第一小组数控工作台

数控安装与调试工作台的组成，选型与计算得分：95date3.10第一小组成员•曹亚•曹晓亮•陈帆•陈海霞•陈海燕•陈剑•陈小锋•陈燕•丁鹏飞•董隆贺工作台的组成零件•工作台•螺钉•支座•定位销•大齿轮•活塞•步进电机•轴承•螺栓•底座•挡块•液压缸•长方形工作台•弹簧图片观光区分度工作台数控回转工作台数控回转工作台数控分度工作台铣床分度工作台数控机床回转工作台•作用：按照数控装置的指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床完成指定的加工工序。•种类：分度工作台和数控回转工作台。一、分度工作台•功能：完成一定角度的回转分度运动。•作用：在加工中自动完成工件的转位换面，实现工件一次安装完成几个面的加工。•精度保证：采用专门定位元件来保证。•种类：定位销式分度工作台和鼠齿盘式分度工作台。1.定位销式分度工作台•主要特点•定位精度取决于定位销和定位孔的精度，最高可达±5〃。•定位销和定位孔衬套制造和装配精度要求高。•定位销和定位孔衬套硬度和耐磨性要求高。定位销式分度工作台结构工作过程分为三步：工作台松开并抬起工作台回转分度工作台下降并锁紧2.定位销式分度工作台如图所示是自动换刀数控卧式镜铣床的分度工作台。2.鼠齿盘式分度工作台•主要特点1)定位精度高，可达±2〃，最高可达±0.4〃。2)采用多齿重复定位，重复定位精度稳定。3)由于多齿啮合，啮合率高，所以定位刚度好，承载能力强。4)最小分度为360º/Z，分度数目多，适用于多工位分度。5)由于离合过程具有磨合作用，其定位精度不断提高，使用寿命长。6)缺点是鼠齿盘制造比较困难。鼠牙盘鼠齿盘及齿形结构如图工作过程分为三步：工作台抬起工作台回转分度工作台下降并定位锁紧二、数控回转工作台•功能：完成工作台的连续回转进给和任意角度的分度。•作用：即能作为回转坐标轴实现坐标联动加工，又能作为分度头完成工件的转位换面。•特点：采用伺服系统实现回转、精确分度和定位。•种类：开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台一）开环数控回转工作台•特点：采用电液脉冲马达或功率步进电机驱动。二）闭环数控回转工作台•特点：采用交、直流伺服电机驱动，并带有转角检测元件。三）双导程（变齿厚）蜗杆传动•作用：用于回转工作台的连续精确分度。•基本原理：利用蜗杆齿左右两侧不同的齿矩（左右两侧模数不同），通过轴向移动蜗杆的方法来消除或调整啮合间隙。双导程蜗杆传动特殊参数的选择公称模数、齿厚增量系数、齿厚调整量、模数差与节距•TK56系列数控等分度台是数控镗铣床和加工中心的理想配套附件，可以安装于主机工作台面上，工作时，在主机相关控制系统控制下，能够完成以1°为基数的等分分度零件的加工。•TK14系列数控可倾斜回转工作台，可完成等分和不等分的角度分度工作。工作台既可回转，又可倾斜，具有2个自由度。工作台知识点再度回顾即：温故而知新为了提高数控机床的生产效率，扩大其工艺范围，对于数控机床的进给运动除了沿坐标轴X、Y、Z三个方向的直线进给运动之外，常常还需要有绕X、Y、Z轴的圆周进给运动。通常数控机床的圆周进给运动，可以实现精确的自动分度改变工件相对于主轴的位置，以便分别加工各个表面，这对箱体零件的加工带来了便利。对于自动换刀的多工序数控机床来说，回转工作台已成为一个不可缺少的部件。数控机床回转工作台一、数控回转工作台二、分度工作台数控机床中常用的回转工作台有数控回转工作台和分度工作台。一、数控回转工作台数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床。从外形上看它与分度工作台没有多大差别，但在内部结构和功用上则有较大的不同。如图所示数控回转工作台由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成。如图为一个完整的数控回转工作台。二、分度工作台分度工作台是按照数控系统的指令，在需要分度时工作台连同工件回转规定的角度，有时也可采用手动分度。分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动，并且它的分度运动只能完成一定的回转度数如90°、60°或45°等。1．鼠牙盘式分度工作台鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面底座、夹紧液压缸、分度液压缸和鼠牙盘等零件组成，其结构如图所示。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，在每个齿盘的端面有数目相同的三角形齿。当两个齿盘啮合时，能自动确定周向和径向的相对位置。数控铣床系统XY工作台与控制系统设计数控铣床X-Y工作台概述•X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。•模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。X-Y数控工作台外形总体方案的确定1.机械传动部件的选择•导轨副的选用要设计的XY工作台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、安装预紧方便等优点。•丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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。•减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，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，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此，本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱。考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机拟采用相同的型号和规格。2.控制系统的设计•根据技术指标中最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。•要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、I/O接口电路等。步进电机控制XY轴系统总体框图机械传动部件的计算与选型•确定系统脉冲当量•工作台外形尺寸及重量初步估算•直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）•滚珠丝杠螺母副的计算与选型•减速齿轮计算设计•步进电动机的计算与选型确定系统脉冲当量脉冲当量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0.005mm。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。重量：按重量=体积×材料xWX-Y工作台简图直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）•滑块承受工作载荷maxF的计算及导轨型号的选取maxF本例中的X-Y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：max4WFF查表根据工作载荷maxF初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型•距离额定寿命L的计算3max50HTCRaWffffCLfF工作寿命的计算31015000260hLLHns故导轨工作寿命足够直线滚动导轨副1、导轨2、滑块3、返向器4、密封端盖5、注油杯图滚珠丝杠螺母副的计算与选型1.最大工作载荷mF的计算mxvyFKFFFW2.最大动工作载荷QF的计算30QwHmFLffF3.初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，G系列3206-4型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径=32mm，导程=6mm0d4.传动效率η的计算00arctanarctan632325hPd代入tantan得传动效率=95.5%。X-Y工作台上下两层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-对推力角接触球轴承，面对面组配根据式5.刚度的验算1mFaES2230.00131010mWYJFDFZ1212总将以上算出的和代入，求得丝杠总变形量为本例中，丝杠的有效行程为400mm，由表知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315-400mm时，行程偏差允许达到25，可见丝杠刚度足够。mm6.压杆稳定性校核根据公式22kkmfEIFFkakF远大于工作载荷mF故丝杠不会失稳。12计算失稳时的临界载荷G系列滚珠丝杠副尺寸参数0dhPWD2d1daCoaC1DD规格代号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列数额定载荷/NG3206-43263.96927.231.241829247148螺母安装尺寸油杯LBhM50826760137712M60dhPWD2d1daCoaC1DD4D12减速齿轮计算设计为了满足脉冲当量的的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机轴上尽可能的小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮机减速，采用一级减速，步进电动机的输出轴与齿轮相连，滚珠丝杠的轴头与大齿轮相连。其中大齿轮设计成双片结构。因传递的扭矩较小，取大小齿轮模数均为1mm，齿数比为80：32，材料为45调质钢，齿表面淬硬后达到55HRC。减速箱中心距为[（80+32）1/2]mm=56mm,小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。1Z2Z小齿轮齿数z1=32=80分度圆直径：1113232dmzmm2218080dmzmm齿顶圆直径：11232234aaddhmm22280282aaddhmm齿根圆直径：112322.529.5ffddhmm222802.577.5ffddhmm步进电动机的计算与选型对于步进电动机的计算与选型，通常按照以下几个步骤：1.根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量2.计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩3.取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据4.根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核eqJeqT步进电动机的控制与驱动步进电动机的控制与驱动流程如图所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。步进电动机的控制与驱动流程一、步进电动机简介1.步进电动机的历史2.步进电动机的定义3.步进电动机的工作原理4.步进电动机的机座号5.步进电动机构造6.步进电动机主要参数7.步进电动机的特点一、步进电动机简介1.步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。2.步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行的，故称步进电机。3.步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等4.步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。电动机构造图转轴成平行方向的断面图5.步进电动机主要参数①步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。②拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用m表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。③保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。④步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。⑤定位转矩：电机在