机电一体化课程设计--数控X-Y工作台及其控制系统

1、 机电一体化系统设计课程设计说明书机电一体化系统设计课程设计说明书 设计题目：设计题目： 学学 院院： 专业年级：专业年级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师指导教师： 年年 月月 日日 一、总体方案设计一、总体方案设计 1.1 设计任务设计任务 设计一个数控 X-Y 工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑 料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为0.01mm，定位精度为 0.025mm。 设计参数如下：负载重量 G=150N；台面尺寸 CBH145mm160mm12mm；底座外 形尺寸 C1B1H1210mm220mm140mm；最大长度 L=388

2、mm；工作台加工范围 X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为 1m/min。 1.2 总体方案确定总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控 制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动 X-Y 工作台。 （2）计算机系统 本设计采用了与 MCS-51 系列兼容的 A T89S51 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。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O 接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大 器电路等组成。系统的加工程序和控制命

3、令通过键盘操作实现。LED 显示数控工作台的状态。 （3）X-Y 工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传 动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双 V 形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减 少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 二、机械系统设计二、机械系统设计 2.2.1 1、工作台外形尺寸及重量估算、工作台外形尺寸及重量估算 X 向拖板（上拖板）尺寸： 长宽高 14516050 重量

4、：按重量=体积材料比重估算 32 14516050107.81090 N Y 向拖板（下拖板）尺寸： 14516050 重量：约 90N。 上导轨座（连电机）重量： 223 (2201403821558 )7.810101.110107 ()N 夹具及工件重量：约 150N 。 X-Y 工作台运动部分的总重量：约 287N。 2.22.2、滚动导轨的参数确定、滚动导轨的参数确定 、导轨型式：圆形截面滚珠导轨 、导轨长度 上导轨（X 向） 取动导轨长度 100 B l 动导轨行程 55l 支承导轨长度 155 B Lll 下导轨（Y 向） 50l 100 B l 150L 选择导轨的型号：GTA

5、16 、直线滚动轴承的选型 上导轨 240() X GN 下导轨 287() Y GN 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。 、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； 当导轨移动到位置或时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜 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。 2.32.3、滚珠丝杠的设计计算、滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计 算。 、最大动负载 Q 的计算 3 H QL ffP 查表得系数1f，1 H f，寿命值 6 60 10 nT L 查表得使用寿命时间 T=15000h，初选丝杠螺距 t=4mm，得丝杠转速 m ax 100010001 250(/ m in) 4 V nr t 所以 6 60