单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台设计方案.doc

单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台设计方案 第一节 课程设计题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。 已知条件：定位精度：±0.01mmδp是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为±0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。 4.2 工作台外形尺寸及重量初步估算 根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。 取X向导轨支撑钢球的中心距为410mm,Y向导轨支撑钢球的中心距为400mm,设计工作台简图如下: a. X向拖板(上拖板)尺寸为: 长*宽*高=420*410*50 重量:按重量=体积*材料比重估算为: = b. Y向拖板(下拖板)尺寸为: 重量= c. 上导轨(含电机)重量为 夹具及工件重量:约155N X-Y工作台运动部分总重量为: 4.3 滚动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般运行状况)，3.0~5.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受中等冲击,因此取 根据计算额定静载荷初选导轨: 选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25 基本参数如下: 额定载荷/N 静态力矩/N*M 滑座重量 导轨重量 导轨长度 动载荷 静载荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M 4 0.6 4 导轨的额定动载荷N 依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln： 额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够. 4.4 滚珠丝杠计算、选择 初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC58~60，导程：l0=5mm 强度计算 丝杠轴向力：(N) 其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.003~0005；在车床车削外圆时：F=(0.1~0.6)Fz，Fy=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。 取f=0.004,则: 寿命值：，其中丝杠转速(r/min) 最大动载荷： 式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.2~1.5；fH为硬度系数，HRC≥58时为1.0。 查表得中等冲击时则: 根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。 其基本参数如下: 其额定动载荷为14205N 足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式. 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接触角 ―― 钢球直径 ―― 3.175mm 螺纹滚道法向半径 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺纹升角 螺杆外径 19.365mm 螺杆内径 16.788mm 螺杆接触直径 17.755mm 螺母螺纹外径 23.212mm 螺母内径（外循环） 20.7mm 传动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为： 式中：φ=10’，为摩擦角；γ为丝杠螺旋升角。 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：(cm) Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差Δ为 E级精度丝杠允许的螺距误差[ Δ]=15μm/m。 4.5 齿轮计算、设计 因步进电机步距角滚珠丝杠螺距t=5mm,要实现脉冲当量,在传动系统中应加一对齿轮降速传动. 齿轮传动比： ，初选步进电机步距角：α= 1.5?/step。 取小齿轮齿数 则大齿轮齿数 因传递的扭距较小,取模数m=1mm则: 分度圆直径: 齿顶圆直径: 齿根圆直径: 齿宽: 取 中心距: 分度圆压力角: 大小齿轮均采用渐开线标准圆柱齿轮 小齿轮采用两片薄齿轮错齿排列以消除间隙. 双片齿轮错齿消隙结构图 1、2--薄齿轮3—弹簧4、8—凸耳5—调节螺钉6、7—螺母 双片齿轮错齿消隙结构图 式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮１的转动惯量； 为齿轮２的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；Ｍ为移动部件的质量。 对钢材料的圆柱零件可以按照下式进