光机电一体化设计论文正文.pdf
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一、机械部分
1.设计任务
题目:小型X-Y 数控工作台设计
主要指标参数如下:
1. 工作台径向载荷 =200N,轴向载荷 =150N;
F F
r a
2. X-Y 行程180mm;
3. 工作台面尺寸为200×200mm;
4. 工作台空载最快最大移动速度v v 3000mm/ min ;
x max y max
5. 工作台进给最快最大移动速度v v 150mm/ min ;
x max f y max f
6. X-Y 工作台的脉冲当量 =0.01mm/脉冲;
x y
7. 分辨率0.01mm;
8. 定位精度0.02mm。
2 机械传动部件的选择
2.1 导轨副的选用
腰设计数控车床工作台,需要承受的载荷不大,而且脉冲当量小,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,安装预紧方便等优点。
2.2 丝杠螺母副的选用
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
0.01mm 冲当量和0.02mm 的定位精度,滑动丝杠副为能为力,只有选用滚珠丝
杆副才能达到要求,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。
2.3 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,选用无间隙齿轮传动减速箱。
2.4 伺服电动机的选用
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
载最快移动速度也只有因此3000mm/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。
1
2.5 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,为了确保电动机在运动过程中
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。
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。
3.机械传动部件的计算与选型
3.1 直线滚动导轨副的计算与选型
3.1.1 工作原理与结构特点
组成:滑块、导轨条、滚动体。
功能:滑块与导轨条作相对直线运动。
选型原则:相对滑动距离 >50km
3.1.2 支承形式
此次设计中的X-Y 工作台为水平布置,采用双导轨、四滑块的支承形式。
3.1.3 滑块承受工作载荷 的计算及导轨型号的选取
F
m
G=400N:工作平台、上层电动机、滚珠丝杠副、导轨座等。
G
F F (1)
max 4 r
G
F F =400/4+200=300N (2)
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