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项目名称：双坐标工作台系统 指导教师： 学 生：时 间：2013年5月 目 录 CONTENTS 2. 控制部分 1. 机械部分 3. 仿真部分 第一部分 机械设计部分 一、机械结构设计 1.1.项目研发目的 1.2.项目研发目标 1.3.项目研发要求 1.4.项目系统方案设计 1.5.项目研发分工 1.6.项目进度计划 1.7.项目研发难点分析 1.8.项目经费预算 1）通过研究“双坐标数控工作台系统”，培养进行机电一体化系统项目规划的能力； 2）通过研究“双坐标数控工作台系统”，培养机电一体化系统方案设计的能力。 1.1 项目研发目标 1.2 项目研发目的 研发一台教学型双坐标数控工作台系统，作为机电控制工程课程的实验教学平台，其必须满足教学要求。 1）功能要求：该系统可以实现在水平面上用笔描绘工作台运动轨迹图案，模仿数控加工工程。 2）性能要求： （1）自由度：2个（可扩展为3自由度）； （2）驱动：分别采用直流伺服电机和步进电机两种驱动方 式，步进电机采用开环控制，直流伺服电机半闭环控制； （3）工作台大小≤450×450mm2,有效行程在200mm以内； （4）定位精度1mm； （5）速度≤1mm/s； （6）负载≤200N 1.3 项目研发要求 1.4.项目系统方案设计 1）原理构思 根据项目研发要求，自由度为2个，我们选取此双坐标数控工作台的自由度为X轴方向的直线运动和Y轴方向的直线运动，驱动分别是直流伺服电机和步进电机两种，这两种电机分别带动传动机构，一部电机来实现工作台X轴方向的直线运动，一部电机来实现工作台Y轴方向的直线运动，该项目的功能要求是该系统可以实现在水平面上用笔描绘工作台运动轨迹图案，模仿数控加工工程，因此将笔架固定在工作台，在底板上铺一张白纸，当工作台根据要求来实现X-Y方向的运动时，笔架上的铅笔就会在工作台的带动下一起运动，从而在白纸上描绘工作台运动轨迹图案。 2）机构设计 （1）传动机构 方案一是丝杠螺母传动机构： 它的优点是传动效率高，精度高，噪音低，传动平稳，适合高速往返传动，可以实现微进给，它的缺点是传动长度不可太大，否则会因自重下垂变形。 方案二是齿轮齿条传动机构： 它的优点是承载力大，机构简单，传动精度较高，可无限长度对接延续，传动速度可以很高，2m/s，缺点：容易产生丢步现象，加工安装精度差，传动噪音大，磨损大，有侧隙，换向时有一定冲击；不适合高精度控制。 根据计算，通过查表，根据左图，我们可以发现规格最小的丝杠也能满足我们的要求，因此，我们选择丝杠：FFZD1204-3。 （2）导向支撑机构 根据项目研发要求，为了保证系统的精度，采用导向机构导轨来保证工作台沿着一定的方向运动，使系统准确地完成其特定方向的运动。 导轨分为三类，一类是圆柱面导轨，一类是滚珠导轨，另一类是液体静压导轨，圆柱面导轨的优点是加工和检验比较简单，易于达到较高精度；它的缺点是对温度变化比较敏感，间隙不能调整。滚珠导轨的优点是摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象；定位精度高；磨损较小，寿命长，润滑方便；它的缺点是结构较为复杂，加工较困难，成本较高；液体静压导轨的优点是摩擦系数小、无磨损、承载能力大、导轨温升小、抗振性好；它的缺点成本太高。 根据双坐标数控工作台的要求，以及作为教学用途的需要，我们构思出的模型，圆柱面导轨的摩擦力较大，效率低，耐磨性较差，而液体静压导轨的各方面性能都是最好的，但是成本太高，最后我们选择折中的办法，选择性能基本良好，成本也不是很高的滚珠导轨。 根据尺寸需要，由左图，我们选取导轨型号为：BRS15B。 （3）执行机构 根据项目研发的功能要求该系统要实现在水平面上用笔描绘工作台运动轨迹图案，模仿数控加工工程。因此，这里的执行机构就是笔架，我们把铅笔固定在笔架上，我们把笔架和工作台设计为一体的，笔架通过橡胶塞将铅笔固定住来完成绘图工作，因为橡胶的弹性可以保证在画图过程中铅笔不松动，等到画图完成，我们手动将铅笔向上提起，使铅笔与白纸脱离，从而取出画有工作台运动轨迹的图纸。 （4）连接机构 根据项目研发要求，连接机构包括轴与轴的连接，普通零件的面与面的连接，轴与轴的连接需要联轴器，联轴器有两大类：刚性联轴器、柔性联轴器。为了保护传感器，我们选用柔性联轴器。普通零件的面与面的连接根据成本，可靠性，我们选用最常用的螺钉连接。 5）驱动方式选择 根据上面的比较，该系统对速度要求不高，速度≤1mm/s，因此不需要气动方式，该系统对力矩的要求也不高，系统要求负载≤200N，没必要采用成本高的液压方式，因此，最终决定电气方式。 根据项目要求，我们分别采用直流伺服电机和步进电机作为驱动，步进电机可靠性较高，有比较宽的转速范围，但是，能源利用率低，直流伺服电机高速性