鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)的設計

37頁 16000字數+論文說明書+任務書+10張CAD圖紙【詳情如下】

X-Y工作臺裝配圖.dwg

Y向底座.dwg

任務書.doc

工作臺零件.dwg

滾動導軌副.dwg

滾珠絲杠副.dwg

電路圖.dwg

系統(tǒng)框圖.dwg

螺母支座.dwg

軸承支座.dwg

軸承端蓋.dwg

鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)的設計說明書.doc

摘要

X-Y數控工作臺是是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺，是許多機電一體化設備的基本部件，如數控車床的縱—橫向進刀機構、數控銑床和數控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的X-Y數控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。

關鍵詞 X-Y數控工作臺；伺服電動機；數控車床

Abstract

CNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.

Keywords  XY table  servo system  CNC machine tools

目錄

1緒論 1

1.1課題的選擇背景 1

1.2設計目的及意義 1

1.3總體方案的設計 2

2交流伺服電動機的選型 3

2.1交流伺服電動機的選型........3

  2.1.1電機的選擇依據...........4

2.1.2電機的負載力矩和慣量的計算...5

3絲杠的選型 7

3.1絲杠的介紹 7

3.1.1絲杠螺母機構基本傳動形式 7

3.1.2滾珠絲杠副的組成及特點 7

3.1.3滾珠絲杠副的典型結構形式 8

3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 9

3.1.5滾珠絲杠副的密封與潤滑 9

3.2絲杠螺母副的選擇 10

3.3絲杠的校核 11

3.4滾珠絲杠支承的選擇 12

3.4.1支承方式的選擇 12

3.4.2軸承的選擇 13

3.5設計滾珠絲杠應注意的問題 15

4聯軸器的選型 17

4.1聯軸器的介紹 17

4.2選擇聯軸器的類型 17

4.2.1初選聯軸器的類型 17

4.2.2初選聯軸器 18

4.3聯軸器的校核 19

4.3.1轉矩的校核 20

4.3.2銷的抗剪強度的校核 20

5導軌的選型及計算 21

5.1 導軌的組成種類及其應滿足的要求 21

5.2導軌材料的選擇及熱處理 21

5.2.1導軌材料的選擇 21

5.2.3導軌的熱處理 22

5.3導軌的選型及長度估算 22

5.4導軌副的額定壽命計算 23

5.5滾動導軌副的技術要求 25

5.6導軌防護罩的設計 25

5.6.1導軌防護罩的介紹 25

6.6.2導軌防護罩的選擇 25

5.7導軌的注意事項 26

6數控系統(tǒng)軟硬件電路設計 27

結論 29

致謝 30

參考文獻 31

1緒論

1.1課題的選擇背景

X – Y數控工作臺是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺。數控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的平面移動系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結構和功能各不相同，但基本原理相同。機電一體化系統(tǒng)是將機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結合而形成的一個有機整體。在中小形企業(yè)中，由于產品更新換代頻繁，且大都是一些適應市場的單件，小批零件，若由數控機床來解決這些零件的加工精度和自動化問題，因成本高，而不現實。為此，數控工作臺，作為工裝與通用機床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經濟性。X - Y工作臺的機電一體化系統(tǒng)可以設計為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進電機驅動，系統(tǒng)中不設置傳感與檢測設備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機驅動，并在電機輸出軸端設置傳感與檢測設備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機驅動，但檢測與傳感設備設置在工作臺末端。數控交流伺服X-Y工作臺系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅動部分、機械傳動部分及檢測部分組成，采用控制方式。

1.2設計目的及意義

《機電一體化系統(tǒng)設計》課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。其目的是：

1）能夠正確運用《機電一體化系統(tǒng)設計》課程的基本理論和相關知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產品）的功能構成、特點和設計思想、設計方法，了解設計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設計的初步能力

2）通過機械部分設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結構設計方法和步驟；

3）通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；

4）通過課程設計提高學生應用手冊、標準及編寫技術說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質的提高

1.3總體方案的設計

設計一臺鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)設計，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、運動控制器和PC機。

X-Y工作臺的機械主體部分直線導軌和滾珠絲杠，聯軸器，工作臺面。電氣部分的關聯性及傳動裝置的保護性，X軸及Y軸兩端配有高質量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點開關的位置可以打距離的調節(jié)。其具體參數如下：

         X方向行程:100mm        Y方向行程:100mm

         工作臺面的參考尺寸:150 150mm

         工作臺和工件最大物重質量3KG

         縱向脈沖當量0.0125mm

         橫向脈沖當量0.0125mm

         滾珠絲杠直徑D 25mm

         滾珠絲杠節(jié)距P 6mm

（一）機械系統(tǒng)設計

1）傳動機構為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉速為中轉速，精度要求為高精度。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯軸器連接。

2）導向機構采用滾動直線導軌。滾動直線導軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。導軌的導向精度要求高。

3）執(zhí)行機構采用交流伺服電動機。

6.2系統(tǒng)控制軟件的設計

（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內容

數控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現各種控制功能。按照功能可將數控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個部分：

（1）系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實現系統(tǒng)協(xié)調工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。

（2）零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設備輸入零件加工源程序的任務。

（3）插補程序。根據零件加工源程序進行插補，分配進給脈沖。

（4）伺服控制程序。根據插補運算的結果或操作者的命令控制伺服電機的速度，轉角以及方向。

（5）診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。

（6）機床的自動加工及手動加工控制程序。

（7）鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。

（二）系統(tǒng)控制功能分析

數控X-Y工作臺的控制功能包括：

（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進行必要的初始化工作，預置接口工作方式控制字。

（2）、工作臺復位。開機后工作臺應該自動復位，亦可手動復位。

（3）、輸入和顯示加工程序。

（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關。如監(jiān)視緊急停機鍵及行程開關，鍵盤掃描等功能。

（5）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應該立即停止工作臺的運動，并顯示相應的指示字符。

（6）、工作臺的自動控制。

（7）、工作臺的手動控制。

（8）、工作臺的聯動控制。

（三）系統(tǒng)管理程序控制

管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設計管理程序時，應確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機等。

（四）自動加工程序設計

（1）機床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位→刀具快速進給→加工→退刀→工作臺運動到下一位置；

（2）計算機在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機床完成加工；

致謝

經過艱苦的努力，在老師的辛勤指導下，終于順利地完成本次設計。通過本次設計，一方面在課題中通過對X-Y工作臺的設計學到不少的東西，另一方面也深刻感到了自己的不足。本次設計，是對我們大學學習的檢驗，是走上工作崗位的第一步，初步使我們將理論同實際結合起來。這是大學一個好的結尾，也是走上工作崗位的一個好的開端。

本次設計通過老師精心指導，我從方案的擬定到結構設計，到零件的設計計算，到零件的強度校核，到零件圖裝配圖的繪制，內容涉及面廣。這是對大學學習成果的一次極好的檢驗、重溫和深化。這次設計使我體會到時間的緊迫、工作的辛苦及一個合格工程技術人員的責任感，學到了許多書本上學不到的東西，增加了實踐、設計體驗，提高了查閱資料、工具手冊和編寫技術文件的能力，并認識了自己的不足。最后，向所有支持和關心過我的老師、同學、朋友表示真誠的謝意！

參考文獻

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