文档介绍：目录
一、设计任务 1
题目 1
任务 1
二、总体方案的确定 2
机械传动部件的选择 2
控制系统的设计 2
三、机械传动部件的计算与选型 5
导轨上移动部件重量的估算 5
切割力计算 5
直线滚动导轨副的计算 5
滚珠丝杠螺母副计算 6
步进电动机减速箱的选用 6
连轴器的选用 7
步进电动机的计算与选型 8
增量式旋转编码器的选用 9
四、工作台装配图的绘制 10
五、工作台控制系统的设计 11
控制系统电路设计 12
程序流程图设计 13
六、步进电动机电源的选用 14
七、设计总结 15
八、参考文献 16
一设计任务
题目
单片机控制线切割机纵向工作台系统设计
任务
设计线切割机纵向工作台,主要参数如下:
重复定位精度0
±
工作台面尺寸300mm×300mm,加工范围320mm×320mm
工作台加工最快移动速度180mm/分钟
二总体方案的确定
设计线切割机纵向工作台,传统的线切割机工作台大多采用反应式步进电动机或混合式不进电动机作驱动元件,电机通过齿轮箱减速驱动丝杠工作台。本次设计单片机控制线切割机纵向工作台,同样采用伺服电动机作为驱动元件,由电机通过齿轮箱减速驱动丝杠工作台。通过与电机连在一起的编码器构成检测控制系统,提高工作台的运动精度,结构示意图如图2-1。工作台的结构主要有拖板、导轨、丝杠副、齿轮副四部分组成。
机械传动部件的选择
1)导轨副的选用工作台的拖板沿着导轨往复运动,因此对导轨的精度、刚度、耐磨性要求较高,其直接影响工作台的运动精度。要设计的纵向工作台用于线切割机,其要求承受载荷不大,脉冲当量小,定位精度高,因此选用直线滚动导轨副。其摩擦系数小,所需驱动力小,运动轻便平稳,反应灵敏。直线滚动导轨有滚珠与滚柱式两种,因所需承载不大,故选用滚珠式即可。
2)丝杠螺母副的选用伺服电机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动。为满足脉冲当量与定位精度,选用滚珠丝杠副,其传动精度高,动态响应快,运动平稳,寿命长,效率高,预紧后可消除反向间隙。
3) 减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后,为圆整脉冲当量,放大电动机的输出转矩,降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量,需要减速装置,且应有消隙机构。为此本设计采用无间隙齿轮传动减速箱。
4) 伺服电机的选用要达到不到本设计任务要求的精度,不必采用高档次的
伺服电机,如交流伺服电机、直流伺服电机,为降低成本,提高性价比,可
选用性能比较好的步进电动机,如混合式步进电动机。
5) 检测装置的选用选用混合式步进电动机作为伺服电动机,可选择开环控
制,也可选择闭环控制,未满足任务要求和确保电动机在运转过程中不受电
网影响而失步,能实现误差补偿,选用半闭环控制,在电动机尾部的转轴上
安装增量式编码器,用来检测电动的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨
率应与步进电动机的步距角相匹配。
控制系统的设计
1)设计的纵向工作台应用于线切割机,其控制系统有单坐标定位,双坐标定位等功能,所以控制系统应选用连续控制型。
2)步进电动机的半闭环控制,选用MCS-51单片机8051作为控制系统CPU,
应该能够满足任务要求。
3)要设计完整的控制系统,在选择CPU后,还要扩展程序存储器,数据存储器,键盘、显示、I/O接口电路,D/A转换电路,串行口电路。
4)选择合适的电源,与步进电动机配套使用。
图2-1
三机械传动部件的计算与选型
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估算,包括工件、夹具、工作平台、电动机、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等,估计重量约为2200N。
切割力计算
因为电火花线切割机是利用在一定的介质中,通过工具电极和工件电极之间产生电蚀作用来对金属工件进行加工,是非接触式加工,故切割力F=0。
直线滚动导轨副的计算
1)滑块承受工作载荷FZ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。本设计工作台水平放置,采用双导轨、四滑块的支承形式。单个滑块承受的垂直方向的载荷为:
(3-1)
式中G—移动部件重量,单位N;
FZ—垂直方向的切割力,单位N。
其中,移动部件的重量G=2200N,由于切割力F=0,故FZ=0,代入式(2-1),得Fc=550N
参考机电一体化设计课程设计指导书,查表3-41,根据工作载荷Fc=550N,初选直线滚动导轨副的