文档介绍：数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计
1 引言
数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。
X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件,如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的X-Y数控工作台,通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副,以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠,滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动,完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化,由专门厂家生产,设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要,可以选取用标准的工作控制计算机,也可以设计专用的微机控制系统。
2 设计任务
题目:数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计
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=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=;
X、;
;
工作台尺寸 250×250㎜;
X坐标行程 300mm;
Y坐标行程 120mm;
工作台空载进给最快移动速度:Vxmaxf =Vzmaxf =1500mm/min;
工作台进给最快移动速度:;
3 总体方案确定

要设计数控车床X-Z工作台,需要承受的载荷不大,而且脉冲当量小,定位精度不是很高,因此选用直线滑动导轨副,它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

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,,滑动丝杠副无能为力,只有选用滚珠丝杆副才能达到要求,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。

,定位精度也未达到微米级,空载最快移动速度也只有因此1500mm/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。

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,需要设置减速装置,且应有消间隙机构。因此决定采用无间隙齿轮传动减速箱。

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、Z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、
Z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。
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。
绘制总体方案图
总体方案图如图所示:
系统结构原理框图
4 机械传动部件的计算与选型
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、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为500N
铣削力的计算
设零件的加工方式为立式铣削,采用硬质合金立铣刀,工件的材料为碳钢。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为:
(6-11)
今选择铣刀的直径为d=15mm,齿数Z=3,为了计算最大铣削力,在不对称铣削情况下,取最大铣削宽度为,背吃刀量=8mm ,每齿进给量,铣刀转速
。则由式(6-11)求的最大铣削力:
FC=118