步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的X-Y數(shù)控工作臺三維建模設(shè)計(jì)

1、目 錄 1 1 數(shù)控工作臺文獻(xiàn)綜述.2 1.1數(shù)控工作臺當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.2數(shù)控工作臺組成.2 1.3高精密數(shù)控工作臺.2 2 總體設(shè)計(jì).5 3 詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算.7 31 機(jī)械傳方案的確定 .7 32 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度和固有頻率的計(jì)算 .11 33 傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算及電機(jī)選擇 .14 4 機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).17 41 非標(biāo)件的三維造型設(shè)計(jì)過程 .17 42 XY 二維工作臺的裝配過程.26 43 運(yùn)動(dòng)仿真及零部件分析 .28 5 控制系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì).32 6 結(jié)束語.34 7 參考文獻(xiàn).35 1 1 數(shù)控工作臺文獻(xiàn)綜述數(shù)控工作臺文獻(xiàn)綜述 1.11.1 數(shù)控工作臺當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)控工

2、作臺當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控工作臺的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征， 而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對國計(jì)民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、 輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。 1 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要有以下幾個(gè)方面:(1)高速、高 精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大 地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。在加工精度方面， 近 10 年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10m 提高到 5m ,精密級加工中心則從 35m，提高到 11.5m 并且超

3、精密加工精度已開始進(jìn)入納米級 0.1m。為了實(shí)現(xiàn)高速、 高精加工，與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò) 大。(2) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工，可用 刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。(3) 智能化、開放式、 網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。 2 1.21.2 數(shù)控工作臺組成數(shù)控工作臺組成 數(shù)控工作臺是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控 銑床和數(shù)控鉆床的 X-Y 工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼

4、裝設(shè)備等。模塊化 的 X-Y 數(shù)控工作臺，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等 部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平 臺在導(dǎo)軌，上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺在 X、Y 方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服 電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù) 需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專 用的微機(jī)控制系統(tǒng)。 1.31.3 高精密數(shù)控工作臺高精密數(shù)控工作臺 2 1.3.1 精密數(shù)控雙驅(qū)二維工作臺 隨著制造業(yè)的多樣化發(fā)展，被加工件的曲線形狀也越來越多樣化，機(jī)床的工作臺必須能 夠?qū)崿F(xiàn)

5、軸向徑向聯(lián)動(dòng)的二維運(yùn)動(dòng)才能達(dá)到加工要求。一般的 機(jī)床傳動(dòng)工作臺由單電機(jī)單絲杠驅(qū)動(dòng)， 而精密數(shù)控雙驅(qū)二維 工作臺通過雙伺服電機(jī)雙絲杠驅(qū)動(dòng)，其兩套電機(jī)滾珠絲杠副被堆成的安裝在工作臺兩側(cè)，如 圖 1-1 所示使工作臺的驅(qū)動(dòng)合力盡可能與作臺的重心相重合，這樣既可有效地消除工作臺自 身扭矩，并有效地減少機(jī)床的振動(dòng)，同時(shí)提高了機(jī)床的負(fù)載容量及傳動(dòng)剛性，由于絲杠由一 根變?yōu)閮筛ㄟ^減小絲杠直徑減小了其重量，使得精密數(shù)控雙驅(qū)二維工作臺具有更好的響應(yīng) 性。 3 1.3.2 全自動(dòng)金絲球焊機(jī) XY 工作臺 圖 1-2 金絲球焊機(jī) XY 工作臺 近年來,我國半導(dǎo)體封裝行業(yè)迅速發(fā)展,對半導(dǎo)體封裝設(shè)備的需求逐年增加。微

6、電子封裝 作為一項(xiàng)市場需求量大、發(fā)展迅速的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),具有廣闊的發(fā)展前景，很多種封裝設(shè)備中 都要用到 XY 二維工作臺結(jié)構(gòu)。 全自動(dòng)金絲球焊機(jī)通過極細(xì)的金線實(shí)現(xiàn)從芯片表面焊點(diǎn)到引腳框架的聯(lián)接, 實(shí)現(xiàn)如此精 圖 1-1 雙電機(jī)雙絲杠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 3 密的焊接,必須保證各焊點(diǎn)的精確位置,而焊頭及圖像識別系統(tǒng)(PRS)被安裝在 XY 工作臺上, 只有 XY 工作臺實(shí)現(xiàn)高精度的定位要求,才能保證全自動(dòng)金絲球焊機(jī)的圖像識別系統(tǒng)以及焊接 系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位。XY 工作臺的結(jié)構(gòu)形式如圖 1-2 所示, 主要 X 軸導(dǎo)軌、X 軸絲杠、Y 軸導(dǎo)軌、 Y 軸絲杠及 X 軸解耦導(dǎo)軌、Y 軸解耦導(dǎo)軌等組成。經(jīng)過誤差分析與計(jì)算

7、可得 X 軸定位精度為 3m。Y 軸定位精度同理測得為 2.5m， XY 工作臺的綜合誤差為 3.9m。 4 1.3.3 手機(jī)外殼檢測設(shè)備中的二維工作臺 二維工作臺是手機(jī)外殼檢測設(shè)備中不可或 缺的自動(dòng)化檢測儀器。近年來，隨著我國手機(jī) 行業(yè)迅速發(fā)展和手機(jī)性能多元化需求的不斷提 高，對二維工作臺的檢測精度 和效率提出了更 高的要求。 在圖 1-3 中可以看到，工作臺的機(jī)械部分 主要由工作臺基座上的 X、Y 向傳動(dòng)系統(tǒng)組成， 其工作方式主要是通過 X、 Y 向伺服電機(jī)帶動(dòng) 滾珠絲桿副，控制絲桿副上安裝板的運(yùn)動(dòng)，以 推動(dòng)產(chǎn)品模具連接塊的運(yùn)動(dòng)。工作臺的機(jī)械 部分是自動(dòng)檢測機(jī)的重要組成部分，由于要滿 足設(shè)

8、備小型化、無間隙、高精度和低摩擦的要求，所以 X、Y 向傳動(dòng)系統(tǒng)采用了滾珠絲桿副、 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)方式，這樣的配合方式摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高，比常規(guī)的絲桿螺母 副提高了 34 倍。 5 圖 1-3 手機(jī)外殼檢測工作臺 4 2 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 二維工作臺主要由靜機(jī)座和動(dòng)機(jī)座組成。靜機(jī)座包括 X 方向的 X 底座、導(dǎo)軌及絲杠與軸 承座；動(dòng)機(jī)座包括 Y 方向的 Y 底座、導(dǎo)軌、絲杠與軸承座以及工作臺組成。Y 底座與工作臺 均隨絲杠螺母和導(dǎo)軌滑塊一起運(yùn)動(dòng)。 圖 2-1 XY 工作臺總體設(shè)計(jì) 絲杠支承是絲杠結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。它的結(jié)構(gòu)形式和安排布置對傳動(dòng)精度影響很大。 因此，支撐結(jié)構(gòu)必需保證絲

9、杠在其旋轉(zhuǎn)時(shí)不會產(chǎn)生過大的軸向和徑向跳動(dòng)，否則，即使絲杠 的精度再高，工作臺仍不能得到準(zhǔn)確的位移。在絲杠的支承中，絲杠的轉(zhuǎn)速較低，可裝在兩 個(gè)軸承或徑向滾珠軸承或滾針軸承中，為了使絲杠承受軸向力并防止絲杠軸向移動(dòng)，需采取 高精度的滾珠止推軸承或滑動(dòng)止推軸承。 滾珠絲杠副常用的支承方式的有四種，單推-單推式、雙推-雙推式、雙推-簡支式、雙 推-自由式，初步選用第三種支撐形式，雙推-簡支式。雙推-簡支式一端安裝推力軸承與深 溝球軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，使用時(shí)應(yīng)注意減少絲杠熱變 形的影響。雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動(dòng)精度較高的 長絲杠傳動(dòng)系

10、統(tǒng)。 5 圖 2-2 XY 工作臺傳動(dòng)原理圖 6 3 詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算 3 31 1 機(jī)械傳方案的確定機(jī)械傳方案的確定 3.1.1 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 計(jì)算動(dòng)載荷 FQ： 求 L 值： 6 m 6 60n T L ( 10 r) 10 式中：nm-絲杠恒速段平均轉(zhuǎn)速(r/min)； T-使用壽命(h)。 工作臺運(yùn)動(dòng)速度 v= 50 mm/s = 3000 mm/min 初選導(dǎo)程 Ph = 6 mm 絲杠恒速段平均轉(zhuǎn)速 min/500 6 3000 h v m r P n 已知 T = 8000 h 故 L = 250 r106 計(jì)算動(dòng)載荷： 3 QH Wm Lf f F (N

11、)F 式中：fw-載荷系數(shù)，受中等沖擊，取 fw = 1.2 fH -硬度系數(shù)，根據(jù)硬度 HRC 5860 58 故取 fH = 1 Fm -平均軸向載荷(N)，已知 Fm = 2500N 故 = 18.64 KN25002 . 11240 3 Q F (2) 滾珠螺旋副選擇計(jì)算： 初選滾珠絲杠副規(guī)格型號，使其額定動(dòng)載荷 CaFQ，當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下 （n10r/min）長時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使其額定靜載荷 C0a(23)Fm。 查詢 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-機(jī)械傳動(dòng) 表 11-1-30 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副系列性能參數(shù)初選 規(guī)格代號 3206-5 的滾珠絲杠副。系列性能參數(shù)如下： 公稱直徑

12、 d0 =32 mm 絲杠底徑 d2 = 27.9 mm 基本導(dǎo)程 Ph = 6 mm 額定動(dòng)載荷 Ca = 22.5 KN 額定靜載荷 C0a = 56.2 KN 7 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算： 4 4 K2 K 2 f d F3.4 10 (N) l 式中：FK-臨界載荷（N） ； fK -穩(wěn)定性系數(shù)，對于第三種支承（雙推簡支）：fK =2； d2 -絲杠內(nèi)徑(mm)； l-絲杠支承距離(mm)。 x 方向： l = 500 + 100 = 600 mm FK = 114451.9575 N y 方向： l = 400 + 100 = 500 mm FK = 164810.8188 N 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算

13、： 6 c2 K 2 f d N96.8 10 (r/min) ls 式中：NK-臨界轉(zhuǎn)速(r/min) ； fc-臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，對于第三種支承：fc=1； d2-絲杠內(nèi)徑(mm)； ls-絲杠工作長度(mm)，可近似取為支承距離。 x 方向： l = 500 + 100 = 600 mm NK = 7502 r/min y 方向： l = 400 + 100 = 500 mm NK = 10803 r/min (3) 選擇絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整方式 圖 3-1 雙螺母螺紋預(yù)緊方式示意圖 圖 3-2 雙螺母墊片預(yù)緊方式示意圖 8 圖 3-3 內(nèi)循環(huán)固定反向器墊片預(yù)緊） 圖 3-4 外循環(huán)插管

14、式墊片預(yù)緊 選擇雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式。 3.1.2 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 由已知條件計(jì)算傳動(dòng)比： p i= 360 h 式中：-步距角(/p) Ph-絲杠導(dǎo)程(mm) -脈沖當(dāng)量(mm/p)，脈沖當(dāng)量應(yīng)小于或等于重復(fù) 定位精度。 計(jì)算可知傳動(dòng)比 5 . 2 mm01 . 0 360 mm65 . 1 i (2) 由整體結(jié)構(gòu)要求初定大小齒輪分度圓直徑及齒數(shù)，初選模數(shù) m = 2，小齒輪齒數(shù)= 1 z 18 小齒輪分度圓直徑 = m = 2 18 = 36 1 d 1 z 大齒輪齒數(shù)為，根據(jù)傳動(dòng)比 ，可知= 45 2 z5 . 2 z z 1 2 2 z 大齒輪分度圓直徑= m = 2 45

15、= 90 2 d 2 z (3) 從結(jié)構(gòu)上采取措施以提高傳動(dòng)精度 使用偏心套，采用偏心套(軸)調(diào)整法 將相互嚙合的 1 對齒輪中的 1 個(gè)齒輪裝在電機(jī)輸出軸上，并將電動(dòng)機(jī)安裝在偏心套 (或 偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié) 2 個(gè)嚙合齒輪的中心距，從而消除 圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。這種調(diào)整方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。 軸向墊片調(diào)整法 齒輪 1 和 2 相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片使齒 輪沿軸向移動(dòng)，從而消除 2 個(gè)齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片的厚度應(yīng)既能使得齒輪 1 和 2 之間齒側(cè)間隙小，又能保證運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。這種調(diào)整方

16、法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙不能自 動(dòng)補(bǔ)償。 9 3.1.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 (1) 根據(jù)設(shè)計(jì)壽命計(jì)算導(dǎo)軌副的距離壽命 L 式中 Lh-壽命時(shí)間，單位為 h； L-距離額定壽命，單位為 km; v-移動(dòng)件平均移動(dòng)速度，單位為 m/s； km1440 10 103600508000 3 3 L （2）根據(jù)動(dòng)載荷和距離壽命的關(guān)系式計(jì)算動(dòng)載荷 滾動(dòng)體為球時(shí)： 50 3H ）（ F C f ffff L a W RCT 式中：L-距離額定壽命，單位為 km，由上式可知 L= 1440 km Ca-額定動(dòng)載荷，單位為 KN F-單個(gè)滑塊上的工作載荷，單位為 KN，F(xiàn) = 2.5 KN/4 =

17、0.625 KN fH-硬度系數(shù)，如表 3-1 所示，fH = 1 fT-溫度系數(shù)，如表 3-2 所示，fT = 1 fC-接觸系數(shù)，如表 3-3 所示，fC = 0.81 fR-精度系數(shù)，如表 3-4 所示，fR = 0.9 fW-載荷系數(shù)，如表 3-5 所示，fW = 1 表表 3-13-1 硬度系數(shù)硬度系數(shù) 滾道硬度（HRC） 50555864 fH0.530.81.0 表表 3-23-2 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 工作溫度/ 100100150150200200250 fT1.000.90.730.6 表表 3-33-3 接觸系數(shù)接觸系數(shù) h 3 Lv 3600 L 10 10 每根導(dǎo)軌上的滑

18、塊數(shù) 12345 fC1.000.810.720.660.61 表表 3-43-4 精度系數(shù)精度系數(shù) 精度等級 2345 fR1.01.00.90.9 表表 3-53-5 載荷系數(shù)載荷系數(shù) 工況低速場合，速度小于 15m/min中速場合，速度為 1560m/min高速場合，速度大于 60m/min fW11.51.5223.5 計(jì)算可得 = 2.6279 KN a C （3）根據(jù)動(dòng)載荷選取合適的型號 查閱相關(guān)手冊（如機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 單行本軸承第 3 章 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件） 或產(chǎn)品樣本，根據(jù)計(jì)算的動(dòng)載荷選取滾動(dòng)導(dǎo)軌型號。網(wǎng)上查閱資料選用 TBR30 導(dǎo)軌。 （4）確定導(dǎo)軌副與工作臺和底座的連接

19、結(jié)構(gòu) 導(dǎo)軌副與工作臺：將工作臺輕輕放置在直線導(dǎo)軌滑塊上,不完全鎖緊安裝螺栓。通過止 動(dòng)螺絲將直線導(dǎo)軌滑塊的基準(zhǔn)側(cè)與工作臺側(cè)面基準(zhǔn)面接觸，使工作臺定位。 導(dǎo)軌副與底座：將 TBR 導(dǎo)軌用螺栓螺母固定在底座上。 絲杠與工作臺：絲杠螺母插裝在方形帶孔的螺母座里，用螺絲固定，螺母座和工作臺用 螺絲固定并用兩個(gè)圓錐銷定位，從而帶動(dòng)工作臺。 3 32 2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度和固有頻率的計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度和固有頻率的計(jì)算 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度和固有頻率的計(jì)算的目的是避免產(chǎn)品在工作中的機(jī)械諧振，為避免諧 振，機(jī)械傳動(dòng)的固有頻率必須比系統(tǒng)位置控制環(huán)的固有頻率高 23 倍。對滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng) 主要考慮扭振和縱向拉壓振

20、動(dòng)問題，其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率和縱向振動(dòng)頻率均應(yīng)遠(yuǎn)大于絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn) 速度。 3.2.1 計(jì)算運(yùn)動(dòng)部件反映在絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (1) 滾珠絲杠本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js； 11 4 2 0 s d l J (kg.m ) 32 s g 式中：d0-絲杠名義直徑（m） ； ls-絲杠工作長度（m） ； -比重，鋼材 =7.8g/cm3=76,520N/ m3； g-重力加速度，9.8m/ s2。 X 方向： 24 4 s mkg108 . 4 8 . 932 765206 . 0032 . 0 J Y 方向： 24 4 s mkg1002 . 4 8 . 932 765205 . 0032 . 0 J （2）工

21、作臺重量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JW: 2 2 W pW J (m ) 2 h kg g 式中：W-工作臺（含工件）重量（N） ； Ph-絲杠導(dǎo)程(m)。 242 3 mkg1033 . 2 2 106 8 . 9 2500 W J （3）大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2： 4 2 2 (D-d) B J (kg m ) 32g 式中：D-大齒輪分度圓直徑（m） ； d-大齒輪內(nèi)孔直徑（m） ； 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-機(jī)械傳動(dòng)11-23 根據(jù)絲杠公稱直徑 d0 = 32 mm，可知大齒輪內(nèi) 孔直徑與絲杠兩端軸徑相同，故大齒輪內(nèi)孔直徑 d = 0.016 m。 B 為齒輪寬度，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊13-87 選取

22、齒寬系數(shù)=0.55 d B =d=0.55 90 =49.5 mm d 23 4 2 mkg101378 . 1 8 . 932 765200495 . 0 016 . 0 09 . 0 ）（ J （4）換算到絲杠軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（按第三種支承方式）： W2s 1 J=JJJ 3 X 方向：J = 15.308 4 10 2 mkg 12 Y 方向：J = 15.048 4 10 2 mkg 3.2.2 絲杠固有頻率計(jì)算 （1）絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 KT： 式中：d2 -絲杠底徑（m） ，可近似取公稱直徑 d0； ls-絲杠工作長度（m） x 方向：radNKT/m87.13718 y 方向：rad

23、NKT/m64.16462 (2) 絲杠扭振固有頻率： T T K (rad/s) J X 方向：srad T /64.2993 Y 方向：srad T /58.3307 (3) 計(jì)算工作臺質(zhì)量在絲杠軸上引起的縱向振動(dòng)固有頻率（第三種支承，雙推-簡支）： 計(jì)算 Ke：； ebsntn 11111 K2KKKK Ke-絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的總剛度（N/m） mNKb/2325)2032( 20100 15007000 1500 X 方向：mNK/ 6 . 281 10600 1032 1065 . 1 3 23 11 s ）（ Y 方向：mNK/92.337 10500 1032 1065 . 1 3

24、23 11 s ）（ mNK/6802032 2040 350900 350 n ）（ mNK/1000 tm 可得 X 方向：mNK/1060 . 1 8 e Y 方向：mNK/1077 . 1 8 e 44 9 22 T ss Gdd K7.85 10N m/ rad 32ll 13 縱向振動(dòng)固有頻率： ee 0mcch KK g (rad/s) mW 式中：m-工作臺加工件的質(zhì)量（kg） W-工作臺加工件的重量（N） 由上式求得可計(jì)算縱向振動(dòng)固有頻率 e K X 方向： s/rad96.791 omech Y 方向：s/rad97.823 omech 3) 判斷振動(dòng)頻率是否遠(yuǎn)大于絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)

25、速度 工作臺快進(jìn)速度3000mm/mins/mm50vR s/rad36.52 606 23000 n 由以上數(shù)據(jù)可知，無論扭振頻率還是振動(dòng)頻率均遠(yuǎn)大于絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)速度，不會引起共振。 3 33 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算及電機(jī)選擇傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算及電機(jī)選擇 3.3.1 計(jì)算各傳動(dòng)件的 GD2 對于一級圓柱齒輪副減速器，則需分別計(jì)算小齒輪、大齒輪、絲杠、工作臺的 GD2；然 后折算到電機(jī)軸上算出等效值 GD2。 圓柱齒輪 GD2的計(jì)算公式為： 242 GDd B (Nm ) 8 式中：d-齒輪分度圓直徑（m） B-齒輪寬（m） -比重，鋼材 =7.8g/cm3=76,520N/ m3 小齒輪：m

26、m 8 . 193655 . 0 d d 小 B 244 2 1 m1099 . 9 765200198 . 0 036 . 0 8 NGD 大齒輪：mm 5 . 499055 . 0 d d 大 B 224 2 2 m1076 . 9 765200495 . 0 09. 0 8 NGD 絲杠的計(jì)算公式為：GD2s 42 0 s d l (Nm ) 8 14 X 方向： 224 2 s m1089.91765206 . 0032 . 0 8 NGD Y 方向： 224 2 s m1058 . 1 765205 . 0032 . 0 8 NGD 工作臺的計(jì)算公式為：GD2T 2 2 p =W (

27、Nm ) h 232 3 2 T m1012 . 9 106 2500NGD 折算到電機(jī)軸上的等效慣量為：GD2= GD21+( GD22+ GD2s+ GD2T) 2 1 i X 方向： 22 2 3224 2 m1010 . 2 5 . 2 1 1012 . 9 1089 . 1 1076 . 9 1099 . 9 NGD ）（ Y 方向： 22 2 3224 2 m1006 . 2 5 . 2 1 1012 . 9 1058 . 1 1076 . 9 1099 . 9 NGD ）（ 3.3.2 計(jì)算恒速段絲杠轉(zhuǎn)速 ns 和電機(jī)轉(zhuǎn)速 nm 絲杠轉(zhuǎn)速：min/ r500 r /mm6 min

28、/mm3000 h v ns P 電機(jī)轉(zhuǎn)速：1250r/min2.5500inn sm 3.3.3 計(jì)算 Y 向電機(jī)軸上總扭矩 計(jì)算加速力矩及加速過程中電機(jī)軸上的總扭矩；其中 T 加速力矩： 2 a T (Nm) 375t m a GDn 式中：nm-電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） ； ta-加速時(shí)間（s） 可得m137 . 0 5 . 0 1250 375 1006 . 2 2 a NT 等效摩擦轉(zhuǎn)矩： mh f 1 FW p 3 T (Nm) 2i k 式中：Fm-最大軸向載荷（N)） ；為螺母預(yù)緊力，即預(yù)緊力一般為軸 m 1 F 3 向載荷的 1/3 15 k-絲杠螺母副內(nèi)部摩擦系數(shù)，取 0.3

29、; -導(dǎo)軌與工作臺之間的摩擦系數(shù)； W-工作臺（含工件）重量（N） ； Ph-絲杠導(dǎo)程（m） ； -效率，取 0.88； i-齒輪傳動(dòng)比。 計(jì)算得 NmTf156 . 0 5 . 288 . 0 2 006 . 0 )2500024 . 0 3 . 03000 3 1 ( 等效外負(fù)載力矩 TL ： mh L F p T (Nm) 2i NmTL302 . 1 5 . 288 . 0 2 006 . 0 3000 總扭矩=max 二者取其大值 T fLfa TT,TT NmT458 . 1 1.458max0.293, 3.3.4 初選 Y 向電機(jī) 按最高運(yùn)行頻率 fmax和總扭矩 T選擇電機(jī)，

30、應(yīng)使電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 TjmanKT，K 為安 全系數(shù)，一般取 24，步進(jìn)電機(jī)選型樣本可參考附錄 3。 查表附錄 3，根據(jù)附表 3-1 中最大靜轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值初選型號為 110BF003 電機(jī)， 。458 . 1 484 . 7 3.3.5 Y 向步進(jìn)電機(jī)的最終確定 計(jì)算可得電機(jī)空載運(yùn)行頻率 Hzf5000 60 1250 360 max 查附表 3-5 110BF003 型號步進(jìn)電機(jī)矩頻特性，根據(jù)差值計(jì)算在 5000 Hz 輸出轉(zhuǎn)矩為 2.82 Nm，由此可知最大工作頻率下的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩能夠滿足要求。458 . 1 82 . 2 3.3.6 X 向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 選型步驟與 Y 軸相同，但由于 X

31、軸位于 Y 軸底部，帶動(dòng) Y 軸運(yùn)動(dòng)，所以上述公式中的工 作臺（含工件）重量 W 應(yīng)包含 Y 軸的各部件重量（估算約為 1000N） 。 16 m14 . 0 5 . 0 1250 375 1010 . 2 2 a NT NmTf167 . 0 5 . 288 . 0 2 006 . 0 )3500024 . 0 3 . 03000 3 1 ( NmTL302 . 1 5 . 288 . 0 2 006 . 0 3000 NmT468 . 1 同 Y 向電機(jī)相同，X 向電機(jī)也選用 110BF003 型號步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號為 BD36Nc 17 4 機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)

32、計(jì) XY 二維工作臺主要是由工作臺、TBR 導(dǎo)軌、滑塊、絲杠、絲杠螺母、步進(jìn)電機(jī)、底座等 零部件組成。XY 二維工作臺中除標(biāo)準(zhǔn)件以及外購件外，部分零部件需要根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方 案進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，非標(biāo)件設(shè)計(jì)需要考慮材料、結(jié)構(gòu)等是否合理。非標(biāo)件設(shè)計(jì)結(jié)束，將外購 件、所涉及的非標(biāo)件進(jìn)行 XY 二維工作臺的整體裝配。裝配結(jié)束后，對裝配體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真， 并對零部件進(jìn)行分析。 4 41 1 非標(biāo)件的三維造型設(shè)計(jì)過程非標(biāo)件的三維造型設(shè)計(jì)過程 4.1.1 底座的三維造型過程 圖 4-1 底座三維造型圖 底座的三維造型如上圖，使用 UG 進(jìn)行了 X 底座的三維造型，造型過程如下圖。 18 圖 4-2 底座三維造型

33、過程圖 圖 4-3 X 底座三維造型過程圖 底座的三維造型需要考慮到對導(dǎo)軌的支撐，與兩個(gè)軸承座地面的接觸部分、與電機(jī)座地 面的接觸部分，對于 Y 底座還要考慮 Y 做下底面與滑塊和絲杠螺母的接觸。由于底座是鑄件， 對與接觸部分需要精加工，所以需要精加工的部分拉伸一個(gè)凸臺，精加工只需要加工這些凸 臺，節(jié)約加工成本。 4.1.2 偏心套的三維造型過程 圖 4-4 偏心套三維造型圖 偏心套的三維造型如上圖，使用 UG 進(jìn)行了偏心套的三維造型。根據(jù)電機(jī)座尺寸與電機(jī) 19 凸緣尺寸來初步設(shè)定偏心套內(nèi)孔尺寸與外圓尺寸，經(jīng)過三次拉伸，一次布爾運(yùn)算中的求差， 完成了偏心套的大概外觀。由于偏心套的最大外圓與電機(jī)

34、座有干涉，故將偏心套上下各切除 一部分。偏心套內(nèi)孔的圓心與外圓圓心錯(cuò)開 2mm，從而實(shí)現(xiàn)偏心的效果。在偏心套最大外圓 的拉伸體上，左右各開一個(gè)弧形通孔，用來將偏心套與電機(jī)座固定的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)偏心套 的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整齒輪間隙。 造型過程如下圖。 圖 4-5 偏心套三維造型過程圖 4.1.3 電機(jī)座的三維造型過程 圖 4-6 電機(jī)座三維造型圖 電機(jī)座的三維造型如上圖，電機(jī)座外觀呈 “L”形，其作用是將電機(jī)、偏心套固定在 XY 底座上。電機(jī)座的三維造型比較簡單，經(jīng)過兩次 圖 4-7 電機(jī)座三維造型過程圖 20 簡單拉伸實(shí)現(xiàn)了電機(jī)座的初步造型。根據(jù) XY 底座位置在電機(jī)座是打孔。電機(jī)座的三維造型 過

35、程如右圖。 4.1.4 絲杠螺母座的三維造型過程 圖 4-8 絲杠螺母座三維造型圖 絲杠螺母座的三維造型如上圖，絲杠螺母座的作用是連接絲杠螺母與工作臺或 Y 底座 的中間媒介，最初的設(shè)計(jì)將絲杠螺母座設(shè)計(jì)成一個(gè)正方體，但是會浪費(fèi)很多材料，然后考慮 到材料成本和鑄造的拔模斜度，將絲杠螺母座設(shè)計(jì)成一個(gè)類似三角形的外觀。絲杠螺母座的 三維造型國產(chǎn)如下。 圖 4-9 絲杠螺母座三維造型過程圖 21 4.1.5 雙推端軸承座的三維造型過程 由于絲杠的支撐形式采用了雙推-簡支式，雙推端軸承座是雙推端的支撐座。雙推端軸承 座用來安裝雙向推力球軸承與深溝球軸承，其三維造型過程比較簡單，考慮到材料問題與拔 模斜度

36、，雙推端軸承座的外觀與絲杠螺母座相似。一個(gè)大體外觀的草圖拉伸，還有根據(jù)選擇 的軸承的大徑尺寸進(jìn)行兩次拉伸，就完成了該軸承座的三維造型，之后是根據(jù)連接關(guān)系而進(jìn) 行的打孔與鉆孔等步驟。 雙推端軸承座的三維造型如圖。 圖 4-10 雙推端軸承座三維造型圖 4.1.6 簡支端軸承座的三維造型過程 圖 4-11 簡支端軸承座三維造型圖 22 簡支端軸承座是絲杠簡支端的支撐座，其造型過程與雙推端軸承座的造型過程很相似， 不同之處在于雙推端軸承座的軸承孔由于雙向推力球軸承與深溝球軸承的外徑不同，加上推 力需要傳遞到軸承座、底座上，所以不是通孔，且孔徑前后不同。而簡支端軸承座只需要安 裝深溝球軸承，只需要拉伸

37、一個(gè)通孔。 4.1.7 絲杠的三維造型過程 圖 4-12 絲杠三維造型圖 絲杠是機(jī)械傳動(dòng)中的一個(gè)重要部件，根據(jù)第 3 部分的選型計(jì)算，選用公稱直徑為 32， 導(dǎo)程為 6 的絲杠。絲杠的三維造型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是絲杠滾珠螺紋的形成，首先根據(jù)工作臺的行 程，經(jīng)過簡單計(jì)算，留有余量，拉伸出一個(gè)圓柱體，在拉伸好的圓柱體上插入螺旋線，然后 在螺旋線上建立一個(gè)基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上畫一個(gè)圓，讓該圓沿插入的螺旋線進(jìn)行掃略，將掃 略形成的螺旋柱體與圓柱進(jìn)行求差，就完成了絲杠滾珠螺紋的三維造型。之后根據(jù)軸承的寬 度，齒輪寬度在圓柱絲杠兩端進(jìn)行拉伸，形成多段圓柱。然后在拉伸的圓柱上根據(jù)安裝鍵的 需要，在圓柱面上建立基準(zhǔn)面，

38、開出鍵槽。 絲杠的三維造型過程如下圖。 圖 4-13 絲杠三維造型過程圖 23 4.1.8 工作臺的三維造型過程 工作臺的作用是 XY 工作臺用來承載加工件的平臺，工作臺要與導(dǎo)軌上的四個(gè)滑塊和絲 杠螺母連接，所以要工作臺上平面需要向下打沉頭孔。此外，工作臺是鑄件，為了為了保證 在水平方向的精度，需要對鑄造好的工作臺進(jìn)行精加工，為了節(jié)約成本，在工作臺需要和滑 塊、螺母座連接的地方加一個(gè)凸臺，在精加工時(shí)只需要精加工凸臺和上平面就好，這樣就節(jié) 約了成本。 工作臺的三維造型及造型過程如下。 圖 4-14 工作臺三維造型圖 圖 4-15 工作臺三維造型過程圖 4.1.9 端蓋的三維造型過程 24 端蓋是

39、安裝在軸承座上，用來防塵的。在 XY 二維工作臺中一共用到了簡支端軸承座兩 個(gè)，雙推端軸承座兩個(gè)，共四個(gè)端蓋。四個(gè)端蓋三種類型，完全密封型的，和需要帶中心孔 的。端蓋的三維造型過程很簡單，在二維草圖中繪制一個(gè)圓，然后進(jìn)行拉伸。端蓋與軸承座 的連接是通過圓柱頭內(nèi)六角螺釘，所以需要在端蓋上打通孔。 圖 4-16 端蓋 1 三維造型圖 圖 4-17 端蓋 2 三維造型圖 25 圖 4-18 端蓋 3 三維造型圖 端蓋的三維造型過程圖如下。 圖 4-19 端蓋三維造型過程圖 4.1.10 大小齒輪的三維造型過程 由于使用的是 UG6.0，版本較低，所以無法進(jìn)行齒輪的三維造型。所以使用了另一個(gè)三 維軟件

40、 SolidWorks，在該軟件的零件庫中調(diào)出了齒輪，通過設(shè)定有第 3 部分的計(jì)算得到的 齒數(shù)模數(shù)、以及選用的鍵的寬度等參數(shù)，生成了齒輪從而完成大小齒輪的三維造型。 26 圖 4-20 大齒輪三維造型圖 圖 4-21 小齒輪三維造型圖 4 42 2 XYXY 二維工作臺的裝配過程二維工作臺的裝配過程 27 圖 4-22 XY 工作臺三維造型圖 在非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)結(jié)束后，就開始了 XY 工作臺的整體裝配過程。打開 UG 軟件，新建裝配， 添加組件。首先添加的組件是 X 方向底座，在放置里面選擇絕對原點(diǎn)。之后的其他零部件均 選擇通過約束，即其他零部件都是建立在這個(gè)絕 對約束上面的。 在 UG 的裝配中

41、，約束關(guān)系主要用到的只有接 觸對齊下的接觸、對齊、自動(dòng)判斷中心軸以及距 離等幾個(gè)類型的約束，一般三個(gè)約束就可以完成 一個(gè)零部件的裝配。 第一個(gè)零部件安裝的是 TBR30 導(dǎo)軌，添加組 件中選擇 TBR 導(dǎo)軌，在裝配約束中選擇接觸對齊 下的自動(dòng)判斷中心軸。將導(dǎo)軌上的孔與底座上的孔 進(jìn)行同心約束，進(jìn)行兩次自動(dòng)判斷中心軸約束，從 而約束兩個(gè)孔，使導(dǎo)軌在底座的導(dǎo)軌支撐座正上方，在添加約束中選擇接觸約束，選擇導(dǎo)軌 底面與底座中導(dǎo)軌支撐面，從而使導(dǎo)軌裝配到底座上。 將導(dǎo)軌裝配到 X 底座上后，進(jìn)行的是兩個(gè)軸承座以及電機(jī)座的裝配約束，這三個(gè)零部件 的裝配同導(dǎo)軌的裝配相同，每個(gè)件都是先通過兩次自動(dòng)判斷中心孔命

42、令將該零部件上的孔與 X 底座上的孔中心對齊，然后一個(gè)接觸約束，使該零部件與底座接觸，完成裝配。 在完成以上三個(gè)零部件的裝配后，在添加組件中選擇 X 軸絲杠，對絲杠進(jìn)行裝配。絲杠 的兩端為了滿足雙推簡支的支承方式，兩端軸段不同，將絲杠添加進(jìn)裝配界面后，先將絲杠 通過移動(dòng)組件命令擺放正確。在裝配約束中選擇自動(dòng)判斷中心軸，選擇絲杠的中心線與軸承 座上孔的中心線。之后通過多次應(yīng)用自動(dòng)判斷中心軸、接觸的約束關(guān)系將雙向推力球軸承、 圖 4-23 裝配約束關(guān)系圖 28 深溝球軸承、套筒、墊片、絲杠螺母、鎖緊螺母、鍵、卡簧等絲杠上應(yīng)該安裝的零部件進(jìn)行 裝配。 完成以上操作后，將四個(gè)滑塊通過自動(dòng)判斷中心軸安裝

43、到 TBR 導(dǎo)軌上，然后通過平行約 束關(guān)系，使滑塊上平面與 X 底座平面平行，最后使用對齊和距離約束，使四個(gè)滑塊對齊保持 相同距離。絲杠螺母座的安裝則是通過自動(dòng)判斷中心軸與接觸約束，分別選擇絲杠螺母的中 心軸線和螺母座孔的中心軸線與絲杠螺母的面與螺母座的一個(gè)面完成裝配，最后通過平行約 束，選擇螺母座平面與 X 底座平面，是螺母座上平面平行于 X 底座下平面。 偏心套和電機(jī)的裝配，先使用自動(dòng)判斷中心軸與接觸命令將偏心套安裝在電機(jī)座上，再 使用相同的命令將電機(jī)安裝在電機(jī)座上。然后是大小齒輪與軸承座端蓋的裝配，同樣使用自 動(dòng)判斷中心軸與接觸的約束命令，完成裝配。此外，齒輪需要在軸向上進(jìn)行固定，可以選

44、用 頂絲、使用擋片或者在齒輪的兩齒間打孔然后使用螺釘。在本次設(shè)計(jì)中由于電機(jī)軸較短，故 在電機(jī)軸端面上開了一個(gè)螺紋孔，然后使用螺釘將一個(gè) U 型擋片安裝在電機(jī)軸上擋住小齒輪， 大齒輪的軸向固定則使用了頂絲，在齒輪安裝的軸段上鉆一個(gè)螺紋孔，通過自動(dòng)判斷中心軸 與接觸的命令安裝了頂絲。 最后通過滑塊上的孔和螺母座上的孔，用自動(dòng)判斷中心軸與接觸命令完成 Y 底座在 X 底 座上的安裝。Y 底座生零部件的安裝同 X 底座上零部件的安裝相同。完成 Y 底座上零部件的 安裝與工作臺的安裝后，根據(jù)孔的大小和所選用的螺釘、螺栓，通過裝配約束自動(dòng)判斷中心 軸和接觸命令完成螺栓、螺釘?shù)难b配。XY 工作臺裝配完成。

45、4 43 3 運(yùn)動(dòng)仿真及零部件分析運(yùn)動(dòng)仿真及零部件分析 4.3.1 XY 工作臺的運(yùn)動(dòng)仿真過程 完成 XY 工作臺的裝配后，接下來進(jìn)行的是 XY 工作臺的運(yùn)動(dòng)仿真。打開裝配好的 XY 二 維工作臺的裝配體，在 UG 6.0 的開始菜單欄中選擇運(yùn)動(dòng)仿真，進(jìn)入了運(yùn)動(dòng)仿真界面，在運(yùn) 動(dòng)導(dǎo)航器中選擇 model1 右擊選擇新建仿真，在彈出的環(huán)境框中選擇動(dòng)態(tài)、基于組件的仿真。 29 圖 4-24 運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境界面 然后單擊 “連桿” ，將在接下來的運(yùn)動(dòng)仿真過程中不動(dòng)的部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分、移動(dòng)部分分 寫設(shè)置為連桿。其中 X 底座與軸承座電機(jī)、電機(jī)座、導(dǎo)軌等部件在運(yùn)動(dòng)仿真中不運(yùn)動(dòng)，設(shè)為 固定連桿。共計(jì)設(shè)置 7

46、個(gè)連桿。 圖 4-25 連桿設(shè)置界面 連桿設(shè)置完成后，接下來對設(shè)置的 7 個(gè)連桿添加運(yùn)動(dòng)副，齒輪連桿、絲杠及絲杠上的部 件連桿設(shè)置為轉(zhuǎn)動(dòng)副，Y 底座上的部件連桿以及工作臺連桿設(shè)置為移動(dòng)副。共計(jì)設(shè)置 7 個(gè)運(yùn) 動(dòng)副。由于 Y 底座在進(jìn)行水平移動(dòng)的同時(shí)，Y 底座上的絲杠齒輪還有轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺也存在轉(zhuǎn) 動(dòng)，所以對 Y 底座上所有連桿之前設(shè)置的運(yùn)動(dòng)副分別進(jìn)行與 Y 底座的咬合連桿。要注意的是， 咬合連桿的指定原點(diǎn)、指定方位與運(yùn)動(dòng)副的指定原點(diǎn)、指定方位應(yīng)設(shè)置為相同的。 30 圖 4-26 運(yùn)動(dòng)副及咬合連桿設(shè)置界面 圖 4-27 運(yùn)動(dòng)副駕駛員設(shè)置界面 設(shè)置完運(yùn)動(dòng)副及咬合連桿后需要為這些運(yùn)動(dòng)副添加動(dòng)力，才能使

47、這些運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)起來。 在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器里雙擊剛剛設(shè)置的運(yùn)動(dòng)副，選擇駕駛員，在駕駛員界面下為運(yùn)動(dòng)副添加動(dòng)力。 為了使 XY 工作臺的運(yùn)動(dòng)仿真的運(yùn)動(dòng)形式復(fù)雜一點(diǎn)，添加動(dòng)力選擇函數(shù)。 打開函數(shù)管理器，新建函數(shù)。如圖 4-28。新建函數(shù)后進(jìn)入 XY 函數(shù)編輯界面。 在 XY 函數(shù)編輯界面的插入欄選擇運(yùn)動(dòng)函數(shù)，函數(shù)選擇函數(shù)框里最下面的 STEP 函數(shù)。函 數(shù)編輯器界面如圖 4-29。 31 圖 4-28 函數(shù)管理器界面 32 圖 4-29 XY 函數(shù)編輯器界面 33 STEP( x, x0, h0, x1, h1)函數(shù)中 x 記作代號， x0 代表著初始時(shí)間， h0 代表初始位 置，x1 代表著這一運(yùn)動(dòng)的結(jié)

48、束時(shí)間，h1 代表著這一運(yùn)動(dòng)的結(jié)束位置。STEP 函數(shù)在設(shè)置一個(gè) 動(dòng)作后如果想要繼續(xù)運(yùn)動(dòng)可以繼續(xù)添加，在 STEP 函數(shù)后添加一個(gè)“+”號，再寫一個(gè) STEP 函數(shù)。 例如：STEP( x, 0, 0, 4, -340)+STEP( x, 4, 0, 8, 340) 初始時(shí)間為 0，初始位置為 0，第一個(gè)運(yùn)動(dòng)的結(jié)束時(shí)間為 4，第一個(gè)運(yùn)動(dòng)的結(jié)束位置為- 340，在第二個(gè) STEP 函數(shù)中，初始時(shí)間為上一個(gè) STEP 函數(shù)的結(jié)束時(shí)間，但是上一個(gè)函數(shù)的 結(jié)束位置在下一個(gè)函數(shù)中默認(rèn)設(shè)置為初始位置，可以理解為是相對位移。在移動(dòng)副中設(shè)置的 是位移，在旋轉(zhuǎn)副中設(shè)置的是角度。根據(jù)自己的需要對沒個(gè)運(yùn)動(dòng)副設(shè)置函數(shù)

49、運(yùn)動(dòng)，完成運(yùn)動(dòng) 副的動(dòng)力設(shè)置后單機(jī)菜單欄下的結(jié)算方案，在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器中出現(xiàn) solution 結(jié)果，右擊選擇 求解。完成了 XY 工作臺的運(yùn)動(dòng)仿真，選擇動(dòng)畫，點(diǎn)擊播放就可以看到 XY 工作臺的運(yùn)動(dòng)仿真。 4.3.2 滑塊的有限元析 對于零部件滑塊的有限元分析，單機(jī)“開始”下拉菜單“高級仿真” ，進(jìn)入高級仿真界 面。單擊屏幕左側(cè)“仿真導(dǎo)航器” ，進(jìn)入仿真導(dǎo)航界面并選中模型，單擊右鍵，在彈出的下 拉菜單中選擇“新建 FEM 和仿真” ，彈出“新建 FEM 和仿真”對話框，單擊“確定” 。 單擊屏幕左側(cè)“仿真導(dǎo)航器” ，進(jìn)入仿真導(dǎo)航界面并選中 huakuai-fem1 結(jié)點(diǎn)，單擊右鍵， 選擇“設(shè)為顯示

50、部件” ，進(jìn)入編輯有限元模型界面。 工具欄中選擇“指派材料” ，根據(jù)零部件材料選擇材料并確定。在工具欄選擇“3D 四面 體網(wǎng)格”單擊“確定” ，對滑塊進(jìn)行劃分網(wǎng)格，生成有限元模型。 在屏幕左側(cè)“仿真導(dǎo)航器”中選擇 huakuai-sim1，單擊右鍵設(shè)置為顯示部件，激活屏 幕中“高級仿真”工具欄進(jìn)入仿真模型界面。 單擊“約束類型”對滑塊施加約束，在載荷類型中選擇壓力，設(shè)置壓力。完成載荷設(shè)置。 之后進(jìn)入求解階段，單擊“求解” ，彈出求解對話框，單擊確定，彈出“分析作業(yè)監(jiān)視 器”對話框，單擊“取消” ，完成求解。 在后處理導(dǎo)航器界面， 右鍵單擊“導(dǎo)入結(jié)果”選項(xiàng)， 選擇結(jié)果文件確定。之后再 后處理導(dǎo)航

51、器中“results” 34 選項(xiàng)中選擇“應(yīng)力-基本的-vomises”云圖顯示有限元 模型的應(yīng)力情況。 5 控制系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì) 對于 XY 工作臺的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮到所學(xué)過得關(guān)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容學(xué)過微機(jī)原理 單片機(jī)控制，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐能力訓(xùn)練指導(dǎo)書給出的夾鉗式機(jī)械手的電氣原理圖實(shí)例，所以 XY 工作臺的控制系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。 對于單片機(jī)系統(tǒng)，首先選擇微處理器，選擇了 8031，然后用 8155 來擴(kuò)展回路。電路的 設(shè)計(jì)與夾鉗式機(jī)械手的電氣原理圖相同，包括擴(kuò)展 RAM、ROM，外部時(shí)鐘電路，復(fù)位電路， 晶振回路等等，如圖 5-1。 接步進(jìn) 電機(jī)放 大電路 狀態(tài) 指示 壓力傳感器 4 11 4 4 B B 行 程 開 關(guān) & 圖5-1 夾鉗式機(jī)械手電氣原理圖 G2B G2A F 3 3 外部通 訊口 接 8031 圖 4-30 滑塊的有限元分析圖 35 XY 工作臺電氣原理圖與夾鉗式機(jī)械手電氣原理圖不同的是缺少 AD574 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，因 為機(jī)械手的動(dòng)作需要判斷機(jī)械手是否夾持到物體，而 XY 工作臺不需要判斷。對于 XY 工作臺， 需要考慮工作臺在兩個(gè)方向上的行程以及回零