(光机电系统综合课程设计_一维数控工作台设计说明书.docxVIP

光机电系统综合课程设计一位数控工作台设计说明书姓名：吴祥龙学号业班级：仪器学院光信息07-1班指导老师：陶晓杰张腾达二〇一〇年十一月一、总体方案设计1.1 设计任务设计一个一维数控工作台，定位精度小于等于±0.01mm。设计参数如下：工作台尺寸C×B×H＝100mm×100mm×20mm；承受载荷：Pz = 8Kg，Px = 2Kg，Py = 15Kg；最大移动长度L= 300mm；工作台最大快移速度为2.5m/min。并且丝杠与电机之间的连接部分采用齿轮传动。1.2 总体方案确定（1）机械设计通过给定的参数，计算确定系统脉冲当量，计算运动部件惯性，确定伺服电机，滚动丝杠螺母计算和选型，齿轮的计算与选型，在此基础上，绘制机械系统装配图。（2）电学设计本设计采用了与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MCU部分、存储器扩展部分、键盘与LED显示部分、I/O接口、光电耦合电路控制、步进电机、测速部分。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）光学设计系统的测速部分是由光学设计部分完成，光学设计部分要求利用光栅设计一个光电传感器，利用此传感器可以测量步进电机转动的角度、线度等信息，为数控系统的闭环或半闭环控制提供参数。主要设计参数是：步进电机每转动一步（一个步距角）至少输出5个脉冲当量。图1-1 系统总体框图二、机械系统设计2.1、工作台外形尺寸及重量估算工作台尺寸：长宽高100×100×20重量：按重量=体积×材料比重估算N2.2、滚动导轨的参数确定（1）、导轨型式：这里选择闭式滚珠导轨，闭式滚珠导轨承载能力较小，但方向精度高，摩擦力小，耐磨性较好，对温度变化不敏感，符合本设计要求。（2）、导轨长度工作台大小为100×100mm2，同时设计要求最大移动距离为300mm，工作时的余量留20mm，因此初选导轨长度为420mm，选择导轨的型号：GTA16（3）、滚动副的选择 滚动副承受的负载为工作台重量以及工作台负载重量因此查表，初选KL型导轨副JSA-LG25，额定动载荷17.7KN；额定寿命计算得：ε：滚珠时；K:滚珠时Km；F为计算载荷，取96N.同时查阅手册，得到。因此： ；已经充分满足要求（4）、直线滚动轴承的选型由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP型直线滚动轴承的额定动载荷为370N，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP型直线滚动轴承。并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。（5）、滚动导轨刚度及预紧方法当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。2.3、滚珠丝杠的设计计算（1）、最大工作载荷的计算滚珠丝杠的工作载荷是指滚珠丝杠副在2驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。对于矩形滚动导轨：其中K和分别为考虑到颠覆例句影响的实验系数和导轨的摩擦系数，对于矩形导轨，。对于计算，我们去较大值，因此取0.005。则（2）、最大动负载Q的计算查表得系数，；查表，额定寿命t一般取15000h，初选丝杠螺距(也为丝杠基本导程)得丝杠转速所以工作寿命最大动载荷（3）、滚珠丝杠螺母副几何参数计算表2-1 滚珠丝杠螺母副几何参数名称符号计算公式和结果螺纹滚道公称直径10螺距接触角钢球直径螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）见表2-1。(4)、传动效率计算式中：——摩擦角,取滚动摩擦系数；——丝杠螺纹升角。⑷、刚度验算滚珠丝杠受工作负载P引起的总误差为式中：；；；；计算得丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程总误差查表知E级精度的丝杠允许误差，故刚度足够。⑸、稳定性验算由于丝杠两端采用止推轴承，所以非常稳定，故不需要稳定性验算。2.4、步进电机的选用进电丝杠与电机之间采用齿轮连接驱动，在本设计中取传动比，这样可等效认为步进电直接与丝杠连接，有利于简化结构，提高系统精度。（1）、步进电机的步距角而取，因此。取系统脉冲当量，初选步进电机步距角。（2）、步进电机启动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做功有如下关系式中： ——电机转角； ——移动部件的相应位移； ——机械传动效