二维精密工作台参考

中国矿业大学（北京）二维数控精密工作台学院：机电与信息工程学院班级：测控技术与仪器08级学号：0811350121姓名：吴桥精密机械与仪器设计课程设计说明书中国矿业大学（北京）摘要数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。精密数控工作台可广泛应用于激光焊接、层射线扫描、械手检测装置及实用教学领域。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨中国矿业大学（北京）目录一、二维数控精密工作台的原理...........................................1二、传动方案的确定......................................................2三、机械系统设计的整体方案.............................................2(一)工作台总体结构的确定................................................................................................2（1）丝杆螺母副的选用................................................................................................2（2）导轨副的选用........................................................................................................3（3）联轴器的选用........................................................................................................3（4）电动机的选用........................................................................................................3(二)绘制总体方案图............................................................................................................3(三)工作台质量计算............................................................................................................4(四)滚珠丝杆选择................................................................................................................4（1）滚珠丝杆工作长度计算........................................................................................5（2）滚珠丝杠副载荷及转速计算................................................................................5（3）确定预期额定动载额............................................................................................6（4）传动形式和支承方式的选择................................................................................7（5）滚珠丝杆副稳定性校核........................................................................................9（6）滚珠丝杆副的刚度计算......................................................................................10(五)直线滚动导轨选择计算..............................................................................................10（1）导轨型式选择......................................................................................................10（2）导轨额定寿命计算..............................................................................................11(六)步进电机的计算与选型..............................................................................................12(七)联轴器的选定..............................................................................................................14(八)轴承选择......................................................................................................................15四、控制系统设计.......................................................15(一)控制系统总体方案......................................................................................................15(二)控制系统具体方案......................................................................................................16(三)光栅传感器..................................................................................................................17五、结论................................................................18六、参考资料...........................................................19中国矿业大学（北京）~1~一、二维数控精密工作台的原理如图2.1.1所示为二维数控平台实验原理样机原理图，图2.1.2为二维数控平台实物照片。二维数控平台可以实现X、Y两个方向的运动，通过两个方向运动的合成，可以实现任意平面轨迹。二维数控平台实验机原理图此试验机装有一支笔，固定不动，在工作台上放上纸，工作台在运动时，就可以在纸上画出预先给定的图形。二维数控工作台的主要结构件有：底座、滚珠导轨、滚珠丝杆、四杆支架、托盘、工作台、步进电机支架等。其实物图如所示。二维数控平台实物照片中国矿业大学（北京）~2~设计主要参数：负载重量N最大快移速度m/min定位精度mm调节范围（X轴）mm调节范围（Y轴）mm台面尺寸mmCBH20010.135035015015015二、传动方案的确定三、机械系统设计的整体方案(一)工作台总体结构的确定（1）步进电机2个（分别用于X、Y方向）；（2）滚珠丝杆2套，应分别对其进行分析设计，以满足两者不同的受力情况；（3）滚动导轨：双导轨，四滑块；（4）带有“”槽的工作台面；（5）联轴器2个、导轨支撑板、轴承座、轴承挡圈以及丝杆螺母等等。（1）丝杆螺母副的选用电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％～98％)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命工作台滚珠丝杆步进电机联轴器满足移动要求反馈装置中国矿业大学（北京）~3~长。因此更好的需要满足1.0mm的定位精度，选择滚珠丝杠螺母机构。（2）导轨副的选用要设计二维数控精密工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，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，安装预紧方便等优点。（3）联轴器的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了使电动机的输出转矩，与滚珠丝杆相连，由于电动机载荷平稳、转速稳定、被联接的两轴中心线对中要求高，因此选用凸缘联轴器。（4）电动机的选用根据任务书可知定位精度未达到微米级，因此本设计不必采用高档次的伺服电动机，在这里选用反应式步进电机，它具有步进角小，频率高的特点。(二)绘制总体方案图总体方案图滚动丝杆步进电机联轴器步进电机联轴器Y方向传动机构X方向传动机构滚动丝杆工作台中国矿业大学（北京）~4~这里设计的二维数控精密工作台暂时不对控制部分进行设计，而仅仅对机械部分进行设计，故确定整体设计方案如图1.4所示：采用步进电机对工作台进行驱动，经联轴器后，带动滚珠丝杆传动，从而实现二维数控精密工作台的纵向（Y轴）、横向（X轴）进给运动。由于X、Y方向的参数要求相同所以这里只设计X轴方向的。(三)工作台质量计算X向拖板（上拖板）尺寸：150×150×15mm其中，选取工作台材料为铸铁，密度：337.810/kgm,重力加速度取10/Nkg重量：按重量=体积×材料比重估算XG=3215015015107.81026NY向拖板（下拖板）尺寸：150×150×15mm重量：约YG=26N。上导轨座（连电机）重量：XG导轨=223(2201403821558)7.81010210107()N夹具及工件重量：约G=220N。X-Y工作台运动部分的总重量：约400N。(四)滚珠丝杆选择已知条件：负载重量N调节范围mm最大快移速度mm/mim定位精度mm20035010000.1丝杠螺母导程计算:根据工作台最高移动速度Vmax,电机最高转速nmax,传动比等确定Ph。按下式计算，取较大圆整值。中国矿业大学（北京）~5~预设maxm