课程设计说明书

目录摘要 (1)第一章总体结构设计 (3)1.1 运动器的结构与工作方式 (3)1.2支撑架的高度以及运动范围的设计 (3)第二章运动部件及其他部件的选型 (4)2.1 电机的选择 (4)2.2 型材的选择 (5)2.3 丝杠及导轨的选择 (6)2.4滑块的选择 (6)2.4.1与两根导轨一根丝杠链接的大滑块 (6)2.4.2与单导轨链接的滑块 (7)2.5 联轴器和轴承的选择 (7)2.6铸直角和相应螺钉的选择 (8)2.7法兰及相应螺栓的选择 (9)2.8气缸的选择及结构介绍 (9)2.8.1 气缸的参数选择 (9)2.8.2基本结构及工作原理 (10)2.9表达运动范围的玻璃台大小及高度设计 (10)第三章总结 (11)参考资料 (12)摘要双轴运动控制器是基于PLC构架的,伺服/步进控制的先进运动控制器。

它独立运行，位置控制准确稳定，应用于多轴伺服定位,电子凸轮,电子齿轮,智能科学,直线/圆弧/螺旋插补等.。

输出模式有按时间输出或脉冲数输出两种方式。

按时间输出方式时可设置输出时间为0.01s-99.99s；按脉冲数输出方式时可设置最大脉冲数为1-65500。

若两种方式设置参数均为0则连续输出，由按”停止”确定停止；任何模式检测到“限位”信号，都停止。

脉冲控制可控制2轴脉冲，输出脉冲最高100KHZ, 可从1%-100%调节控制运动速度.目前，双轴运动控制器的发展已经有了很大的进步，在这些方面取得很大成效的公司有台达科技、深圳蓝科胜技术有限公司等。

本次课程设计的主要任务和目的是了解双轴运动控制器的结构，对控制器运动范围的设计，初步掌握双轴运动控制器的机械运动部分，但不涉及到电气部分。

机械部分主要包括控制器的支撑部分，也就是型材构成的架子，工作台的设计及与之相配合的螺栓螺柱，主要的运动部分是导轨及丝杠，还有相应的滑块，这些很多都是标准件和常用件，所以在选择时，不仅要考虑到他们本身的大小，还要考虑到它们之间的相互影响关系，合理的选择视图，应该把各个结构都准确的表达出来。

通过本次课程设计，我们可以对双轴运动控制器有一个更直观的了解。

关键词:双轴运动控制器、型材、导轨、丝杠、滑块、视图、结构。

Abstract第一章总体结构设计1.1运动器的结构与工作方式这次课程设计是用CAD画出装配图，通过主视图、侧视图、俯视图来表达双轴运动控制器的个部分结构。

双轴运动控制器是由支撑部分和运动部分组成的，支撑件的高度和运动部分的高度之和就是整体的高度，总高度应该与操作者的身高相协调，方便操作者操作和观察，大约总高度设计在一米五左右，而支撑部分采用的是用型材组装的正方体的架子，上边的运动部分的架子也是用型材组装的，但不是封闭的正方体架子，在型材的四个方向都安有导轨。

导轨上安有滑块，通过两个X、Y两个方向的运动，控制气缸在行程范围工作台上的位置。

1.2支撑架的高度以及运动范围的设计因此，控制器的支撑部分设计为高800mm，而工作台比架子略宽一些，设计为900mm，上部的控制部分的型材设计为长宽高都是560mm的，设计的比较大，这样方便观察内部的运动结构。

运动范围是180mm，因此正方形工作台设计为240mm，运动范围的玻璃工作台与运动部分的架子没有直接的关系，只是要使得导轨的长度应该比运动范围大，这样工作时才安在滑块上的气缸才可以准确的达到运动范围的要求。

第二章运动部件及其他部件的选型2.1 电机的选择任务书中所给定的技术参数有气源压力为0.4Mpa，负载3kg，最高速度是30mm/s，在从此设计的双轴运动控制器中，选择步进电机作为控制电机，要求步进电机的运行方式为空载：2m/min；切削：0.8m/min，根据以上要求，我们选择的是和时利电机技术有限公司中的一个型号，我们根据尺寸以及运动功率选择的是57BYG250B-SAFRMX型步进电机。

相数为2相，步距角是0.9/1.8度，静态相电流是 1.5A，保持转矩是0.7N.M，转动惯量是150g每平方厘米，外形尺寸是59x59x66，如图所示为电机外形图：确定了电机型号以后，要计算出它的外形尺寸，在CAD中画出主视图和侧视图，2.2 型材的选择型材的规格有很多种，就截面而言，有体形的，矩形的等等，型材是具有安装螺栓功能的，每一个型号涉及到的参数有它的重量、断面积、惯性矩和壁厚。

型材的截面形状是有标准的，但它的长度并不是固定的，长度可以根据需要截取。

不同的截面形状有着不同的特点，一般做架子用时，选择的是单根型材，每两根型材形成直角相接时，需要使用铸直角，用铸直角的两个边分别和两个螺栓与两根型材相连接。

选择的螺栓的大径要小于等于型材的中间缝，螺栓的头部要薄一些，以遍能装进型材。

在本次设计中选择做架子的型材是LXD-8-4040L.如图所示：作为工作台的型材选择的是3090，如图所示：其中，工作台是由很多块型材相连而成，他们之间的连接方法有很多，可以分别把每一块连接在下面的一根横放的型材上，以达到固定的目的。

2.3 丝杠及导轨的选择丝杠是标准件，同型材一样，它的直径是有国家标准的，但它的长度不是固定的，可以根据需要而定。

丝杠是与滑块一端是通过联轴器与电机相连，另一端是单独的与一块挡板相连，挡板上安有轴承，因为丝杠是做旋转运动的，因此两边都要与轴承相配合。

由于丝杠的直径大可能会导致轴承的尺寸过大，这样，在同一块铁板上在安装两根导轨可能就会相互干涉，所以，可以考虑把丝杠与轴承连接的一端做成阶梯轴，这样就减小了轴承的尺寸，同时也减小了铁板的尺寸。

在实际选择中，还会涉及到丝杠的受力问题，考虑到丝杠的应力分布情况，要根据重物的质量，给丝杠做校核，以免丝杠的直径选择的过小，当承受较大的压力时会被折断。

但在此次设计中，由于气缸抓取的重物很轻，所以，选择一般的丝杠就可以满足强度要求，不必进行校核。

在这次设计的双轴运动控制器中，选择的丝杠外径是20mm的。

导轨同丝杠一样，也是标准件，导轨式起导向作用，丝杠是并列的，同一个运动的滑块可以选择穿过两根导轨，也可以只选择一根导轨，主要也是因为受力小，一根导轨也可以承受得住。

导轨是直接固定在铁板上的，由于，导轨不是做旋转运动，所以导轨两端不需要轴承，直接与铁板固定好就可以。

导轨的直径是根据受力及外形尺寸决定的，在这次设计中，我们选择了两根导轨，每根导轨的直径都是15mm。

2.4滑块的选择2.4.1与两根导轨一根丝杠链接的大滑块滑块也是有国家标准的，滑块的大小尺寸是根据通过他的轴来确定的。

在双轴运动控制器中有两个大滑块分别是都是通过一根丝杠和两根导轨，滑块分为运动的和固定的，例如，在运动器运动时，控制气缸在X,Y方向的移动，就是把气缸安装在运动的大滑块上，而三根轴的两端只需要安装在固定在型材上的大滑块即可。

选择的大滑块的尺寸是124x124x60的规格。

2.4.2与单导轨链接的滑块相比之下，只通过一根轴的滑块的外形尺寸就相对较小，也分为固定的和运动的两种。

在设计双轴运动控制器中选择的小滑块尺寸是48x124x40的规格的。

滑块一般不涉及到力的计算和校核，只要尺寸合理就满足要求了。

2.5 联轴器和轴承的选择联轴器的作用是把步进电机的轴与转动的丝杠连接起来，把电机轴的旋转运动传递给丝杠，使丝杠也转动起来，联轴器是刚性的，因此，在传递的过程中不会失速，可以把电机轴的速度不失真的传递给丝杠。

联轴器是标准件，它连接的两端轴一般情况下大小是不想等的，联轴器与电机轴或是丝杠的配合也有多种方式，有的是用螺钉压紧的，这是需要电机轴做一些特殊处理，也就是把轴的一侧设计成平面，与联轴器形成面接触而非点接触，这样就可以是电机轴稳稳地安装在联轴器里而不会滑出。

如果电机轴是光滑的轴，那就需要拧紧螺钉来固定。

在本次设计中，丝杠的直径是20mm，做成阶梯轴之后，与联轴器相连的部分直径是12mm，电机轴的直径是8mm,因此，联轴器的两端直径大小就确定了，根据直径的大小选择的联轴器的型号是LK2系列，如图所示：轴承的选择是根据丝杠的直径而定的，由于丝杠的直径较大，所以选择出来的轴承尺寸也会很大，这样就会影响导轨及滑块的大小以及位置，所以把丝杠设计成了阶梯轴，丝杠与轴承相连的部分直径为12mm，所以，选择的轴承的内径是12mm，选择的是深沟球轴承，型号是60301型GB/T276-1994。

2.6铸直角和相应螺钉的选择连接件是框架铝型材组装的主要链接配件，其结构形式多样，品种多样，材料类型众多。

可根据型材结构设计需要选择所需连接件，可参照载重量选择。

不同的连接件具有不同的强度，可分为低、中、高强度。

经严格检查后的连接件，尺寸公差、形位公差都可满足组装使用。

表面经镀锌、喷漆、喷塑、金属涂层等处理后，具有防腐防静电，坚硬、美观大方等优点。

在双轴运动控制器中选用铸直角作为连接件，铸直角的作用是链接两根型材，使两根型材形成直角相交，铸直角也是标准件，在两边上有两个键槽形的通孔，用来与螺栓链接。

铸直角用于高强度连接，可用六角圆柱头螺钉和T形螺栓连接。

在此次设计中选择的是ZZJ-40-1型。

连接方法如图所示：2.7法兰及相应螺栓的选择法兰是一种盘装零件，又叫法兰盘或突缘，是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。

法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。

法兰间用衬垫密封。

法兰管件(flanged pipe fittings)指带有法兰(突缘或接盘)的管件。

它可由浇铸而成(图暂缺)，也可由螺纹连接或焊接构成。

法兰联接(flange，joint)由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。

垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。

法兰联接是一种可拆联接。

按所联接的部件可分为容器法兰及管法兰。

按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。

常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。

平焊法兰的刚性较差，适用于压力p≤4MPa的场合;对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。

法兰(flange)连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。

法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。

在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。

在本次设计中选择的法兰直径大小是120mm的。

螺栓是与型材相连的，因此，螺栓的外径应选8mm的，选择m8 六角螺母 c级 GB-2000 共十六个。

2.8气缸的选择及结构介绍气缸的作用是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。

气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成，端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。

杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。