钻孔用X-Y工作台及其运动控制系统的设计
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X-Y工作台装配图.dwg
Y向底座.dwg
凸轮加工程序及工艺.pdf
合.jpg
工作台零件.dwg
数控程序.doc
数控车编程.doc
数控铣床编程.doc
滚动导轨副.dwg
滚珠丝杠副.dwg
电路图.dwg
系统框图.dwg
螺母支座.dwg
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课程任务书2.jpg
课程设计图1.jpg
课程设计图2.jpg
轴承支座.dwg
轴承端盖.dwg
钻孔用X-Y工作台及其运动控制系统设计论文.doc
摘要
X-Y数控工作台是是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台，是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的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X-Y数控工作台，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，完成工作台在X、Y方向的直线移动。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。
关键词 X-Y数控工作台；伺服电动机；数控车床
Abstract
CNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.
Keywords XY table servo system CNC machine tools
目录
1绪论 1
1.1课题的选择背景 1
1.2设计目的及意义 1
1.3总体方案的设计 2
2交流伺服电动机的选型 3
2.1交流伺服电动机的选型....3
2.1.1电机的选择依据..............4
2.1.2电机的负载力矩和惯量的计算....5
3丝杠的选型 7
3.1丝杠的介绍 7
3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式 7
3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点 7
3.1.3滚珠丝杠副的典型结构形式 8
3.1.4滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧 9
3.1.5滚珠丝杠副的密封与润滑 9
3.2丝杠螺母副的选择 10
3.3丝杠的校核 11
3.4滚珠丝杠支承的选择 12
3.4.1支承方式的选择 12
3.4.2轴承的选择 13
3.5设计滚珠丝杠应注意的问题 15
4联轴器的选型 17
4.1联轴器的介绍 17
4.2选择联轴器的类型 17
4.2.1初选联轴器的类型 17
4.2.2初选联轴器 18
4.3联轴器的校核 19
4.3.1转矩的校核 20
4.3.2销的抗剪强度的校核 20
5导轨的选型及计算 21
5.1 导轨的组成种类及其应满足的要求 21
5.2导轨材料的选择及热处理 21
5.2.1导轨材料的选择 21
5.2.3导轨的热处理 22
5.3导轨的选型及长度估算 22
5.4导轨副的额定寿命计算 23
5.5滚动导轨副的技术要求 25
5.6导轨防护罩的设计 25
5.6.1导轨防护罩的介绍 25
6.6.2导轨防护罩的选择 25
5.7导轨的注意事项 26
6数控系统软硬件电路设计 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1绪论
1.1课题的选择背景
X – Y数控工作台是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等，尽管结构和功能各不相同，但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。在中小形企业中，由于产品更新换代频繁，且大都是一些适应市场的单件，小批零件，若由数控机床来解决这些零件的加工精度和自动化问题，因成本高，而不现实。为此，数控工作台，作为工装与通用机床（立铣，立镗，钻等）陪用，以解决单件，小批。小尺寸复杂零件的孔，槽及凸轮等精度加工问题，具有一定的灵活性，通用性和经济性。X - Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半和伺服系统三种。开环的伺服系统采用伺服电机驱动，系统中不设置传感与检测设备，半的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动，并在电机输出轴端设置传感与检测设备；的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动，但检测与传感设备设置在工作台末端。数控交流伺服X-Y工作台系统是由控制计算机部分、伺服驱动部分、机械传动部分及检测部分组成，采用控制方式。
1.2设计目的及意义
《机电一体化系统设计》课程设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。其目的是：
1）能够正确运用《机电一体化系统设计》课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力
2）通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；
3）通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；
4）通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高
1.3总体方案的设计
设计一台钻孔用X-Y工作台及其运动控制系统设计，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、运动控制器和PC机。
X-Y工作台的机械主体部分直线导轨和滚珠丝杠，联轴器，工作台面。电气部分的关联性及传动装置的保护性，X轴及Y轴两端配有高质量的缓冲器，同时可选配在工作台的两端配有限位检测开关，部分工作台的配有原点检测开光，并提供光电编码装置以适于控制，原点开关的位置可以打距离的调节。其具体参数如下：
X方向行程:100mm Y方向行程:100mm
工作台面的参考尺寸:150 150mm
工作台和工件最大物重质量3KG
纵向脉冲当量0.0125mm
横向脉冲当量0.0125mm
滚珠丝杠直径D 25mm
滚珠丝杠节距P 6mm
（一）机械系统设计
1）传动机构为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。丝杠的转速为中转速，精度要求为高精度。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠直接与联轴器连接。
2）导向机构采用滚动直线导轨。滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。导轨的导向精度要求高。
3）执行机构采用交流伺服电动机。
6.2系统控制软件的设计
（一）系统控制软件的主要内容
数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个部分：
（1）系统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。其功能主要是接受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。
（2）零件加工源程序的输入处理程序。该程序完成从外部I/O设备输入零件加工源程序的任务。
（3）插补程序。根据零件加工源程序进行插补，分配进给脉冲。
（4）伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以及方向。
（5）诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等功能。
（6）机床的自动加工及手动加工控制程序。
（7）键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工作状态、操作命令等信息。
（二）系统控制功能分析
数控X-Y工作台的控制功能包括：
（1）、系统初始化。如对I/O接口8155，8255A进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。
（2）、工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。
（3）、输入和显示加工程序。
（4）、监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。
（5）、工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。
（6）、工作台的自动控制。
（7）、工作台的手动控制。
（8）、工作台的联动控制。
（三）系统管理程序控制
管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y工作台的基本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。
（四）自动加工程序设计
（1）机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位→刀具快速进给→加工→退刀→工作台运动到下一位置；
（2）计算机在加工过程中的操作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工；
致谢
经过艰苦的努力，在老师的辛勤指导下，终于顺利地完成本次设计。通过本次设计，一方面在课题中通过对X-Y工作台的设计学到不少的东西，另一方面也深刻感到了自己的不足。本次设计，是对我们大学学习的检验，是走上工作岗位的第一步，初步使我们将理论同实际结合起来。这是大学一个好的结尾，也是走上工作岗位的一个好的开端。
本次设计通过老师精心指导，我从方案的拟定到结构设计，到零件的设计计算，到零件的强度校核，到零件图装配图的绘制，内容涉及面广。这是对大学学习成果的一次极好的检验、重温和深化。这次设计使我体会到时间的紧迫、工作的辛苦及一个合格工程技术人员的责任感，学到了许多书本上学不到的东西，增加了实践、设计体验，提高了查阅资料、工具手册和编写技术文件的能力，并认识了自己的不足。最后，向所有支持和关心过我的老师、同学、朋友表示真诚的谢意！
参考文献
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