光机电一体化设计论文正文.pdf

一、机械部分 1.设计任务 题目：小型X-Y 数控工作台设计 主要指标参数如下： 1. 工作台径向载荷 =200N，轴向载荷 =150N; F F r a 2. X-Y 行程180mm; 3. 工作台面尺寸为200×200mm; 4. 工作台空载最快最大移动速度v v 3000mm/ min ; x max y max 5. 工作台进给最快最大移动速度v v 150mm/ min ; x max f y max f 6. X-Y 工作台的脉冲当量  =0.01mm/脉冲; x y 7. 分辨率0.01mm; 8. 定位精度0.02mm。 2 机械传动部件的选择 2.1 导轨副的选用 腰设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精 度高，因此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，安装预紧方便等优点。 2.2 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，需要满足 0.01mm 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 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。 2.3 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，且应有消间隙机构，选用无间隙齿轮传动减速箱。 2.4 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因此3000mm/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。 1 2.5 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，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、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。 3.机械传动部件的计算与选型 3.1 直线滚动导轨副的计算与选型 3.1.1 工作原理与结构特点 组成：滑块、导轨条、滚动体。 功能：滑块与导轨条作相对直线运动。 选型原则：相对滑动距离 ＞50km 3.1.2 支承形式 此次设计中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。 3.1.3 滑块承受工作载荷 的计算及导轨型号的选取 F m G=400N：工作平台、上层电动机、滚珠丝杠副、导轨座等。 G F F （1） max 4 r G F F =400/4+200=300N （2）