数控铣床XY工作台设计.docx
数控铳床XY工作台设计说明书设计题目：数控铳床XY工作台设计班级：机自0402班设计者：IU学号：0400041024指导教师：1222江南大学机械工程学院2008年1月设计任务3一.系统总体方案设计3（一）机械系统3（二）接口设计3（三）伺服系统设计4（四）操纵系统设计4二.机械系统的设计计算4（一）滚珠丝杠的选型与计算4（二）滚动直线导轨的选型与计算7（三）电机的选择8（四）光电开关的选择10（五）限位开关的选择10三操纵系统设计121.操作面板的布置图122 .操作面板功能介绍123 .操纵系统原理框图155、光电开关与限位开关信号采集原理156、键盘、显示器接口电路分析15四程序16五参考文献19设计任务：X方向行程:300mmY方向行程:200mm工作台面的参考尺寸：500X30Omm平均切削力：15OON平均切削进给速度:60Ommmin最高运动速度:6m/min定位精度：±0.02nn工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一系统总体方案设计I X方向传 一动机构刁X方向传 动机构微型机机电接口驱动电路步进电机八/八步进电机人机接口由设计任务书知,本次设计可使用如下方案(一)机械系统1.传动机构使用滚珠丝杠副2 .导向机构使用滚动直线导轨3 .执行机构使用步进电机(二)接口设计1 .人机接口(1)使用键盘作为输入(2)使用LED作为指示标志(3)使用数码管作为显示器2 .机电接口使用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离.(三)伺服系统设计使用开环操纵(四)操纵系统设计二.机械系统的设计计算(一)滚珠丝杠的选型与计算由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm,工作寿命L=8×25O×8=l6000,传动精度要求b=±0.02加n>n设导程P=5 mm ,则600 i, =120rmm56000 Snn /=1200r / min5(1)求计算载荷耳=KFKK,K”=1.2X1.0X1.0X1600=1920N由条件渣机电一体化系统设计表2-6取Kf=1.2,查表26取K,=1.2,表2-4取D精度，查表2-6取KA=IQ(2)计算额定动载荷计算值Ca、由式(2-4)Cd =1.67 ×104= 9336N(3)根据C选择滚珠丝杠副假设选用FCl型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或者稍大于C"的原则,查表2-9选下列型号规格FC1-2505-2.5Ca=9610公称直径4=25皿导程P=5三螺旋角4=3。38'滚珠直径d0=3.175，%加按表2-1中尺寸计算滚道半径R=0.52d0=0.52×3.175=1.651mm偏心、星巨e=0.07(/?一B)=0.07(1.651-=00044mm丝杠内径4=4+2e-2R=25+2x0.00442x1.651=21.7bw?(4)稳固性验算1由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳,因此在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构同意安全系数丝杠不可能发生失稳的最大载荷称之临界载荷以=华其中E=206Gpa1.=O.3mIa=皿=4oS1714=109l0-8m4°6464取=2则心=乂篝3*53x105%3(×0.3)2安全系数S=Z="3x*=368.98Fm15×103查表2-10S=2.5-3.3S>S丝杠是安全的,不可能失稳<2)高速长丝杠工作时可能发生共振,因此需验算其不可能发生共振的最高转速临界转速”,要求丝杠的最大转速nm<%Hcr=9910£4=991039f002821=8293328min(×0.3)2nmax<nt因此丝杠不可能发生共振(3)此外滚珠丝杠副还受。值的限制,通常要求Z<7×1047irminD0n=25×120w7rmin=3×103w2min<7×04mmr/min(5)刚度验算滚珠丝杠在工作负载F(N)与转矩T(Nm)共同作用下引起每个导程的变式中，A为丝杠截面积，A=(M)”为丝杠的极惯性矩，JC=Md：(/)；G为丝杠切变模量,对钢G=83.3GPa;T(Nm)为转矩.r=E"?tan(4+p)式中，夕为摩擦角,其正切函数值为摩擦系数；力为平均工作载荷,取摩擦系数为tanp=0.25,贝IJ得P=8'4025T=1500y×IO3tan(3o38'+8'40)Nm1.25Nm按最不利的情况取(F=/)a,PFp2T4pFf)p2T4x5xl5(X)xl炉16×(5×103)21.25八i,2FEA2GJcTrEd；lGd3J4×2O6×1O9×O.O2I7123.142×83.3×IO9×0.021714则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为AL=心二。.33m刎p5×10通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2,即LCr=JX0.02=0.01w7i=0tn该丝杠的L满足上式,因此其刚度可满足要求.(6)效率验算tan2tan3o38zx_=；=0.947tan(2+p)tan(3o38+8'40")要求在90%95%之间,因此该丝杠副合格.经上述计算验证,FC1-2505-2.5各项性能均符合题目要求,可选用.(二)滚动直线导轨的选型与计算Y方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为4=8x250x8=16000人由&S竺得)2s/1。3#1-2m60加印5366ft2lxn5h5IOoo因滑座数M=4,因此每根导轨上使用2个滑座,由表2-15-2-18确定£=0.81=lA=Iv=2则由式29,G=K(&/包)3fwF得Ca=LGA八"二加:425NfJrfcM4X方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为4=8x250x8=16000人由&S"得7>2M/103=2x16000x0.3x4x6%=2304。ft21nShS1000因滑座数M=4,因此每根导轨上使用2个滑座,由表2-15218确定£=0.81A=IA=I<V=2则由式2-9, Ts = KkJj1UCa,fw FfJfcC42532304/50x200.81×llCa=M=3762.2选用汉江机床厂的HJG-D系列滚动直线导轨,查表2-13,其中HJG-D26型号的导轨的Ca值为17600,能满足八年的使用要求.（三）电机的选择1 .电机类型选择在开环操纵的中小型伺服系统中,能够使用步进电机。减速器传动比计算.ap1.5×5C1 .一2360%360x0.01一选各传动齿轮齿数分别为Z1=20,Z2=40,模数m=2mm,齿宽b=20mm.。大齿轮使用双圆柱薄片齿轮错齿调整。强度强度检验略。2 .电动机轴上总当量负载转动惯量计算初选步进电机75BFOo1,人=0.617x10-3依.小.-×7.8×103×0.044×0.02252JZl=-kgtn3.9×10zn-×7.8×103× 0.084 ×0.0232kg m2 6.3×104 kg m2将各传动惯量及工作台质量折算到电动机轴上，得总当量负载转动惯量。惯量匹配验算w = (3.9×105 + -×6.3×10 4 +" j) × 100) m2 2.I2×I04gw2jl = 2.12×1Q-4TZO.617x10-30.34,满足要求。4步进电机负载能力校验步进电动机轴上得总惯量:j=jm+jd=(0.617×10-3+2.12×10-4)w2=8.29x10-4m2空载启动时，电动机轴上得惯性转矩:. .2 Wmax Tj=JE = JfP r= 829xl04××60Nm 8.33Nm电动机轴上得当量摩擦转矩:P 口 ，i Fn =mg = 1i 2i一 0.0° JXIOOX9.8Xo.2Nw0.107Vm2万 X 0.8 X 2总功率取为 = 0.8设滚动丝杠螺母副得预紧力为最大轴向载荷得！,则因预紧力而引起的、折算到电动机轴上的附3加摩擦转矩为7I=-R(l-)= 0,0°5- ××(l-0.92)w0.078yVm ° 2ri °° 2乃 X 0.8 X 23工作台上的最大轴向载荷折算到电动机轴上的负载转矩为2via°0°5 X 248ON ml.23N tn 2% X 0.8x2因此空载启动时电动机轴上的总负载转矩为Tq=Tj+T+T0 = (8.33+0.10 + 0.078)N m = 8.508N m在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为7；=7；+7；+” = (L23 + 0.10+ 0.078)Nm = 1.408Nm按表5-5查得空载启动时所需电动机最大静转矩为Tq _ 8.5080.866 0.8669.82按式5-39可求得在最大外载荷下工作时所需电动机最大静转矩为T2=-2.8164.69Nin520.30.57；>4=9.82,所取步进电机能正常启动（四）光电开关的选择产品简介E3R型放大器内置型光电传感器，低成本，小型光电传感器，使用了耐药品、耐油性都很优秀的特氟龙（PFA）能够民晶圆片洗净槽的硫酸等高温液体的检测相对应。（-40+200°C）,实现了0.5mm的高重复精度。使用了防止液体的结构。应用范围能为制造过程提供高性能的目标探测、定位与高分辨率检测,适用于半导体工业中的目标检测等应用产品性能说明检测方式：对射型检出距离：5M动作模态：遮光时0N,入光时ON（可切换）选择的产品型号：E3R-5E42MBYOMC（五）接近开关的选择分类螺仪圆柱图外5!M8«lM8*lM8M8安装方式埋人式节埋入式埋入式非埋入式检测距离SnImm2mmImm2mm设定距寓Sa0-08mmQ-1.6Tnm0-0.8mm0*1.6mm标准检测体（A3钢）6*6Xlmm'6»6XImm>66×lmm,6x6"lmm1M>lL,1LMe1M8«1ICE±1÷中SYiU安装尺寸
