XY数控工作台机电一体化课程设计.docx

前言X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，例如数控车床的纵向-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、电子元件表面的贴装设等。因此，我选择X-Y数控工作台作为机电一体化课程设计内容。目录前言1Part.A设计任务以及先期参数2Part.B总体方案的确定3Part.C机械传动部件的计算与选型4Part.D工作台机械装配图的绘制（附图）13Part.E工作台整体电路的设计(附图)13Part.F工作台控制系统的设计17Part.A设计任务以及先期参数选题：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数控工作台先期参数：（学号：5号）立铣刀最大直径：d=16mm立铣刀齿数：Z=3mm最大铣削宽度：=16mm最大背吃刀量：=6mm加工材料：碳素钢X、Y反向的脉冲当量：0.005mm/脉冲X、Y方向的定位精度为：0.01mm工作台面尺寸为：330mm*330mm铣刀加工范围：350mm*350mm工作台空载最快移动速度：4000mm/min工作台进给最快移动速度：360mm/min工件重量：50N夹具重量：75N工作平台重量：50N上层拖板重量计算方式：330mm*导轨长度*10mm*材料比重 N上层电动机重量：50N直线导轨副重量（包含导轨座）计算方式：导轨长度*0.5N/mm减速箱重量：30N滚珠丝杠副重量计算方式：导轨长度*0.4N/mm每齿进给量：=0.1mm铣刀转速：n=300r/min直线导轨寿命期望值：50km快速空载启动时加速时间T=0.4s传动链总效率：0.7Part.B总体方案的确定机械传动部件的选择：a.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。b.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0.005mm的脉冲当量和mm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、运动平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。c.伺服电动机的选用：在先期参数中，规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快的移动速度也只有4000mm/min。因此，本方案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，可以选用性能稍好的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。d.减速装置的选用：选择了步进电动机与滚珠丝杠副以后，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，本方案采用无间隙齿轮传动减速箱。e.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，也可以选闭环控制。先期参数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转过程中不受切削负载和电网的影响而发生失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机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。（Ps.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。）控制系统的设计：作台准备用在数控铣床上，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，所以控制系统应该设计成连续控制器。b.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AT89C52作为控制系统的CPU，应该能够满足先期参数以及任务书给定的相关指标。c.要设计一个完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、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。d.选择合适的驱动电源，与步进电机配套使用。Part.C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G=800N。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。则通过查表（教材表3-7）查得立铣时的铣削力计算公式为： ...................................(1)现在根据先期参数，选择铣刀直径d=16mm，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，背吃刀量，每齿进给量，铣刀转速n=300r/min。根据公式并代入数据计算：采用立