单轴数控工作台机电系统设计 - 副本

重庆理工大学

机电一体化课程设计单轴数控工作台机电系统

设计

说明书

班级：113120110

学号：***********

专业：机械设计制造及其自动化

姓名：***

教师：***

时间：2016年8月29日-2016年9月19日

目录

一、课程设计目的 (2)

二、课程设计任务 (2)

三、课程时间安排…………………………………………………………………………………

四、设计任务要求……………………………………………………………………………………

五、设计参数…………………………………………………………………………………………

六、总体方案的确定 (5)

1、机械传动部件的选择..........................................................................................................

2、控制系统的设计..................................................................................................................

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..............................................................................................

2、铣削力的计算......................................................................................................................

3、直线滚动导轨副的计算与选型..........................................................................................

4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型..........................................................................................

5、交流伺服电动机减速机构的计算与选用………………………………………………

6、交流伺服电动机的计算与选择……………………………………………………

7、减速器的选择与计算………………………………………………………………

8、轴承的选择与计算………………………………………………………………

9、控制方式的选择………………………………………………………………………

五、工作台机械装配图的绘制 (19)

六、工作台控制系统的设计 (19)

七、结语 (21)

参考文献 (21)

9)工作台空载最快移动速度min /5000max max mm V V y x == 10)工作台进给最快移动速度min /800max max mm V V y x == 11)控制器：单片机 12)控制方式：全闭环 13)驱动方式：变频器+电机

六、总体方案的确定

1、机械传动部件的选择 选直线滚动导轨副

（1）导轨副的选用

要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小(脉冲/005.0mm y x ==δδ)，定位精度高（min /800max max mm V V y x ==），因此，决定选

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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

（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，要满足mm 005.0的脉冲当量和mm 01.0±的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 选滚动丝杠螺母副

（3）减速装置的选用

选择了三相交流异步电动机和滚珠丝杠副以后，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，且应有消除间隙机构。为此，决定采用无间隙齿轮传动减速箱

拟采用减速箱

（4）伺服电动机的选用

任务书规定的脉冲当量为mm 005.0，定位精度为mm 01.0±，空载最快移动速度为min /5000mm 。由于本次任务的驱动方式为变频器+电机，由变频器驱动电机的类型以及需要实现的功能，选择普通的三相交流

异步电动机。 伺服电机选择三相交流异步电动机

（5）检测装置的选用

选用三相交流异步电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给精度对于伺服电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用全闭环控制，安装光栅尺。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。

检测装置的选用：增量式旋转编码器

立铣刀

Z n a d f a F p z e c 13

.00.173.075.085.0118--=

其中：p a 为背吃刀量，mm ；e a 为最大铣削宽度，mm ；z f 为每齿进给量，Z mm /；f V 进给速度，min /mm ；Z 铣刀齿数；d 铣刀直径，mm ；n 铣刀转速，min /r ，如图2-1。

Z n a d f a F p z e c 13

.00.173.075.085.0118--= （2-1）

图2-1 铣削用量说明

若铣刀直径mm d 20=，齿数3=Z ，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mm a e 15=，背吃刀量mm a p 12=，每齿进给量mm f z 12.0=；铣刀转速

min /200r n =。则由公式2-1求得最大铣削力：

采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表2-2。

表2-2 各铣削力之间比值

铣削条件 比值 对称铣削

不对称铣削 逆铣

顺铣 端铣削

a e =(0.4~0.8)d/mm f z =(0.1~0.2)/(mm.z -1)) F f / F c 0.3～0.4 0.6～0.9 0.15～0.3 F e / F c 0.85～0.95 0.45～0.70 0.9～1.0 F fn / F c 0.50～0.55

0.50～0.55 0.5～0.55 圆柱铣削 a e =0.05 d/mm f z =(0.1~0.2)/(mm.z -1))

F f / F c 1.0～1.2 0.8～0.9 F fn / F c 0.2～0.3 0.75～0.8 F e / F c

0.35～0.4

0.325～0.4

N

N F c 77.19343200122012.01511813.00.173.075.085.0≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-