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三自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方向
一、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型
1.導(dǎo)軌副的選用
該工作臺(tái)作為簡單裝配線上的傳送帶，應(yīng)考慮工作臺(tái)與裝配線的配合與銜接（如高度、工作臺(tái)的分度時(shí)間等）。，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度不是很高，因此選用直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)和維修方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高。
2.絲杠螺母副的選用
伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足0.004mm沖當(dāng)量和mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副為能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。
3.伺服電動(dòng)機(jī)的選用
任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.01mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有因此1500mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性價(jià)比。
4.檢測(cè)裝置的選用
選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏高，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。
考慮到X、Y、Z 三個(gè)方向的工作范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y、Z 三個(gè)方向的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。
二、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。 一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到系統(tǒng)所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和工作臺(tái)要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足工作臺(tái)快速移動(dòng)的需要。
2. 預(yù)期目標(biāo)：
1、對(duì)機(jī)械部件和材料進(jìn)行計(jì)算和選型，從而完成三自由度工作臺(tái)的搭建工作。
2、完成三自由度工作臺(tái)總裝配圖設(shè)計(jì), 主要零、部件的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核。
3、完成部分零件工作圖（公差,形位公差等）。（具體由指導(dǎo)老師指定）。
4、完成2萬字符的原版英文文獻(xiàn)翻譯、完成兩萬字的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
5、完成三自由度工作臺(tái)的單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置圖。
6、完成三自由度工作臺(tái)的使用和維護(hù)說明書。