XY工作台设计说明书

目录

一、机电专业课程设计目的…………………………………………………3

二、总体方案设计……………………………………………………………3

三、机械系统设计…………………………………………………………… 4

1、计工作台外形尺寸及重量估算………………………………………………5 2、电动机滚动导轨的参数确定…………………………………………………5 3、滚珠丝杠的设计计算 ………………………………………………………6 4、步进电机的选用………………………………………………………………7

四、绘制装配图……………………………………………………………………9 五、电气原理图设计……………………………………………………………10

1、功率单片机的选择…………………………………………………………10 2、外部程序存储器的扩展……………………………………………………10 3、外部数据存储器的扩展 ……………………………………………………10 4、I/O口扩展电路………………………………………………………………11

5、显示器接口设计……………………………………………………………11 6、键盘接口电路设计…………………………………………………………11 7、步进电机的接口电路设计…………………………………………………11 8、其他…………………………………………………………………………11

六、参考文献……………………………………………………………………12

一、机电专业课程设计目的

本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6）绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。

二、总体方案设计 2.1 设计任务

（1）题目：二坐标数控工作台设计。 （2）设计内容及要求：

1）工作台总装图一张（0号图纸） 2）控制电气图一张（1号图纸） 3）设计说明书一份（10-20页） 4）具体设计参数如下：

台面尺寸：180 140 行程X：140；Y:110 定位精度：X 0.013/300mm Y 0.015/300mm 典型工艺参数：台面速度 X: 2.0m/min，Y：2.0m/min； 进给抗力 X: 225N； Y:150N； 工作物重：8Kg。

2.2 总体方案确定

（1）系统的运动方式与伺服系统

由于工件在移动的过程中受到负载力较小，为了简化结构，降低成本，采用

步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。

（2）计算机系统

本设计采用了与MCS-51系列的8031单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比，且易扩展。

MCS-51的程序存储器空间为64K字节。对于片内无ROM的单片机8031，需进行程序存储器的扩展。本控制系统由由8031型单片机、数据锁存器74LS373、存储器EPROM2764、RAM6264、地址译码器74LS138、并行I/O接口8255等集成电路构成

（3）X-Y工作台的传动方式

为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。

由于工作台的运动载荷不大，因此采用直线滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。

考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率和结构简单的要求，尽可能使传动比为1。

三、机械系统设计

3.1、工作台外形尺寸及重量估算

由台面尺寸为180 140，查课程设计指导书表3-23，估计取工作台厚度30mm，则重量：按重量=体积×材料比重估算

3 2

180 140 30 10 7.8 10 98N

l

X向拖板（上拖板）：估计上丝杆长度，由lu lV le，余程e查表5-4取20mm，

则丝杆长度约为320。电动机约2kg，托板和导轨合估计为

3 2

320 180 30 10 7.8 10 2 10 210N

工作物重为80N

则X-Y工作台运动部分的总重量：约388N。

3.2、滚动导轨的参数确定

⑴、导轨型式：直线滚动导轨

⑵、导轨长度

错误！未找到引用源。上导轨（X向） 取动导轨长度 lB 140 动导轨行程 l 140 余程约为 le 20

支承导轨长度 L lB l le 300

查标准，取值340

计算四滑块的载荷，工作台重量98N，假设重物处于台中央，然后扩大载荷2倍。

P

F G

45N4 扩大后90N。

Ca

计算需要的动载荷

fwPfhftfcfa

L

50 ，

310

查长方资料得： fh 1，ft 1，fc 0.81，fa 1，fw 1。 代入数据得Ca 2700N，由长方资料取取滚动导轨型号为：HJG-DA15C，额定动载荷为6.8KN，满足要求。

错误！未找到引用源。下导轨（Y向）

l 20

lB 180 l 110 e

L lB l le 310

查标准，取值340

计算四滑块的载荷，总重量388N，假设重物处于台中央，然后扩大载荷2倍。

P

F G

360N4 扩大后720N。

3

10

Ca

计算需要的动载荷

fwP L

f 1ft 1fhftfcfa 50 ，查长方资料得：h，，

fc 0.81，fa 1，fw 1。代入数据得Ca 5800N，由长方资料取滚动导轨型号为：HJG-DA15C，额定动载荷为6.8KN，满足要求。

3.3、滚珠丝杠的设计计算

错误！未找到引用源。上丝杠（X向）

由表5-3，初选滚珠丝杠的基本导程为5mm。

lll

根据式（3-1）lV lu le 其中，V为丝杠有效行程，u为丝杠螺纹全长，e

l

余程，根据表5-4，取余程20mm，则u=320mm。

根据表5-5，在有效行程300mm定位精度为13um下，丝杠的精度等级为T3级。 滚珠丝杠副的计算轴向动载荷为

Caj

Fefw

fhftfafk

60Lhne 6

10

13

其中

Fe

225 150 0.03

114.75N

2,

取滚动导轨的摩擦系数为 0.03（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数）

查表：Lh 15000，ft 1，fa 1，fw 0.95，fh 1，，fk 1， 代入数据，得

ne

1000 2

400 r/min 5

Caj 775.5N

,查阅工厂资料，取HJG-S2005-3,其额定动载荷

为9022N,足够用。

错误！未找到引用源。下丝杠（Y向）

由表5-3，初选滚珠丝杠的基本导程为5mm。

lll

根据式（3-1）lV lu le 其中，V为丝杠有效行程，u为丝杠螺纹全长，e

余程，根据表5-4，取余程20mm。

l

则u=310mm。

根据表5-5，在有效行程300mm定位精度为13um下，丝杠的精度等级为T3级。 滚珠丝杠副的计算轴向动载荷为

Caj

Fefw 60Lhne

fhftfafk 106

13

其中

Fe

150 225 0.03

78.375N

2,

取滚动导轨的摩擦系数为0.03.