X-Y数控工作台机电系统设计说明书

目录1.引言：...........................................22.设计任务.........................................2..........................3图6-22X-Y数控工作台外形...........................33.总体方案的确定...................................33.1机械传动部件的选择..............................................................................................................33.1.1导轨副的选用...............................................................................................................33.1.2丝杠螺母副的选用.......................................................................................................33.1.3减速装置的选用...........................................................................................................33.1.4伺服电动机的选用.......................................................................................................43.1.5检测装置的选用...........................................................................................................43.2控制系统的设计......................................................................................................................43.3绘制总体方案图......................................................................................................................44.机械传动部件的计算与选型..........................44.1导轨上移动部件的重量估算..................................................................................................54.2铣削力的计算..........................................................................................................................54.3直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）..............................................................................54.3.1块承受工作载荷maxF的计算及导轨型号的选取.....................................................54.3.2距离额定寿命L的计算..............................................................................................64.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型............................................................................................64.4.1最大工作载荷Fm的计算............................................................................................64.4.2最大动工作载荷FQ的计算........................................................................................64.4.3初选型号......................................................................................................................74.4.4传动效率η的计算......................................................................................................74.4.5刚度的验算..................................................................................................................74.4.6压杆稳定性校核..........................................................................................................84.5步进电动机减速箱的选用......................................................................................................84.6步进电动机的计算与选型......................................................................................................84.6.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq.........................................................814.6.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq...................................................94.6.3步进电动机最大静转矩的选定................................................................................104.6.4步进电动机的性能校核............................................................................................115.增量式旋转编码器的选用..........................126.绘制进给传动系统示意图..........................127．控制系统硬件电路设计............................128.步进电动机的驱动电源选用........................149.设计感想........................................1510.参考文献.......................................162X-Y数控工作台机电系统设计1.引言：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。2.设计任务题目：X-Y数控工作台机电系统设计任务：设计一种供应式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：立铣刀最大直径的d=15mm；立铣刀齿数Z=3;最大铣削宽度ea=15mm;最大背吃刀量pa=7mm;加工材料为碳素钢或有色金属。X、Y方向的脉冲当量xy=0.005mm/脉冲;X、Z方向的定位精度均为01.0mm;工作台面尺寸为230mm230mm，加工范围为250mm250mm;工作台空载进给最快移动速度：maxmax3000mm/minxzVV;工作台进给最快移动速度:maxmax400mm/minxfzfVV;3图6-22X-Y数控工作台外形3.总体方案的确定3.1机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用要设计X-Y数控车床工作台用来配套立式数控铣床，需要承受的载荷不大，行程短，而且脉冲当量小，定位精度适中，因此选用直线滚动导轨副，它具有运动灵敏度高，牵引力小，移动轻便；定位精度高，磨损小，无爬行现象，精度保持性好，润滑系统简单，维修方便。3.1.2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，需要满足0.004mm冲当量和01.0mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杠螺母副的结构：根据条件要求,选用内循环的形式，内循环的回路短,滚珠数目少,流畅性好,摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高,适用于各种高灵敏、高刚度的精密进给定位系统。滚珠丝杠螺母副的预紧：由于次立式工作台有一定的定位精度要求，载荷不大，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，尺寸紧凑，但调整不方便。滚珠丝杠螺母副的支撑及轴端形式：由于丝杠为卧式安装，工作台行程不长，其最快的移动速度为maxymax3000mm/minxVV，所需的转速不高，且有一定的精度要求，故可以采用一端固定，一端游动的支承形式。3.1.3减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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，选用无间隙齿轮传动减速箱。43.1.4伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此3000mm/min，故本设计不必采用高档次的私服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。3.1.5检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。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、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。3.2控制系统的设计1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。2）对于步进电动