课程设计(数控立式铣床XY工作台机电系统设计)说明书详解.doc

《机电一体化》 课程设计 数控立式铣床XY工作台机电系统设计 院 系： 汽车学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机电一班 组 长： 雷博文 组 员：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成 指导教师： 蒋 强 目 录 一、设计目的 二、设计任务 三．总体方案的确定 1、机械传动部件的选择 …… (1) 导轨副的选用 (2) 伺服电动机的选用 (3) 工作台的选用 2、控制系统的设计 5 3、绘制总体方案图 四、直线伺服电机的计算与选型 5 1、导轨上移动部件的重量 6 2铣削力的计算 63、载荷的计算 4、初选型号 7 5、直线伺服电机可用性验算 8 五、直线滚动导轨副的计算与选型 1、滚动导轨 8 2、额定寿命L的计算 10 3、光栅尺的选择 11 4、 12 六、 13 七、 18 八、控制系统硬件电路设计 0 结 束 语 1 参考文献...................................................................22 一、设计目的 课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的： 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。 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得工作原理、设计计算方法及选用原则。 通过伺服系统得设计，掌握常用PLC及电机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。 二、设计任务 任务：设计一种供立式数控铣床使用的数控工作台。 主要参数如下： 1）立铣刀最大直径d=30mm； 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280mmX280mm,加工范围为300mmX300mm； 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900N； 12）每齿进给量 13）铣刀转速n=500r/min 三．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)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，决定采用直线电机，可以省去丝杆传动副，减少传动过程，提高传动精度。 (3)工作台的选用 设计只要求X-Y轴方向的运动，并选用的电机为直线电机，故选用工作台为十字交叉二维直线电机平台。二维直线电机平台机械上由直线伺服电机驱动的X-Y轴运动平台构成，可同时对两台直线伺服电机进行同步控制，是一个先进的有直线电机驱动的的实用化的实验平台。直线电机直接驱动的X-Y平台系统，以其快速的响应、准确的定位和高可靠性而广泛应用于高速自动化设备、精密测量系统、电子与半导体加工设备，激光加工设备等领域。 2、控制系统的设计 1）设计的X-Z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，所以控制系统设计成连续控制型。 2）对于直线电动机的闭环控制，选用三菱PLC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，与直线电动机配套使用。 3、绘制总体方案图 总体方案图如图3.1所示。 图3.1 总体方案图 四、直线电动机的计算与选型 1、导轨上移动部件的重量 设计要求所给移动部件总重量为900N 。 2、铣削力的计算 工件的材料为碳素钢，根据《金属切屑原理与刀具》200页表15-5得硬质合金立铣刀铣削力经验公式 FC=118e0.85fz0.75d-0.73 ap1.0 n0.1 其中铣刀的直径d=mm，齿数Z=，为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，最大铣削