文档介绍：目录
一、设计目的 3
二、设计任务 4
4
1、机械传动部件的选择 …….4
(1)丝杠螺母副的选用 5
(2)导轨副的选用 5
(3)伺服电动机的选用 5
2、控制系统的设计 5
3、绘制总体方案图 6
四、机械传动部件的计算与选型 6
1、导轨上移动部件的重量估算 6
2、铣削力的计算 6
五、步进电动机的计算与选型 10
1、传动计算 10
2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 10
3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 11
4、步进电动机最大静转矩的选定 13
六、直线滚动导轨副的计算与选型 15
1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 15
2、距离额定寿命L的计算 15
七、绘制进给传动系统示意图 16
八、控制系统硬件电路设计 16
九、步进电动机的驱动电源选用 19
结束语 19
参考文献...................................................................20
一、设计任务
题目:X-Y数控工作台机电系统设计
任务:设计一种立式数控铣床使用的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=15mm;
最大背吃刀量=8mm;
加工材料为碳素钢活有色金属;
X、Y方向的脉冲当量δx =δy =;
X、Y方向的定位精度均为±;
工作台尺寸 230mm×230㎜,加工范围为250mm×250mm;
工作台空载进给最快移动速度:Vxmax =Vymax =3000mm/min;
工作台进给最快移动速度: Vxmax =Vymax =400mm/min;
1、机械传动部件的选择
(1)导轨副的选用
要设计数控车床工作台,需要承受的载荷不大,而且定位精度高,因此选用直线滚动导轨副,它具有摩擦系数小,不易爬行,传动效率高,结构紧,安装预紧方便好且精度保持性等优点。
选滚珠导轨,适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床,摩擦阻力小,制造容易,成本较低。
(2)丝杠螺母副的选用
①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±,滑动丝杠副不能达到要求,因此选用滚珠丝杆副,滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。
②轴向间隙的调整和预紧方式:选用垫片调隙式,这种方法结构简单、刚性好、装卸方便,适用于一般精度的机构
③滚珠丝杠的安装:采用一端固定,一端游动的方式,因其压杆稳定性和临界转速较高
(3)伺服电动机的选用
任务书规定的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伺服电动机,因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本,提高性价比。
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)对于步进电动机的半闭环控制,选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU,能够满足任务书给定的相关指标。
3)要设计一台完整的控制系统,在选择CPU之后,还要扩展程序存储器,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。
4)选择合适的驱动电源,与步进电动机配套使用。
三、机械传动部件的计算与选型
1、导轨上移动部件的重量估算
按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等,估计重量约为800N。
2、铣削力的计算
采用硬质合金立铣刀,工件的材料为碳钢,根据《金属切屑原理与刀具》200页表15-5得硬质合金立铣刀铣削力经验公式
FC=-
其中铣刀的直径d=15mm,齿数Z=3,为了计算最大铣削力,在不对称铣削情况下,取最大铣削宽度ae=15mm,背吃刀量ap=8mm,查《切削用量简明手册》可得,每齿进给量fz=,铣刀转速n=300/min。则由上公式求得最大铣削力:
FC= 15- x1
=1233 N
考虑逆铣时的情况,可估算三个方向的铣削力分别为:Ff=1Fc=1356N,Fe= Fc=308 N,Ffm=469 N则工作台受到垂直方向的铣削力Fz=Fe=308N,受到水平方向的铣削力分别