鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)的設(shè)計

37頁 16000字?jǐn)?shù)+論文說明書+任務(wù)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(wù)書.doc

工作臺零件.dwg

滾動導(dǎo)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(shè)計說明書.doc

摘要

X-Y數(shù)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(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，通常由導(dǎo)軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計算機(jī)，也可以設(shè)計專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 X-Y數(shù)控工作臺；伺服電動機(jī)；數(shù)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(shè)計目的及意義 1

1.3總體方案的設(shè)計 2

2交流伺服電動機(jī)的選型 3

2.1交流伺服電動機(jī)的選型........3

  2.1.1電機(jī)的選擇依據(jù)...........4

2.1.2電機(jī)的負(fù)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(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式 8

3.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)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(shè)計滾珠絲杠應(yīng)注意的問題 15

4聯(lián)軸器的選型 17

4.1聯(lián)軸器的介紹 17

4.2選擇聯(lián)軸器的類型 17

4.2.1初選聯(lián)軸器的類型 17

4.2.2初選聯(lián)軸器 18

4.3聯(lián)軸器的校核 19

4.3.1轉(zhuǎn)矩的校核 20

4.3.2銷的抗剪強(qiáng)度的校核 20

5導(dǎo)軌的選型及計算 21

5.1 導(dǎo)軌的組成種類及其應(yīng)滿足的要求 21

5.2導(dǎo)軌材料的選擇及熱處理 21

5.2.1導(dǎo)軌材料的選擇 21

5.2.3導(dǎo)軌的熱處理 22

5.3導(dǎo)軌的選型及長度估算 22

5.4導(dǎo)軌副的額定壽命計算 23

5.5滾動導(dǎo)軌副的技術(shù)要求 25

5.6導(dǎo)軌防護(hù)罩的設(shè)計 25

5.6.1導(dǎo)軌防護(hù)罩的介紹 25

6.6.2導(dǎo)軌防護(hù)罩的選擇 25

5.7導(dǎo)軌的注意事項 26

6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件電路設(shè)計 27

結(jié)論 29

致謝 30

參考文獻(xiàn) 31

1緒論

1.1課題的選擇背景

X – Y數(shù)控工作臺是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機(jī)的平面移動系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但基本原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個有機(jī)整體。在中小形企業(yè)中，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，且大都是一些適應(yīng)市場的單件，小批零件，若由數(shù)控機(jī)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(xiàn)實。為此，數(shù)控工作臺，作為工裝與通用機(jī)床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復(fù)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(jīng)濟(jì)性。X - Y工作臺的機(jī)電一體化系統(tǒng)可以設(shè)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動，系統(tǒng)中不設(shè)置傳感與檢測設(shè)備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動，并在電機(jī)輸出軸端設(shè)置傳感與檢測設(shè)備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機(jī)驅(qū)動，但檢測與傳感設(shè)備設(shè)置在工作臺末端。數(shù)控交流伺服X-Y工作臺系統(tǒng)是由控制計算機(jī)部分、伺服驅(qū)動部分、機(jī)械傳動部分及檢測部分組成，采用控制方式。

1.2設(shè)計目的及意義

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計訓(xùn)練。其目的是：

1）能夠正確運用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點和設(shè)計思想、設(shè)計方法，了解設(shè)計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力

2）通過機(jī)械部分設(shè)計，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；

3）通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機(jī)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(shè)計提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高

1.3總體方案的設(shè)計

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

X-Y工作臺的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的保護(hù)性，X軸及Y軸兩端配有高質(zhì)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(guān)，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(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。其具體參數(shù)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(zhì)量3KG

         縱向脈沖當(dāng)量0.0125mm

         橫向脈沖當(dāng)量0.0125mm

         滾珠絲杠直徑D 25mm

         滾珠絲杠節(jié)距P 6mm

（一）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計

1）傳動機(jī)構(gòu)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。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)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(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。

2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動直線導(dǎo)軌。滾動直線導(dǎo)軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動機(jī)。

6.2系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計

（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容

數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)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(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)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(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。

（3）插補程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補，分配進(jìn)給脈沖。

（4）伺服控制程序。根據(jù)插補運算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)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(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。

（6）機(jī)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(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。

（二）系統(tǒng)控制功能分析

數(shù)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(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。

（2）、工作臺復(fù)位。開機(jī)后工作臺應(yīng)該自動復(fù)位，亦可手動復(fù)位。

（3）、輸入和顯示加工程序。

（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，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(yīng)該立即停止工作臺的運動，并顯示相應(yīng)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(lián)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(jī)后即進(jìn)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(shè)計管理程序時，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)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(jī)等。

（四）自動加工程序設(shè)計

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

（2）計算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；

致謝

經(jīng)過艱苦的努力，在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利地完成本次設(shè)計。通過本次設(shè)計，一方面在課題中通過對X-Y工作臺的設(shè)計學(xué)到不少的東西，另一方面也深刻感到了自己的不足。本次設(shè)計，是對我們大學(xué)學(xué)習(xí)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(jié)合起來。這是大學(xué)一個好的結(jié)尾，也是走上工作崗位的一個好的開端。

本次設(shè)計通過老師精心指導(dǎo)，我從方案的擬定到結(jié)構(gòu)設(shè)計，到零件的設(shè)計計算，到零件的強(qiáng)度校核，到零件圖裝配圖的繪制，內(nèi)容涉及面廣。這是對大學(xué)學(xué)習(xí)成果的一次極好的檢驗、重溫和深化。這次設(shè)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(shù)人員的責(zé)任感，學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的東西，增加了實踐、設(shè)計體驗，提高了查閱資料、工具手冊和編寫技術(shù)文件的能力，并認(rèn)識了自己的不足。最后，向所有支持和關(guān)心過我的老師、同學(xué)、朋友表示真誠的謝意！

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