x-y工作台课程设计--x-y数控工作台机电系统设计

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1、课程设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计专业：机械电子工程班级：11机电1班姓名：学号：指导教师：2014年12月5日22目录第一章概述31.1数控工作台简介31.2设计任务31.3设计思路及意义41.3.1设计思路41.3.2设计意义4第2章总体方案的确定42.1机械传动部件的选择42.1.1导轨副的选用42.1.2丝杠螺母副的选用42.1.3减速装置的选用52.1.4伺服电动机的选用52.1.5检测装置的选用52.2控制系统的设计6第3章X-Y机械部分设计63.1确定系统脉冲当量63.2导轨上移动部件的重量估算73.3铣削力

2、的计算73.4直线滚动导轨副的计算与选型83.4.1滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取83.4.2距离额定寿命的计算83.5滚珠丝杠螺母副的计算与选型93.5.1最大工作载荷Fm的计算93.5.2最大动载荷FQ的计算93.5.3初选型号93.5.4传动效率η的计算103.5.5刚度的验算10223.5.6压杆稳定性校核113.6步进电动机减速箱的选用113.7步进电机的计算与选型123.8增量式旋转编码器的选用17第四章X-Y数控系统设计174.1绘制进给传动示意图174.2控制系统设计184.3步进电动机驱动电源的选用19结

3、论20参考文献2122第一章概述1.1数控工作台简介X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、

4、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图1所示。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，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。1.2设计任务题目：X-Y数控工作台机电系统设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：（1）立铣刀最大直径d=15mm；（2）立铣刀齿数

5、Z=3；（3）最大铣削宽度ae=15mm；（4）最大铣削深度ap=6mm；22（5）加工材料为碳素钢或有色金属；（6）X、Y方向的脉冲当量δx=δy=0.005mm/脉冲；（7）X、Y方向的定位精度均为±0.01mm；（8）工作台面尺寸为170mm×170mm，加工范围为200mm×200mm；（9）工作台空载最快移动速度vxmax=vymax=3000mm/min；（10）工作台进给最快移动速度vxmaxf=vymaxf=300mm/min。1.3设计思路及意义1.3.1设计思路1).根据设计任务，确定总体设计方案；2).机械传

6、动部件的计算与选型，包括工作平台、减速箱、滚珠丝杆副、直线滚动导轨副、导轨座等。3).步进电机驱动电源的选型。4）完成上述计算后，绘制寄给传动机构的装备图。5).工作台控制系统的设计。第2章总体方案的确定2.1机械传动部件的选择2.1.1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。222.1.2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，要满足

7、0.005mm的脉冲当量和±0.01mm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。2.1.3减速装置的选用选择了步进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，且应有消间隙机构，所以采用无间隙齿轮传动减速箱。2.1.4伺服电动机的选用任务书规定的脉冲量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设

8、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，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。2.1.5检测装置的选用22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