机电一体化系统计课程设.doc

机电一体化系统课程设计 设计说明书 前言 本说明书是我对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好实践，课程设计是我对所学知识理论检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力。 本说明书融合了机械设计、机电一体化、机械制图等学科知识。对X-Y轴数控工作台进给系统分析，包括机械传动部分、电气控制部分以及程序的设计。让我们做到理论联系实际，培养我们分析问题、解决问题的的能力。 原理框图 设 计 计 算 与 说 明 设计任务： 题目：专用电焊机机电系统设计 任务：设计一种专用电焊机，主要参数如下： 1）用步进电机定位，工作台等距离进给9次； 2）工件质量m1=50kg，工作台质量m2=150kg； 3）每次进给距离L=50mm，丝杠直径10-50mm； 4）丝杠导程Ph=10mm； 5）进给时间T=4s； 6）每次停留时间T1=1s； 7）手动回位； 9）工作台空载最快移动速度； 一、总体方案的确定 1 机械传动部件的选择 1.1导轨副的选用 要设计系统是用来配套轻型的电焊机的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.2丝杆螺母副的选用 滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。 1.3伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快速度也只有1200mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。 1.4检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。电焊机的精度不是很高，故可以采用开环控制 2.控制系统的设计 1)对于步进电动机的开环控制，采用运动控制卡控制 2)要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序储存器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。 3)选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 三、机械传动部件的计算与选型 1.导轨上移动部件的重量估算 按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为2000N。 设 计 计 算 与 说 明 2.直线滚动导轨副的计算与选型 （1）滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本设计中的工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： (2) 其中，移动部件重量G=2000N，外加载荷，代入式（2） 得最大工作载荷。 查附录表，根据工作载荷，初选直线滚动导轨副的型号为DB-LBB25RB型，其额定动载荷，额定静载荷。 （2）距离额定寿命L的计算 上述选取的DB-LBB25RB型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100摄氏度，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36~表3-40，分别取硬度系数、温度系数、接触系数、精度系数、载荷系数，代入式（3-33），的距离寿命： 远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。 4.滚珠丝杠螺母副的计算与选型 （1）最大工作载荷的计算 ，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）。 已知移动部件总重量G=2000N，按矩形导轨进行计算，查表得，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005 。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷： 设 计 计 算 与 说 明 （2）最大动载荷的计算 设工作台在承受最大铣削力时的 最快进给速度v=750mm/min，初选丝杠导程，则此时丝杠转速。 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入，得丝杠寿命系数 (单位为r) 。 查表3-30，取载荷系数，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数，代入式（3-23），求得最大载荷： （3）初选型号 根据计算出的最大载荷和初选的丝杠导程，选择深圳威远丝杠制造有限公司生产的LL1610N-1型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为16mm，导程为10mm。循环滚珠为4圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为Ca=7.65N。大于，满足要求。 （4）传动效率η的计算 将