总体设计报告解析.doc

极坐标数控工作台总体设计书 小组成员：董胤泽 陈伯良 唐浩然 郑贤德 目录 一 需求分析 1.1用途与水平 1.2主功能 1.3 主功能频次与精度 二 功能与技术指标 三 系统结构原理方案设计 3.1总体原理方案分析 3.2总体方案选择 3.3机械类功能方案实施安排 3.4控制类功能方案分析 3.5控制类功能方案实施安排 3.6可行性分析 一 需求分析 现代工业生产线中，经常要用到分拣装置。对于细小零件的筛选与分拣，是生产线中重要的一环。本组针对于生产线上细小零件的分拣，设计了一种极坐标工作吊臂的移动机构。本机构可以针对传送带弯道的大量产品做出快速分拣。达到整理产品的目的。同时，因为本装置是在弯道工作的，可以大大缩短流水线的的长度。在工程实际上，有一定的应用价值 1.1用途与水平 极坐标工作台能够安装在生产线上，与机械爪结合，达到快速分拣与整理的目的。 1.2主功能 ①该装置应能实现平面极坐标形式（旋转+直线移动）连续运动。 ②可以显示运动位置参数（角度和直线移动位置）。 ③既可以自动运行也可以手动调整。 ④控制电路包括步进电机与直线驱动功能。 ⑤控制方式为闭环系统。 1.3 主功能频次与精度 极坐标工作台属于材料加工类的一般产品，应用频率较高。工作强度大。作为生产线上的产品，每天12小时,工作8年,250天/年，对系统的可靠性要求较高，精度达0.1mm。 二、功能与技术指标 序号 技术项目 技术要求 备注 1 工作台最大移动距离 500mm 2 工作台最大移动速度 100mm/s 3 工作台定位精度 0.2mm 4 工作台最大负载 5kg 5 工作台转动角度 90° 三 系统结构原理方案设计 3.1总体原理方案分析 数控极坐标工作台分两大类功能单元构成：机械类功能单元、控制类功能单元。机械类功能单元分为机械本体、传动机构、导向机构、电机以及主轴组件。控制类功能单元分为上位机用户界面软件、单片机及相应串口、驱动电路。 图1 极坐标工作台功能单元组成图 3.2总体方案选择 方案1：采用两个直线电机，配合工作台完成在半圆范围的运动 方案2：使用两个步进电机，配合滚珠丝杠，导轨，实现两坐标的运动 方案3：直线电机和步进电机相结合 方案4：使用液压装置与液压泵制作机械手臂 讨论：首先，我们的装置是要低成本的，液压装置的使用，与机械手臂的开发都是比较昂贵的。所以淘汰方案4.其次，直线电机的优点是响应速度快，最大速度与最大加速度都比步进电机大。同时可以承受的负载较高。但其造价远高于步进电机。稳定性与安全性相对于步进电机较弱。针对我们的设计面对的是小型加工流水线，且在精度方面，步进电机也能达到要求。最终决定，使用方案2，即使用两个步进电机。 3.2.1导向机构的选择 基于我们设计的机械结构，我们的导向机构有2种方案 方案1：使用滑动导轨 方案2：使用滚动导轨 讨论：滑动导轨要想做到与滚动导轨相同的性能，所需价格远高于后者，且滑动导轨易磨损，保养困难。所以最终选择方案2. 3.2.2传动机构的选择 极坐标工作台一轴要求将电机的旋转运动转换为直线运动，同时要满足精度要求高的要求，选用滚动丝杠螺母副。滚动丝杠螺母副具有传动精度高、动态响应快、运转平稳、预紧后可消除反响间隙等优点。 另一轴有两种方案 方案1：使用蜗轮蜗杆结构 方案2：使用齿轮传动 讨论：蜗轮蜗杆传动精度高，传动力矩大，有自锁功能。齿轮传动速度快，无自锁功能，传动效率高。考虑到装置的快速性，并且齿轮传动也能满足精度要求的情况下，我们选择了方案2. 3.2.3电机选用 步进电机是一种能直接将数字信号转换为角位移或者线位移的控制驱动软件，具有快速启停的特点，其驱动速度和指令能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节，运动速度不受电源电压及负载的影响。选用步进电机即可满足要求。 3.2.4机械本体设计 机械本体支撑导向机构，安装机械爪、驱动电路板。满足布局合理、结构紧凑、安全可靠的要求。由于我们设计进度比较靠前，这里给出整体结构模型。 3.3机械类功能方案实施安排 项目 负责人 完成时间 1、确定执行机构种类，机械本体结构，画出机构简图 董胤泽 已完成 2、画出零件草图、确定尺寸 唐浩然 已完成 3、建立零件三维模型，并装配为SolidWorks三维数字样机 唐浩然 已完成 4、画出总体装配图 唐浩然 详细设计第二天 5、审核总装图 唐浩然 详细设计第四天 表3机械类功能方案实施安排 3.4控制类功能