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0X-Y数控工作台机电系统设计
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X-Y数控工作台机电系统设计
课程设计说明书
课题名称 X-Y工作平台机电系统设计 学 院 _
专 业 机械电子工程 _
班 级 _
学 号
姓 名
指导教师 韩雄飞
完成日期 2014年1月10日 _
PAGE1X-Y数控工作台机电系统设计
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X-Y数控工作台机电系统设计
摘 要
本文主要对X-Y数控工作台机电系统及控制系统进行设计。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、工作平台、滚珠丝杠螺母副,以及伺服电动机等部件构成。其中,伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠,滚珠丝杠的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已标准化,由专门厂家生产,设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要选用设计专用的微机控制系统。
关键字:X-Y数控工作台,滚珠丝杠螺母副,伺服电动机,微机控制系统。
目 录
设计任务 3
总体方案的确定 3
机械传动部件的选择 3
导轨副的选用 3
丝杠螺母副的选用 4
减速装置的选用 4
伺服电动机的选用 4
检测装置的选用 4
控制系统的设计 5
机械传动部件的计算与选型 6
导轨上移动部件的重量估算 6
铣削力的计算 6
直线滑动导轨副的计算 7
滚珠丝杠螺母副的计算与选型 8
最大工作载荷Fm的计算 8
最大动工作载荷F
Q
的计算 8
初选型号 9
传动效率η的计算 9
刚度的验算 9
压杆稳定性校核 10
3.5步进电动机减速箱的选用 11
步进电动机的计算与选型 11
计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J
eq
11
计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T
eq
12
分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算: 12
步进电动机最大静转矩的选定 15
步进电动机的性能校核 16
增量式旋转编码器的选用 18
步进电动机的驱动电源选用 18
控制系统硬件电路设计 19
控制系统的部分软件设计 20
输入输出分配 20
人机界面设计 20
控制程序设计 21
参考文献 21
附录 22
1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d?25mm。
立铣刀齿数Z?2。
最大铣削宽度? ?20mm。
e
最大背吃刀量?
p
?5mm。
X、Y方向的脉冲当量? ??
x y
?0.005mm/脉冲。
X、Y方向的定位精度均为?0.02mm。
)工作台面尺寸为450mm?450mm,加工范围
300mm?300mm。
工作台最快移动速度v ?v
x y
工作台进给移动速度v ?v
x y
导轨组合:滚动——滚动
支承方式:双推——简支
?1800mm/min。
?400mm/min。
2总体方案的确定
机械传动部件的选择
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
铣床的,需要承受的载荷不大,但脉冲当量小,定位精度高,因此,决定选用直线滑动导轨副,它具有刚
度高、制造简单、传动效率高、结构简单、安装预紧 选用直线滑动
导轨副
方便等优点。
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0.005mm的脉冲当量和0.02mm的定位精度,滑动丝杠副为能为力,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 选用滚珠丝杠快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向 副
间隙。
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
采用无间隙齿
应有消间隙机构。为此,决定采用无间隙齿轮传动减 轮传动减速箱
速箱。
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1800mm/min。因此,本设计不必采用高档次的伺服电动机,如交流伺服电动机或直流伺服电动机等,可以
选用步进电动
选用性能好一些的步进电动机,如混合式步进电动机,机
以降低成本,提高性价比。
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的,为了确保电动机在运动过
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