机电一体化说明书-2017年10月.docVIP

目录 一、设计的目的………………………………………………………………………1 二、设计任务…………………………………………………………………………1 三、总体方案的确定…………………………………………………………………1 四、机械传动部件的计算与选型……………………………………………………3 五、控制系统设计……………………………………………………………………14 六、总结………………………………………………………………………………17 七、附录………………………………………………………………………………17 一、设计的目的 课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的： 1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。 2、通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式 3培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想 4锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力 二、设计任务 题目：X—Y数控工作台机电系统设计 设计要求： 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=20mm； 2）立铣刀齿数Z=4； 3）最大铣削宽度； 4）最大背吃刀量； 5）加工材料为碳素钢； 6）X、Y方向的脉冲当量/脉冲； 7）X、Y方向的定位精度均为； 8）工作台尺寸230mmX230mm,加工范围为250mmX250； 9）工作台空载最快移动速度； 10）工作台进给最快移动速度； 11）移动部件总重量为800N； 12）每齿进给量 13）铣刀转速n=300r/min 三、总体方案的确定 1 机械传动部件的选择 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。 1.2丝杆螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和的定位精度，滑动滑动丝杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到。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。 1.3减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了使机床精度更高决定不使用减速装置，而选择步距角较小的步进电机或用运动控制卡进行细分。 1.4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，空载最快速度也只有2000mm/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。 1.5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。 2.控制系统的设计 1)设计的X-Y工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型。 2)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，应该能够满足任务书给定的相关指标。 3)要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序储存器、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。 4)选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 四、机械传动部件的计算与选型 1.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来进行估算。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800N。 2.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，工件的材料为碳素钢。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为： (1) 今选择铣刀直径d=20mm，齿数Z=4，为了计算最大铣削力，在不对称铣削的情况下，取得最大铣削宽度，背吃刀量，每齿进给量，铣刀转速n=300r/min。则由(1)式求得最大铣削力： 采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表3-5查得，结合图3