双坐标十字滑台的设计

郑州大学现代远程教育

毕业设计题目:双坐标十字滑台的设计

入学年月 2012年09月

学生姓名刘栋梁

学号 ***********

专业机电一体化

学习中心石鸡中心

联系方式______________

指导教师

成绩

完成时间2014年07月14日

双坐标十字滑台的设计

目录

一．机械部分 (2)

1.设计目的 (2)

2.设计任务 (2)

3.设计要求 (2)

4.设计步骤 (2)

5.工作量 (2)

6.工作台结构及参数设计 (3)

7.步进电机的选择 (8)

8.减速器的参数设计 (11)

9.联轴器的选择 (13)

二．双坐标十字滑台控制系统设计 (14)

1.设计目的 (14)

2.设计任务 (15)

3.设计步骤 (15)

4.工作量 (15)

5.数控编程及电气控制部分设计过程 (16)

6.程序清单 (18)

三．参考资料 (23)

四．心得体会 (24)

五．评审表 (25)

一．机械部分

1. 设计目的

9.1加深理解和掌握《机电一体化》、《计算机接口设计》、《计算机控制技术》、

《数控技术》等课程的基本知识，提高学生综合运用所学知识的能力。9.2培养学生根据设计课题的需要，选用参考书，查阅有关工程手册的技术数

据、图标和文献资料的能力。

2. 设计任务

9.3组号 1.工作台长X宽（mm）：390X290。工作台工作重量：1800N

9.4工作台行程：△Z=工作台长-100

△Y=工作台宽-100

2.3 脉冲当量：0.005—0.008mm/p

3.设计要求

3.1 工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母传动；

3.2滚珠丝杠支承方式为双推—简支型；

3.3驱动电机为反应式步进电动机；

3.4步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速、要求消除齿轮传动的

间隙。

4. 设计步骤

4.1总体方案的选择与确定；

4.2设计方案论证后查阅资料。

5. 工作量

5.1零号装备图一张；

5.2设计说明书一个（30页以上）。

6. 工作台结构及参数设计

6.1 数控工作台采用步进电机驱动的开环控位结构，其单项驱动系统结构简图

如图1-1所示。

6.2 滚珠丝杠设计

下丝杠 设计滚珠丝杠时，已知工作条件是：工作载荷F=900+400=1300（N ）

使用寿命L ，

h=10000（h ），丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）L=0.31（m ）、

丝杠的转速n （平均转速n=100 r/min 或最大转速10000max =n r/min ），以及滚道硬度58-63HRC 和运转精度mm 03.0=δ。

6.2.1计算载荷F c

F c =K F *K H *K A F M =1.2⨯1.0⨯1.0⨯1150=1380N

查表2-6取K F = 1.2 、查表2-7取K H = 1.0 、查表2-4取D 级精度 、查表2-8取K A =1.0 。

6.2.2 计算额定动载荷，计算值Ca ’

Ca ‘=3

4

1064.1⨯n

h L n c F =1380⨯

3

4

10

67.110000

100⨯⨯=5125.3N

6.2.3 根据Ca ‘选择滚珠丝杠副，假设选用F c 型号，按滚珠丝杠

副的额定动载荷等于或稍大于Ca ‘的原则，查表2-9选以下型号 规格：

5393,5.220041=-=Ca F c N 8630,5.220051=-=a c C F N

考虑各种因素选用 5.220041-c F ，由表2-9得丝杠副数据： 公称直径：mm D 200= 导程：P=4mm 螺旋角："0383=λ 滚珠直径：d 0=2.381mm 按表2-1中尺寸公式计算： 滚道半径：R=0.521d=1.238mm

偏心距：e=(R-d/2)21036.3707.0-⨯=⨯mm

6.2.4稳定性验算

6.2.4.1丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷F cr （N ），按下式计算：

F cr =

2

)(2UC a

FI π

式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206GPa ；L 为丝杠工作长度（m ）；I a

为丝杠危险截面的轴惯性矩（m 4

）；u 为长度系数，见表2-10

I a ==

64

4

1d π494

10464)0176.0(14.3m -⨯=⨯ 取u=2/3，则F cr =

429

921039.6)19.03

2

(1041020614.3⨯=⨯⨯⨯⨯⨯-N 安全系数S= 7.7109001039.64

=⨯=m cr F F 。查表

2-10[s]=2.5---3.3,S>[s],

丝杠是安全的，不会失稳。

6.2.4.2 高速长丝杠工作时，可能发生共振，因此需要验算其不

会发生共振的最高转速——临界转速n cr 。需求丝杠的最大转速 n max

n cr = 99102

1

2)

(ul d f c ⨯ 式中f c 为临界转速系数，见表2-10，取F c = 3.927 u= 2/3 ，

则n cr =

min /9.21178)19.03

2

(0176

.0927.3991022r =⨯⨯⨯ n cr >n max =10000r/min ,所以丝杠工作时，不会发生共振。

6.2.4.3 此外滚珠丝杠副还受D 0n 值的限制，通常要求D 0n<7*104mmr/min ，

D 0n=20min /.1071004r mm ⨯<⨯ 所以丝杠副工作稳定。

6.2.4.4刚度验算

滚珠丝杠在工作负载下F （N ）和转矩T （N*m ）共同作用下起每个导程的变

形量△l 0（m ）为△l 0= C

GJ T

P EA PF π22±

± 式中A 为丝杠截面积，A= 2421104.24

1

m d -⨯=π ，J c 为丝杠的极惯性矩J c =

494

110932

m d -⨯=π ，G 为丝杠切变模量，对钢G=83.3，J （N*m ）为转矩，

T=M N D F m

.509.0)tan(2

=+λρ 式中，ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数，F M 为平均工作载荷， 按最不利的情况取（其中F=F m ）

=0l um 2

9

9249410910

9103.8314.32509.0004.0104.210206900104---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯ 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为△

l=um um l p l 1503.0212128.410410919.0.3

20=⨯=≤=⨯⨯⨯=--σ 通常要求丝杠的导程误差△l 应小于其传动精度的1/2，即该丝杠的△l 满足上式，所以其刚度可满足要求。