课题单轴直线数控滚动滑轨机电系统设计

单轴直线数控滚动滑轨机电系统设计 设计目标 1）滑轨的行程为400mm 2）滑轨上的滑块最大速度为0.4m/s,加速度0.2g 3）可承受的最大载荷为IKg 任务要求 1. 设计机械传动方案，绘制传动机构结构图 2. 设计电气控制方案，绘制电路原理图 编写课程设计说明书 一、引言 机电一体化技术是将机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进 微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。中国机电设计迈入 PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久 不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL VIEW能够胜任军统三国， 光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics GmbH公司携手共同开拓机电 设计领域的新篇章，CAMEL VIEW作为机电一体化设计系统，从产品的概念设计 到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用 户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下， 多工况，多耦合场设计。而X-Y数控工作台则是其中关键部件。 单轴直线数控滚动滑轨是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵 一横向进刀机构、数控疑床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、 电子元件表面贴装设备等。 模块化的单轴直线数控滚动滑轨，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺 母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝 杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台的直线移动。 导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时 只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计 算机，也可以设计专用的微机控制系统。 设计目标 1 滑轨的行程为400mm 2 滑轨上的滑块最大速度为0.4m/s,加速度0.2g 3 可承受的最大载荷为IKg 任务要求 1. 设计机械传动方案，绘制传动机构结构图 2. 设计电气控制方案，绘制电路原理图 3. 编写课程设计说明书 总体方案的确定 1、机械传动部件的选择 1 导轨副的选用 要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且定位精度高，因此选用 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，安装预 紧方便好且精度保持性等优点。 选滚珠导轨，适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床，摩擦阻力小， 制造容易，成本较低。 2 丝杠螺母副的选用 ① 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，选用滚珠丝 杆副，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。 ② 轴向间隙的调整和预紧方式选用垫片调隙式，这种方法结构简单、刚性 好、装卸方便，适用于一般精度的机构 ③ 滚珠丝杠的安装采用一端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性和临 界转速较高 3 伺服电动机的选用 任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此 2000mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进 电动机。以降低成本，提高性价比。 2、控制系统的设计 1）设计的单轴直线数控滚动滑轨准备用在数控车床上，其控制系统应该具 有单坐标定位。 2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52 作为控制系统的CPU,能够满足任务书给定的相关指标。 3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器， 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。 4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 3直线滚动导轨副的计算与选型 1）、滑块承受工作载荷『『四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。本例中的单轴直线数 控滚动滑轨滑块所受的最大垂直方向载荷为GF 其中，外加载荷F10N 查表，根据工作载荷F10N,初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的LG15 型，其额定动载荷Ca为1040N,额定静载荷COa为1680N。 任务书规定直线滚动导轨副尺寸为400 mm ,考虑工作行程应留有一定余量, 查表，按标准系列，选取导轨的长度为460mm。 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表, 选3206-5型滚珠丝杠副，为外循环插管埋入式单螺母非预紧，其公 称直径do为32mm,导程Ph为6mm,循环列数CM为2X2.5,精度 等级取5级，额定动载荷为24373N,大于％满足要求。 、步进电动机的计算与选型 初选步进电动机的型号为U0BC380F,查得该型号电动机的最大静转矩 Tjmm 11. 76N-mo可见，满足要求，选择合理。 进给传动系统示意图如图5. 1所示。 单轴滑轨 伺服电动机 滚珠丝杠 控制系统原理框图如图6. 1所示。 MW各 EPRW芯片 W27C512 1Tzmsm 芯片 fTi 8255 |啊阿 JIWW87 t8279 靳fOS 片1AX233 AT89S52 该驱动电源与控制器的连线方式如图6-25所示