為鑄鐵，密度為 7.8×Kg/m3,重力加速度10N/Kg X向拖板（上拖板）: 取Y向拖板= X向拖板 估計(jì)上絲桿長度，，為余程查表5-4取20mm，--絲杠螺紋全長140（mm）,電動(dòng)機(jī)約2kg，導(dǎo)座中間中空部分尺寸為200mm×100mm,托板和導(dǎo)軌合估計(jì)為 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分為: 工作物重為,另外絲杠和聯(lián)軸器約為20N 所以總重量 2 X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 X軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）滾珠循環(huán)方式和軸向間隙預(yù)緊方 查表5-1, 選擇外循環(huán)插管式 查表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式. 預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度. （2）滾珠絲杠的選擇 取基本導(dǎo)程為5mm ,由導(dǎo)程查得余程le=20 mm， 絲杠有效行程lv=120mm 定位精度 所以有效行程內(nèi)的平均行程誤差 查表5-5 有效行程120 315mm ，允許偏差 所以絲杠的精度等級(jí)為T1 級(jí) 滾珠絲杠副的選擇： 本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動(dòng)負(fù)荷Ca≥Caj選擇滾珠絲杠副 Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半 進(jìn)給抗力 =80N 滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步矩角α=0.36°,初定脈沖當(dāng)量 δ=0.005mm/p(選擇過程在電動(dòng)機(jī)的選擇中說明) 所以 Lh--絲杠工作壽命(h). 查表5-7得Lh=15000 h. ft--溫度系數(shù). 查表5-8,得ft=1 fa--精度系數(shù). 查表5-9得fa=1 fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查表5-10得fw=0.95 fh--硬度系數(shù).查表5-11得fh=1 fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21（可靠度為99%） 計(jì)算得 按核定動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠副，所以查指導(dǎo)書表3-13，選擇北京機(jī)床研究所JCS系列的CDM2005—2.5，它的基本動(dòng)載荷=8451N 基本靜載荷=18352N，足夠用。 2.2 X軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 導(dǎo)軌型式：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 取動(dòng)導(dǎo)軌長度 動(dòng)導(dǎo)軌行程 余程 支承導(dǎo)軌長度 假設(shè)目標(biāo)壽命為10年，根據(jù)題意得 有效行程 所以滑塊每分鐘往返次數(shù)：次 額定壽命 計(jì)算四滑塊的載荷 計(jì)算需要的動(dòng)載荷 查機(jī)電一體化書表2-14表2-18 得： 代入數(shù)據(jù)得，查指導(dǎo)書表2-20，選擇日本NSK滾動(dòng)導(dǎo)軌，型號(hào)為LY15AL,基本額定動(dòng)載荷=605N 基本額定靜載荷=745N，滿足要求。 2.3 X軸聯(lián)軸器選擇 公稱轉(zhuǎn)矩： 查機(jī)械設(shè)計(jì)書P351 表14-1得 轉(zhuǎn)矩： 查表得 取A23型柔性彈性聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為0.5N·m 許用轉(zhuǎn)速25000r/min 直徑d 在之間，滿足要求。 3 Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 Y軸滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）滾珠循環(huán)方式和軸向間隙預(yù)緊方 查表5-1, 選擇外循環(huán)插管式 查表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式. 預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度. (2)（2）滾珠絲杠的選擇 由表5-3 初步選擇基本導(dǎo)程為5mm ,由導(dǎo)程查得余程le=20 mm， 絲杠有效行程lv=120mm 定位精度 所以有效行程內(nèi)的平均行程誤差 查表5-5 有效行程120 315mm ，所以絲杠的精度等級(jí)為T1 級(jí) 滾珠絲杠副的選擇： 本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動(dòng)負(fù)荷Ca≥Caj選擇滾珠絲杠副 Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半 進(jìn)給抗力 =80N 滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步矩角α=0.36°,初定脈沖當(dāng)量 δ=0.005mm/p, 所以 Lh--絲杠工作壽命(h). 查表5-7得Lh=15000 h. ft--溫度系數(shù). 查表5-8,得ft=1 fa--精度系數(shù). 查表5-9得fa=1 fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查表5-10得fw=0.95 fh--硬度系數(shù).查表5-11得fh=1 fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21（可靠度為99%） 計(jì)算得 按核定動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠副，所以查指導(dǎo)書表3-13，選擇北京機(jī)床研究所JCS系列的CDM2005—2.5，它的基本動(dòng)載荷=8451N 基本靜載荷=18352N，足夠用。 3.2 Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 導(dǎo)軌型式：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 取動(dòng)導(dǎo)軌長度 動(dòng)導(dǎo)軌行程 余程 支承導(dǎo)軌長度 假設(shè)目標(biāo)壽命為10年，根據(jù)題意得 有效行程 所以滑塊每分鐘往返次數(shù)：次 額定壽命 計(jì)算四滑塊的載荷 計(jì)算需要的動(dòng)載荷 查機(jī)電一體化書表2-14表2-18 得： 代入數(shù)據(jù)得 查指導(dǎo)書表2-20，選擇日本NSK滾動(dòng)導(dǎo)軌，型號(hào)為LY15AL,基本額定動(dòng)載荷=605N 基本額定靜載荷=745N，滿足要求。 3.3 Y軸聯(lián)軸器選擇 公稱轉(zhuǎn)矩： 查機(jī)械設(shè)計(jì)書P351 表14-1得 轉(zhuǎn)矩： 查表得 取A23型柔性彈性聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為0.5N·m 許用轉(zhuǎn)速25000r/min 直徑d 在之間，滿足要求。 4 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)確定及選擇 根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此確定此向電機(jī) 4.1脈沖當(dāng)量選擇 初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步距角，由于要求平臺(tái)定位精度： ，取定位精度的（）， X方向： Y方向： 所以XY方向脈沖當(dāng)量都可以取 中間齒輪傳動(dòng)比為 所以都可以采用直接傳動(dòng)方式 4.2等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（不計(jì)傳動(dòng)效率） 查表指導(dǎo)書表2-9，型號(hào)為CDM2005-2.5的絲杠，公稱直徑d=20mm 鋼的密度為 絲杠長度為340mm Y以上平臺(tái)和工作物重總重折算到軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 因此，折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4.3 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下均為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩） 由式（4-7）-（4-9）可知： ——滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，取0.8 ——絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，取0.9 ——預(yù)緊力，取 絲杠預(yù)緊引起的折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩： 所以 取啟動(dòng)加速時(shí)間 查指導(dǎo)書，初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)90BF006 最大靜轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 , =2400Hz. 所以可以得到： 加速轉(zhuǎn)矩 快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 最大工作負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩 快速進(jìn)給所需轉(zhuǎn)矩 從上可知，一般情況做為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù) 滿足所需的轉(zhuǎn)矩要求 4.4 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn) 說明慣量可以匹配 電機(jī)帶慣量最大啟動(dòng)頻率 所以,與fc對(duì)應(yīng)的Mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求. 綜上所述,可選該型號(hào)步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量. 四.繪制裝配圖 1.標(biāo)注裝配圖尺寸、配合與精度等級(jí)。包括特性尺寸、最大體形尺寸、安裝尺寸和主要零件的配合尺寸。 2.寫出工作臺(tái)的技術(shù)特征。 3.編寫技術(shù)要求。 4.對(duì)所有零件進(jìn)行編號(hào)。 5.列出零件明細(xì)表及標(biāo)題欄。 6檢查裝配圖。 五.電氣原理圖設(shè)計(jì) 5.1典型數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖說明 單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī),不同系列的單片機(jī)共同的特點(diǎn)是：控制功能強(qiáng)；體積小；功耗低；成本低。由于上述優(yōu)越性能，單片機(jī)已在工業(yè)、民用、軍用等工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.如電氣原理圖所示的就是通過單片機(jī)及其外圍接口實(shí)現(xiàn)的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖。它由8031型單片機(jī)、數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、存儲(chǔ)器EPROM2764、RAM6264、地址譯碼器74LS138、并行I/O接口8255等集成電路構(gòu)成。下面分別說明它們?cè)谡麄€(gè)控制部分中的功能、用法及其選擇原則。 5.2 單片機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，首先要設(shè)計(jì)其核心的單片機(jī)系統(tǒng)。選擇單片機(jī)，首先要滿足所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能和性能要求；其次要選擇價(jià)格較低的芯片，另外要選擇那些在國內(nèi)有成熟的開發(fā)系統(tǒng)和穩(wěn)定的供貨來源。 本課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)型的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)，其功能比較簡單，成本低。因而這里選用MCS-51系列的8031單片機(jī)作為CPU，它具有良好的性能價(jià)格比，且易擴(kuò)展。 5.3 外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 MCS-51的程序存儲(chǔ)器空間為64K字節(jié)。對(duì)于片內(nèi)無ROM的單片機(jī)（如8031），或當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展是必不可缺的。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EPROM、EEPROM、ROM等在原理上都可用作單片機(jī)的外部程序存儲(chǔ)器。由于EPROM價(jià)格低廉，性能可靠，所以單片機(jī)外部擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器一般為EPROM芯片，在選擇外部程序存儲(chǔ)器電路時(shí)，應(yīng)注意電路的讀取時(shí)間能否與MCS-51的PESN信號(hào)匹配。其片選端接地。由于本設(shè)計(jì)程序容量不大，因而選用2764作為外部程序存儲(chǔ)器。 5.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 對(duì)大多數(shù)控制性應(yīng)用場合，MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部RAM已能滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。對(duì)需要較大容量數(shù)據(jù)緩沖器的應(yīng)用系統(tǒng)，就需要在單片機(jī)的外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在電氣原理圖中根據(jù)設(shè)計(jì)功能要求選用一片6264作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖中其高5位地址線A8～A12由8031的P2.0~P2.4口線提供，低8位地址線A0~A7接地址鎖存器74LS373輸出端。讀、寫控制信號(hào)分別接8031的RD、WE。其片選信號(hào)通過地址譯碼法進(jìn)行選通。 5.5 I/O口擴(kuò)展電路 本課程設(shè)計(jì)因采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。為了降低成本，特采用可編程外圍并行接口芯片8255。使其不僅完成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功能，同時(shí)完成與鍵盤/顯示器的接口操作功能。 5.6 顯示器接口設(shè)計(jì) 電氣原理圖中，由10片共陽極LED顯示塊拼成10位LED顯示器。為了簡化硬件電路，采用動(dòng)態(tài)顯示方式。即所有位的段選線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由8031的P1.0~P1.7口來控制LED顯示器的段碼，而各位的位選線分別由相應(yīng)的I/O口線控制。即PC0~PC7、PB6~PB7共10個(gè)I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。為了保證各位LED能夠顯示出本位相應(yīng)的顯示字符，而不出現(xiàn)閃爍，導(dǎo)致人眼看不清，必須根據(jù)人眼視覺暫留現(xiàn)象，選擇一個(gè)合適的掃描頻率。圖中選用74LS07進(jìn)行同相驅(qū)動(dòng)。 5.7鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。電氣原理圖中采用矩陣式鍵盤接口，鍵盤接口電路通過8255（U5）的PA0~PA3和PC0~PC7、PB6~PB7構(gòu)成行、列線。按照逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)（即掃描）來確定閉合鍵的位置。 5.8 步進(jìn)電機(jī)的接口電路設(shè)計(jì) 對(duì)于本課程設(shè)計(jì)中選用的步進(jìn)電機(jī)，為五相，無論它工作在什么方式，都需要五路控制電路，并且每一路對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的一相。而每一路控制電路的結(jié)構(gòu)是一樣的。電氣原理圖中通過8255（U5）的PB0~PB4分別控制X方向步進(jìn)電機(jī)的五相。對(duì)于Y軸步進(jìn)電機(jī)通過8255（U6）的PC0~PC4分別控制Y方向步進(jìn)電機(jī)的五相。 5.9限位開關(guān)及其反饋信號(hào)檢測 選擇限位開關(guān)時(shí)可根據(jù)額定電壓、額定電流、開啟頻率、觸點(diǎn)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行。選擇行程開關(guān)，安裝于導(dǎo)軌的兩端。其作用是控制信號(hào)的通斷，然后由單片機(jī)系統(tǒng)檢測該信號(hào)的有無，實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的換向與否的目的。原理圖中通過8255（U5）的PA4~PA7口檢測步進(jìn)電機(jī)是否到位，從而采取相應(yīng)的控制措施。 六.參考文獻(xiàn) [1] 機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 [2] 吳宗澤主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) .第二版 .北京 .高等教育出版社 . 1999 [3] 濮良貴主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì) . 第七版 . 北京： 高等教育出版社 . 2001 [4] 鄭堤，唐可洪主編. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 北京機(jī)械出版社. 11