机电一体化系统设计课程设

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1、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9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

2、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

3、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

4、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。9设计计算与说明2.直线滚动导轨副

5、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

6、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

7、大工作载荷：9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

8、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的计算将公称直径，导程，代入，得丝杠螺旋升角。将摩擦角=10′代入，得传动效率。（5）刚度的验算1)电焊机工作台滚珠丝杠副的支承均采用“单推—单推”的方式。丝杠的两端各采用一对推理角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=500mm；钢的弹性模量；查表3-31，得滚珠直径，丝杠底径，丝杠截面面积。忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载