机电一体化课程设计详解.doc

机电一体化课程设计 学号：10704020421 姓名：蒲汪洋 指导教师：袁冬梅 张明德 成绩： 日期： X-Y数控工作台机电系统设计 引言 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-横向进给刀机构、数控铣床和数控转床的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。如此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业教学具有普通意义。 模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动模块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构件。其外观形式如图1所示。其中，伺服电机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需要根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。  机电一体化课程设计是一个重要的实践教学环节，要求学生综合应用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练。 一、设计题目确定及要求 三、总体方案确定 总体方案设计 绘制总体方案图 四、 伺服系统机械传动部件设计 切削力计算 Fc=118afd-0.73ap1.0n0.13z (1-1) 今选择铣刀直径d=10mm，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，背吃刀量ap=10mm，每齿进给量fz=0.05mm，铣刀转速n=300r/min。则由式（1-1）求得最大铣削力： Fc=118150.850.110-0.73101.03000.133≈2540N············· 采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表2查得，结合图2. 表2 各铣削力之间的比值 图2 铣削力分析 圆柱形铣刀铣削力 b）面铣刀铣削力 考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为： 进给力Ff=1.1Fc≈2794N,总切削力F在纵向进给方向上的分力；横向进给力Fe=0.38Fc≈966N,总切削力F在横向进给方向上的分力；垂直进给力Ffn=0.25Fc≈635N,总切削力在垂直进给方向上的分力。各进给力和切削力Fc具有一定比例关系，如表3-5所示，可计算出各分力。铣刀总切削力的大小为: F==≈3024N`````````(1-2) 图2为卧铣情况，现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力FZ=Fe=966N····，受到水平方向的铣削力分别为Ff和Ffn。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杠轴线方向），则纵向铣削力Fx=Ff=2794N···········，经向铣削力Fy=Ffn=635N········。 3、直线滚动导轨副的计算与选型 (1) 滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支撑形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为: Fmax=G/4+F ············（1-3） 其中，移动部件重量G=800N，外加载荷F=Fz=966N ，代入式（1-3），得最大工作载荷Fmax=1166N. 查表3以济宁博特公司产品为例参考网址（/3ji.asp?id=163），根据工作载荷Fmax=1.166KN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JS-LG15型，其额定动载荷Ca=8.71kN，额定静载荷Coa=14.5kN。 表3 直线滚动导轨副参数 任务书规定工作台面尺寸为230mm X 230mm，加工范围为250mm X 250mm，考虑工作行程应留一定余量，查表4，按标准系列，选取导轨的长度为520mm。 表4 JSA型导轨长度系列 距离额定寿命L的计算 上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100oC,每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表5下列各系数表. 温度系数 硬度系数 接触系数 每根导轨滑块数 1 2 3 4 5 fc 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61 精度系数 精度等级 2 3 4 5 fR 1.0 1.0 0.9 0.9 载荷系数 工况 无外部冲击或振动的低速场合速度小于15m/min 无明显冲击或振动的中速场合 速度小于15-60m/min 有外部冲击或振动的高速场合，速度大于60