机电综合课程设计---X-Y数控工作台机电系统设计精选.doc

北京信息科技大学 机电综合课程设计 --X-Y数控工作台机电系统设计 题 目： X-Y数控工作台机电系统设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械制造及其自动化 学生姓名： 王 小 保 班级/学号： 机械1001 / 指导老师： 李 天 剑 起止时间： 2014/ 01 /05 –2014/ 01/17 目 录 一、设计任务 4 二、总体方案的确定 4 1、机械传动部件的选择 …….4 (1)丝杠螺母副的选用 5 (2)导轨副的选用 5 (3)伺服电动机的选用 5 2、控制系统的设计 5 3、绘制总体方案图 6 四、机械传动部件的计算与选型 6 1、 导轨上移动部件的重量估算 6 2、铣削力的计算 6 五、步进电动机的计算与选型 10 1、传动计算 10 2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 10 3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 11 4、步进电动机最大静转矩的选定 13 六、直线滚动导轨副的计算与选型 15 1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 15 2、距离额定寿命L的计算 15 七、 绘制进给传动系统示意图 16 八、控制系统硬件电路设计 16 九、步进电动机的驱动电源选用 19 结 束 语 19 参考文献...................................................................20 一、设计任务 题目：X-Y数控工作台机电系统设计 任务： 工作台和工件总重量：W= 1310 N ； X-Y行程：400mm；工作台面尺寸300 mm ×300 mm 进给速度：V=10mm—500 mm /min，空载快速移动速度V=2000 mm /min，，启动时间T启=0.4s。 最大切削分力：FZ= 3070 （垂直方向）； FX= 3500 （横向）； FY= 3500 （纵向）； 定位精度：0.01mm； 脉冲当量 =0.005mm/step 设计寿命：15000h。 二．总体方案的确定 1、机械传动部件的选择 (1)导轨副的选用 要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且定位精度高，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，安装预紧方便好且精度保持性等优点。 选滚珠导轨，适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床，摩擦阻力小，制造容易，成本较低。 (2)丝杠螺母副的选用 ①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±0.001mm的定位精度，滑动丝杠副不能达到要求，因此选用滚珠丝杆副，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轴向间隙的调整和预紧方式：选用垫片调隙式，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构 ③滚珠丝杠的安装：采用一端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性和临界转速较高 (3)伺服电动机的选用 任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此2000mm/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。 2、控制系统的设计 1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，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AT89S52作为控制系统的CPU，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，还要扩展程序存储器，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。 三、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1310N。 2、铣削力的计算 最大切削分力：FZ= 3070 （垂直方向）； FX= 3500 （横向）； FY= 3500 （纵向）； 3直线滚动导轨副的计算与选型 1）、滑块承受工作载荷的计算及导轨