数控工作台XY课程设计

【实例简介】
数控机床设计，XY，横向，说明书（1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。 （2）计算机系统 本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。 （3）X-Y工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要
一、总体方案设计 1.1设计任务 题目:XY数控工作台的机电系统设计 任务:设计一种供立式数控铣床使用的ⅹY数控工作台,主要参数如下: 1)工作台面尺寸C×B×H=245m×255m×39mm; 2)底座外形尺寸C1×B1×H1=445m×445m×295m; 3)工作台加工范围X=99m,Y=99m; 4)XY方向的脉冲当量均为0.005m、脉冲;X、Y方向的定位精度均为±0.01mm; 5)负载重量G=295N; 6)工作台空载最快移动速度为3m/min;工作台进给最快移动速度为1m/min。 7)立铣刀的最大直径d=20mm; 8)立铣刀齿数Z=3 9)最大铣削宽度a。=20mm; 10)最大背吃刀量a。=10mm。 1.2总体方案确定 (1)机械传动部件的选择 ①导轨副的选择 ②丝杠螺母副的选择 ③减速装置的选择 ④伺服电动机的选择 ⑤检测装置的选择 (2)控制系统的设计 数控精密工作台 [动力涼 LED 软 8155 气部分 硬件——[AT89s5 进电机+驱动电路区动电路2 行元件 电磁铁 齿轮副 传动部件 机械部分 滚珠丝杠副 xY工作台 衮动导轨副 俘导向支承部件 轴率 传感检测部分一行程开关 图1-1系统总体框图 机械系统设计 2.1、导轨上移动部件的重量估算 重量:按重量=体积×材料比重估算(45钢密度7.85g/立方厘米 工作台面尺寸:245mm×255m×39m; 重量:16.88kg; 上导轨座(连电机)重量:(100.21kg+1.1kg)x10N/kg=1013.1N 夹具及工件重量:315N; Ⅹ-Y工作台运动部分的总重量G:800N 2.2、铣削力的计算 零件的加工方式为立式铣削,采用硬质合金立铣刀,工件的材料为碳钢。查表 得立铣刀的铣削力计算公式为 =118a083f0a0a10n013z 代入上式得:F=118×20×0.103×2003×103×30013×3N=1893N 其中,每齿进给量∫:=0.Jm,铣刀转速n=300r/min,可直接带入计算。采 用立铣刀进行圆柱铣削时,各铣削力之间的比值可査表得出,考虑逆铣时的情况, 可估算三个方向的铣削力分别为:F=1.1F=2082.3N F=0.38F=719.34N:F=0.25F=47325N 现考虑立铣,则工作台受到垂直方向的铣削力F2=F=719.34N,受到水平方 向的铣削力分别为纵向铣削力F=F=2082.3N(丝杠轴线方向),径向铣削力 =Fn=4732N。 2.3、直线滚动导轨的参数确定 (1)、滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 本设计中的ⅩY工作台为水平布置,采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑 最不利的情况,即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担,则单滑块所受的 最大垂直方向载荷为下x+F=1083N 其中,移动部件重量为G,外加载荷F=F2 根据计算出的工作载荷,初选符合要求的直线滚动导轨副的型号:JSA_LG20。 根据任务规定工作台面尺寸,加工范围及工作台整体尺寸的要求,选择导轨的 长度为445mm; (2)、额定寿命的L的校核计算(略) 2.4、滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时 的情况计算。 (1)、最大工作载荷F的计算 在立铣时,工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)为F,受到横向 的载荷(与丝杠轴线垂直)为F,受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)为F 已知移动部件的总重量G,按矩形导轨进行计算,査表,取倾覆力矩影响系数 K=1.1,滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为: F=KF +u(F +F+G) 1.1×2082.340.005×(719.34+47325+1476.93) ≈2303.54N (2)、最大动载荷F的计算 工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=1000mm/min,初选丝杠导程 P=5m,则此时丝杠转速n=v/P=220r/min; 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000,代入L=60nT/10°,得丝杠寿命系: L=180 查表,取载荷系数=1.2,滚道硬度为6OHRC时,取硬度系数f1=10,代 入式F=√L//nFn,求得最大动载荷F2=156075N (3)、初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程,査表,选择济宁博特精密丝杠制 造有限公司生产的系列型,其额定动载,大于F,满足要求。 表2-1滚珠丝杠螺母副几何参数 名称 符号 计算公式和结果 公称直径 32 螺距 5 接触角 B 45 螺纹滚道 钢球直径 3.175 螺纹滚道法面半径 R R=0.52d=1.65 偏心距 e=(R-a/2)sin6=004188 螺纹升角 y-ancg、l =2.85 螺杆外径 d=d-(02~0.25)d=313 螺杆 螺杆内径 d=do+2e-2R=28.79 螺杆接触直径 d, =do -d, cos B= 29.76 螺母螺纹外径 D=do-2e+2R=35.21 螺封螺母内径(外循环) D=d+(02-0.255)d4=327 (3)、传动效率计算 tgr tg285 7 =0.934 tg(y+q)1g(285+0.2) 式中:φ—摩擦角;y丝杠螺纹升角。 2.5、步进电机的选用 (1)、步进电机的步距角a 根据系统脉冲当量δ=0.005mwmn/脉冲,滚珠丝杠的导程P=5mm,初选步进 电机步距角c=075 (2)、步进电机快速空载启动时转轴所承受的负载转矩T1的计算 T,=T+T=20.3N.mm 其中T是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩;T是移动 部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。 2 J "×-=2.3Nmm 60r (2+)+M--=542×103Kg c 式中:J—折算到电机轴上的惯性负载(kgcm2);J—步进电机转轴的 转动惯量(kgcm2);J—齿轮1的转动惯量(kgcm2);J2齿轮2的转动 惯量(kgcm2);J3-滚珠丝杠的转动惯量(kgcm2);M移动部件质量(kg)。 对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算 J=078×103DL(kgcm2) 式中:D圆柱零件直径(cm);L零件长度(cm)。 所以J1=8.087x10(kg·cm2); J2=15.2x10(kg·cm2); J3=3.9x10(kg·cm2); 电机轴转动惯量很小,可以忽略。 3×1.5 m3606360×0.005 1.25×10 设步进电机由静止到加速至n所需时间为tn=0.4s,传动链总效率为n=0.7 r,=(h+o)=31.3Nmm; 2 式中:μ一导轨的摩擦系数,滑动导轨取0.16; F一垂直方向的工作负载,空载时取0; 7—传动链总效率,取0.7; i一传动比,i 15×5 4.17; 360360×0.005 步进电机最大工作负载状态下转轴所承受的负载转矩T2的计算 Tm2=7+7=(49.35+0.275)Nm=49.6Nm; T是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩;T是移动部件运动时折算到电 动机转轴上的摩擦转矩。 =49.35Nm; 2丌 u(F +G)P 0.275N 2 Te= max(Teol, Teo2 )=49.6N.m (3)、步进电机的最高工作频率 1000V 1000×3 nax HZ=10000Hz; 606 60×0.005 查表选用两个86BYG350AH0201型的步进电机,电机的有关参数见表22 主要技术数据 外形尺寸(m)重量 步距角最大最崆空相电压电流外径长度轴径 型号 ()静载数()(A) (Ncn)频率 step/s 86BYG350AH0.75250 3000327 69 3kg 0201 表2-2步进电机参数 2.5、确定齿轮传动比 因步进电机步距角a=075°,滚珠丝杠的导程P=5mm,要实现脉冲当量 δ=0.005mwm/step,在传动系统中应加一对齿轮降速传动。齿轮传动比 Z1E×3600.005×360 z2c×2k0.75×5 选Z1=12,Z2=25。 2.6、确定齿轮模数及有关尺寸 因传递的扭距较小,取模数m=2m,齿轮有关尺寸见表2-3 表2-3齿轮尺寸 Z 12 25 24 50 28 54 d,=d+2m(mm) dr=d-2×1.25m(mm) 19 45 b=(3~6)m(mm) 6 d1+d2 37 【实例截图】
【核心代码】