第七章_X-Y数控工作台机电系统设计 2.ppt

杭州电子科技大学机械工程学院;1 设计任务; X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-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、电子元件表面贴装设备等。;完整的机电一体化系统组成：机械本体动力与驱动部分执行机构传感测试部分控制及信息处理部分;X-Y数控工作台机电系统设计 ;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任务：设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台 ;（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 ± 0.01 mm；（8）工作台面尺寸为230 mm×230 mm， 加工范围为250 mm×250 mm；（9）工作台空载最快移动速度vxmax = vymax = 3000 mm/min；（10）工作台进给最快移动速度vxmaxf = vymaxf = 400 mm/min。;（1）导轨副的选用;二、总体方案的确定;（2）丝杠螺母副的选用; 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。; 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。为此本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱。;（4）伺服电动机的选用; 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。 ;（5）检测装置的选用; 本设计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率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。;2．控制系统的设计; （2）对于步进电动机的半闭环控制，??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。;（4）选择合适的驱动电源（功率放大器），与步进电动机配套使用。;1. 导轨上移动部件的重量估算; 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。则由表查得立铣时的铣削力Fc计算公式为：;选择如下参数：铣刀直径：d=15mm，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：ae=15mm，铣削深度：ap=8mm，每齿进给量：fz =0.1 mm，铣刀转速：n=300r/min 。;Fc=118×150.85×0.10.75×15-0.73×81.0×3000.13×3 N ≈1463 N; 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，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：; 考虑立铣，则工作台受力如下：垂直方向的铣削力Fz= Fe =556N，水平方向的铣削力分别为Ff和Ffn。; 3. 直线滚动导轨副的计算与选型;其中，移动部件重量：G＝800N，外加载荷：F= Fz= 556N，代入得：最大工作载荷：Fmax=756N=0.756kN。;;; （2）距离额定寿命 L的计算;;（1）最大工作载荷Fm的计算; 已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷;;;（3）初选型号 ; （4）传动效率η的计算 ; 丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为：a=500mm；钢的弹性模量 E=2.1 Mpa；; 查表3-31，得滚珠直径 Dw=3.175mm，丝杠底径 d2=16.2 mm，丝杠截面积S= =206.12mm2。;2）根据公式 ＝( )-3, 求得:单圈滚珠数 =20； 该型号丝杠为单螺母，滚珠的“圈数×列数