x-y绘图仪设计说明书

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1、武汉纺织大学机电工程院机电一体化课程设计说明书班级：学号：姓名：指导老师：机电一体化课程设计（武汉纺织大学）摘要模块化的小幅面平板式单坐标画笔驱动系统，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠副，以及伺服电动机等部件组成。其外观形式如图1-1所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，通过直齿圆柱齿轮的减速传动，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台仔导轨上运动，完成工作台在X方向的直线移动，调动画笔的高度从而实现直线的生成。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业

2、控制计算机，也可以设计专门的微机控1机电一体化方向专业课程设计任务书2总体方案设计2.1设计任务设计一个数控X-Y小幅面平板式绘图仪，该用于图纸幅面A5以下的图形绘制，重复定位精度为±0.5mm。设计参数如下：台面尺寸C×B×H＝210mm×148mm×10mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝430mm×160mm×20mm；最大长度L=500mm；工作台加工范围X=210mm，Y=148mm；工作台最大快移速度为1m/min。2.2总体方案确定2.2.1系统的运动方式与伺服系统由于绘图移动的过程中，应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降

3、低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。并选用MCS-51系列的ATR89C52作开环控制，与CPU、程序存储器、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．选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用组成完整的控制系统，X、Y两工作位元件拟采用相同的型号与规格。14机电一体化课程设计（武汉纺织大学）2.2.2X-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，因此采用无预加载荷的HG系列滚珠导轨，采用滚珠直线导

4、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，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。系统总体框架图3机械系统设计3.1工作台外形尺寸及重量估算X向拖板（上拖板）尺寸：长宽高145×160×10重量：按重量=体积×材料比重估算14机电一体化课程设计（武汉纺织大学）NY向拖板（下拖板）尺寸：长宽高重量：约18N。上导轨座（连电机）重量：夹具及工件重量：约10N。X-Y工作台运动部分的总重量：约120N。3.2滚动导轨的参数确定3.2.1导轨型式：直线滚动导轨3.2.2导轨长度①上导轨（X向）②下

5、导轨（Y向）3.2.3直线导轨副的设计计算作用在滑块上的载荷，滑座数M=4，则，单项行程长度，每分钟往返次数K=5，工作寿命10000h.按下导轨计算导轨类型：由得：由于每根导轨使用两个滑座，查表知,取。计算动载荷，根据额定寿命计算公式可知：初选直线导轨型号：HGW15CA3.2.3滚动导轨刚度及预紧方法14机电一体化课程设计（武汉纺织大学）当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工

6、作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。3.3滚珠丝杠的设计计算滚珠丝杠的负荷仅为运动部件的重量所引起的进给抗力。3.3.1最大动负载Q的计算查表得系数，，寿命值查表得使用寿命时间h，初选丝杠螺距t=4mm，得丝杠转速得：X向丝杠牵引力Y向丝杠牵引力所以最大动负荷X向Y向查表，取滚珠丝杠公称直径，选用滚珠丝杠螺母副的型号为SFK1004，其额定动载荷为390N，足够用。3.3.2滚珠丝杠螺母副几何参数计算表2-1滚珠丝杠螺母副几何参数14机电一

7、体化课程设计（武汉纺织大学）名称符号计算公式和结果螺纹滚道公称直径10螺距接触角钢球直径螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）3.3.3传动效率计算式中：——摩擦角；——丝杠螺纹升角。3.3.4刚度验算滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算14机电一体化课程设计（武汉纺织大学）所以丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程总误差查表知E级精度的丝杠允许误差，故刚度足够。3.3.5稳定性验算由于丝杠两端采用角接触轴承，故不需要稳定性验算。3.3.6角接触轴承

8、708CD/P4A的选取角接触轴承可以