数控铣床xy工作台的设计 大学毕业设计

徐州工程学院毕业设计(论文)

目 录

1绪论 .......................................................... 1 1.1课题的选择背景 ............................................ 1 1.2设计目的及意义 ............................................ 1 1.3总体方案的设计 ............................................ 2 2交流伺服电动机的选型 .......................................... 4 2.1交流伺服电动机的选型......................................3 2.1.1电机的选择依据.................................4 2.1.2电机的负载力矩和惯量的计算.......................5 2.2交流伺服电动机概述.........................................6 2.2.1选择伺服电动机.................................7 3丝杠的选型 .................................................... 8 3.1丝杠的介绍 ................................................ 8 3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式 .............................. 8 3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点 ................................ 8 3.1.3滚珠丝杠副的典型结构形式 .............................. 9 3.1.4滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧 ....................... 10 3.1.5滚珠丝杠副的密封与润滑 ............................... 10 3.2丝杠螺母副的选择 ......................................... 11 3.3丝杠的校核 ............................................... 12 3.4滚珠丝杠支承的选择 ....................................... 13 3.4.1支承方式的选择 ....................................... 13 3.4.2轴承的选择 ........................................... 14 3.5设计滚珠丝杠应注意的问题 ................................. 16 4联轴器的选型 ................................................. 18 4.1联轴器的介绍 ............................................. 18 4.2选择联轴器的类型 ......................................... 18 4.2.1初选联轴器的类型 ..................................... 18 4.2.2初选联轴器 ........................................... 19 4.3联轴器的校核 ............................................. 21 4.3.1转矩的校核 ........................................... 21 4.3.2销的抗剪强度的校核 ................................... 21 5导轨的选型及计算 ............................................. 22 5.1 导轨的组成种类及其应满足的要求 .......................... 22

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5.2导轨材料的选择及热处理 ................................... 22 5.2.1导轨材料的选择 ....................................... 22 5.2.3导轨的热处理 ......................................... 23 5.3导轨的选型及长度估算 ..................................... 23 5.4导轨副的额定寿命计算 ..................................... 24 5.5滚动导轨副的技术要求 ..................................... 26 5.6导轨防护罩的设计 ......................................... 26 5.6.1导轨防护罩的介绍 ..................................... 26 6.6.2导轨防护罩的选择 ..................................... 26 5.7导轨的注意事项 ........................................... 27 6机座的设计 ................................................... 28 6.1机座的作用及基本要求 ..................................... 28 6.2机座的设计 ............................................... 28 6.2.1机座自身刚度 ......................................... 28 6.2.2提高机座连接处的接触刚度 ............................. 29 6.3机座材料的选择 ........................................... 29 结论 .......................................................... 30 致谢 .......................................................... 31 参考文献 ...................................................... 32 附录 .......................................... 错误！未定义书签。

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1绪论

1.1课题的选择背景

X – Y数控工作台是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等，尽管结构和功能各不相同，但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。在中小形企业中，由于产品更新换代频繁，且大都是一些适应市场的单件，小批零件，若由数控机床来解决这些零件的加工精度和自动化问题，因成本高，而不现实。为此，数控工作台，作为工装与通用机床（立铣，立镗，钻等）陪用，以解决单件，小批。小尺寸复杂零件的孔，槽及凸轮等精度加工问题，具有一定的灵活性，通用性和经济性。X - Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动，系统中不设置传感与检测设备，半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动，并在电机输出轴端设置传感与检测设备；闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动，但检测与传感设备设置在工作台末端。数控交流伺服X-Y工作台系统是由控制计算机部分、伺服驱动部分、机械传动部分及检测部分组成，采用闭环控制方式。

1.2设计目的及意义

《机电一体化系统设计》课程设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。其目的是：

1）能够正确运用《机电一体化系统设计》课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；

2）通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；

3）通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；

4）通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。

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1.3总体方案的设计

设计一台数控铣床XY工作台，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、运动控制器和PC机（闭环控制）。

X-Y工作台的机械主体部分直线导轨和滚珠丝杠，联轴器，工作台面。电气部分的关联性及传动装置的保护性，X轴及Y轴两端配有高质量的缓冲器，同时可选配在工作台的两端配有限位检测开关，部分工作台的配有原点检测开光，并提供光电编码装置以适于闭环控制，原点开关的位置可以打距离的调节。其具体参数如下：

X方向行程:100mm Y方向行程:160mm 工作台面的参考尺寸:240?260mm 工作台和工件最大物重质量60kg 工作台表面滑动摩擦系数为0.5 平均切削力:500N 快进进给速度:1000mm/min 最高运动速度:10000mm/min 脉冲当量0.001mm 定位精度: ?0.02mm

工作寿命:每天8小时，工作8年，250天/年

（一）机械系统设计

1）传动机构为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。丝杠的转速为中转速，精度要求为高精度。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠直接与联轴器连接。

2）导向机构采用滚动直线导轨。滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩3）执行机构采用交流伺服电动机。

（二）工作台外形尺寸及重量初步估算 工作台草图如下图1-1：

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擦阻力小，随动性极好。导轨的导向精度要求高。