课程设计数控立式铣床XY工作台机电系统设计说明书
23页1、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3二、设计任务3三总体方案的确定41、机械传动部件的选择.3(1) 导轨副的选用4(2) 伺服电动机的选用4(3) 工作台的选用42、控制系统的设计53、绘制总体方案图5四、直线伺服电机的计算与选型51、导轨上移动部件的重量62、铣削力的计算63、载荷的计算74、初选型号75、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81、直线滚动导轨选择理由82、直线导轨额定寿命L的计算和选型103、光栅尺的选择114、工作台的选型12六、 PLC选型13七、伺服放大器选型18八、控制系统硬件电路设计20结 束 语21参考文献.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:1) 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。2) 通过对机械
2、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。3) 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。4) 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。5) 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
3、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C
4、PU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=30mm,齿数Z=4,为了计算最大铣削力,在不对称铣削情况下,最大铣削宽度ae=18mm,背吃刀量ap=10mm,每齿进给量fz=0.1mm,铣刀转速n=500r/min。则由上公式求得最大铣削力: FC=118e0.85x 0.10.75x 30-0.73x 101.0x 5000.1 x1 =1422 N考虑逆铣时的情况,可估算三个方向的铣削力分别为:Ff=1.1Fc=1564N,Fe=0.38 Fc=540 N,Ffm=0.25 FC =355 N则工作台受到垂直方向的铣削力Fz=Fe=540N,受到
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