立式铣床xy数控工作台.rar

收藏

压缩包目录 预览区
  • 全部
    • 新建文件夹 (2)
      • 最终版.dwg--点击预览
      • 说明书.doc--点击预览
跳过导航链接。
折叠 立式铣床xy数控工作台.rar立式铣床xy数控工作台.rar
展开 新建文件夹 (2)新建文件夹 (2)
请点击导航文件预览
编号:4169    类型:共享资源    大小:479.74KB    格式:RAR    上传时间:2021-06-14
12
金币
关 键 词:
立式 铣床 xy 数控 工作台
资源描述:

X-Y 数控工作台机电系统设计 1 摘要摘要 数控铣床是重要的机械加工装备,在制造业中占有重要的地位,对国民经 济的发展起着重要作用。其中,二维精密工作台是数控铣床的关键部件,二维 精密工作台对数控铣床的加工精度和产品质量有着重要的影响,进行数控铣床 二维精密工作台设计具有重要的经济价值与社会意义。 本设计的主要任务是研究数控铣床二维精密工作台主要结构,主要包括工 作台的结构设计以及电机驱动电路的设计。 数控铣床使用的 X-Y 数控工作台结构设计的原则是参考现有的数控铣床工 作台的结构,在实现工作台的强度、刚度、尺寸等实用要求的同时尽量实现结 构简化及优化。设计完成后,根据主要结构及尺寸关系,绘制二维的零件图, 绘制驱动电路原理图。 关键词:关键词:X-YX-Y 工作台、伺服电机、机床系统设计工作台、伺服电机、机床系统设计。 X-Y 数控工作台机电系统设计 2 目录目录 1 绪论绪论 3 2 设计任务设计任务 . 4 3 总体方案的设计总体方案的设计 . 5 3.1 机械传动部件的选择 . 5 3.2 控制系统的设计. 6 4 机械传动部件的计算与选型机械传动部件的计算与选型 . 7 4.1 导轨上移动部件的重量估算. 7 4.2 传动部件、导向部件的设计、计算和选用 . . 7 4.3 步进电动机减速箱的选用 . 12 4.4 步进电动机的计算与选型 . 12 4.5 增量式旋转编码器的选用 . 18 5 工作台控制系统的设计工作台控制系统的设计 . 19 5.1 控制系统硬件设计 . 19 5.2 驱动系统 . 21 5.3 控制系统软件设计 . 22 6 步进电动机驱动电源的选用步进电动机驱动电源的选用 . 23 7 参考文献参考文献 . 24 X-Y 数控工作台机电系统设计 3 1 绪论绪论 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刀机构、数控铣床和数控钻床的 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。因此,选择 X-Y 数控工作台作为机电综合课 程设备的内容,对于机电一体化专业的教学具有普片意 义。 模块化的 X-Y 数控工作台,通常由导轨座、移动滑 块、工作平台、滚珠丝杠螺母副,以及伺服电动机等部 件构成。其中,伺服电动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平台在导轨上运 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动机等均已标准化,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,可以选用标准的工业控制计算机,也可以设 计专用的微机控制系统。 X-Y 数控工作台机电系统设计 4 2 设计任务设计任务 题目:X-Y 数控工作台机电系统设计 任务:设计一种供历史数控铣床使用的 X-Y 控工作台,主要参数如下: 1)立铣刀最大直径 d=20mm; 2)立铣刀齿数 Z=3; 3)最大铣削宽度=20mm; e 4)最大背吃刀量=5mm; p 5)加工材料为碳素钢或有色金属; 6)X、Y 方向的脉冲当量=0.002mm/脉冲; x y 7)X、Y 方向的定位精度均为0.02mm; 8)工作台面尺寸为 450mm 450mm,加工范围为 200mm 200mm; 9)工作台空载最快移动速度=2000mm/min; maxx maxy 10)工作台进给最快移动速度 =300mm/min。 fxmax fymax X-Y 数控工作台机电系统设计 5 3 总体方案的确定总体方案的确定 3.1 机械传动部件的选择机械传动部件的选择 (1)导轨副的选用 要设计的 X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣 床的,需要承受的载荷不大,但脉冲当量小、定位精度 高,因此,决定选用矩形滑动导轨副,它具有承载能力 大、加工测量方便、热变形小、导向精度高等优点。 (2)丝杠螺母副的选用 伺服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 的脉冲当量和 0.05mm 的定位精度,滑动丝杠无能为力,只有选用滚 珠丝杠副才能达到。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。 (3)减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后,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。为此,本例决定采用无间隙齿轮传动减速 箱。 (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 度也为达到微米级,空载最快移动速度也只有 1000mm/min。因此,本设计不必采用高档次的伺服电动 机,如交流伺服电动机或直流伺服电动机等,可以选用 性能好一些的步进电动机,如混合式步进电动机,以降 低成本,提高性价比。 (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, X-Y 数控工作台机电系统设计 6 也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来 说 X-Y 数控工作台机电系统设计 7 还是偏高的,为了确保电动机在运转过程中不受切削负 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率应与步 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。 3.2 控制系统的设计控制系统的设计 (1)设计的 X-Y 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,所以控制系统应该设计成连续控制型。 (2)对于步进电动机的半闭环控制,选用 MCS-51 系列 的 8 位单片机 AT89C52 作为控制系统的 CPU,应该能够 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, 还需要扩展程序存储器、数据存储器、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,与步进电动机配套使用。 3.3 绘制机械传动系统简图绘制机械传动系统简图 X-Y 数控工作台机电系统设计 8 3.4 绘制系统组成框图绘制系统组成框图 4 机械传动部件的计算与选型机械传动部件的计算与选型 4.1 导轨上移动部件的重量估算导轨上移动部件的重量估算 按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、 夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝 杠副、直线滚动导轨副、导轨座等,估计重量约为 800N。 4.2 传动部件、导向部件的设计、计算和选用传动部件、导向部件的设计、计算和选用 4.2.14.2.1 铣削力的计算铣削力的计算 设零件的加工方式为立式铣削,采用硬质合金立铣刀, 工件的材料为碳钢。则由表 3-7 查的立铣时的铣削力计 算公式为: =118dnZ (6-11) c F 85 . 0 e f 75 . 0 z 73 . 0 -0 . 1 p 13 . 0 今选择铣刀直径 d=20mm,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 e =20mm,背吃刀量 ap =5mm,每齿进给量mm,1 . 0 z f 铣刀转速 n=300r/min。则由式 6-11 求得最大铣削力: X-Y 数控工作台机电系统设计 9 计算: c F f F Fe fn F z F x F y F max F =118 c F 85 . 0 16 NN 6 . 36833005201 . 0 13 . 0 0 . 173 . 0 -75 . 0 采用立铣刀进行圆柱铣削时,各铣削力之间的比值可由 表 3-5 查的,结合图 3-4a,考虑逆铣时的情况,可估算 三个方向的铣削力分别为: =1.1Fc1042N,Fe f F =0.38Fc360N, =0.25Fc231N。图 3-4a 为卧铣情况, fn F 现考虑立铣,则工作台受到垂直方向的铣削力= Fe z F =360N,受到水平方向的铣削力分别为和。今将水 f F fn F 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=1042N,径向铣削力 x F f F =237N。 y F fn F 4.2.24.2.2 直线滚动导轨副的计算与选型直线滚动导轨副的计算与选型 (1)滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 max F 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: = (6- max FF G 4 12) 其中,移动部件重量 G=800N,外加载荷 F=360N,代入式(6-12) ,得最大工作载荷 z F =560N=0.56kN。 max F 查表 3-41,根据工作载荷=0.56kN,初选直线滚动导 max F 轨副的型号为 KL 系列的 JSA-LG55 型,其额定动载荷 =947N c F =1042N f F Fe =360N =237N fn F =360N z F =1042N x F =237N y F =0.56kN max F 初选直线滚 动导轨副的 型号为 KL 系列的 JSA- LG55 型 X-Y 数控工作台机电系统设计 10 ,额定静载荷。kNCa49 . 7 kNC a 5 . 9 0 X-Y 数控工作台机电系统设计 11 计算: L Fm 任务书规定工作台面尺寸为 450mm 450mm,加工 范围为 200mm 200mm,考虑工作行程应留有一定余量, 查表 3-35,按标准系列,选取导轨的长度为 1020mm。 (2)距离额定寿命 L 的计算 上述选取的 KL 系列的 JSA-LG55 型导轨副的滚道硬 度为 60HRC,工作温度不超过 100 ,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 3-36表 3-40,分别取硬度系数、温度系数0 . 1 H f 、接触系数、精度系数、载荷00 . 1 T f81 . 0 C f9 . 0 R f 系数,代入式(3-33) ,得距离寿命:5 . 1 W f km F C f ffff L a W RCTH 2802150 3 max 远大于期望值 50km,故距离额定寿命满足要求。 4.2.34.2.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (1)最大工作载荷 Fm的计算 如前页所述,在立铣时,工作台受到进给方向的载 荷(与丝杠轴线平行)=1042N,受到横向的载荷(与 x F 丝杠轴线垂直)=237N,受到垂直方向的载荷(与工 y F 作台面垂直)=360N。 z F 已知移动部件总重量 G=800N,按矩形导轨进行计 算,查表 3-29,取颠覆力矩影响系数 K=1.1,滚动导轨 上的摩擦因数 =0.015。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷: Fm =K + ( + + G) = 1.11024 + 0.15 ( 360+ x F z F y F 237 + 800 ) N 1336N L=28021km 验算结果: 合格 Fm =1336 N X-Y 数控工作台机电系统设计 12 计算: L0 FQ (2)最大动载荷 FQ的计算 设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度 v=300mm/min,初选丝杠导程=5 mm,则此时丝杠转 h P 速 n=v/Ph = 60r/min。 取滚珠丝杠的使用寿命 T=15000h,代入 L0=60nT/106,得丝杠寿命 L0=54(单位为:) 。r 6 10 查表 3-30,取载荷系数 fW =1.2,滚道硬度为 60HRC 时,取硬度系数,代入式(3-23) ,求得最大动0 . 1 H f

展开阅读全文
提示  皮克文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
关于本文
本文标题:立式铣床xy数控工作台.rar
链接地址:https://www.pkwenku.com/doc/4169.html

copyright@ 2020-2024 pkwenku.com 网站版权所有

本站资源为会员上传分享,如有侵犯您的版权,请联系我们删除。

粤ICP备2021061853号-1 粤公网安备 44190002005549号

<script charset="UTF-8" id="LA_COLLECT" src="//sdk.51.la/js-sdk-pro.min.js"></script><script>LA.init({id: "JP60i4JvzkkqwsKO",ck: "JP60i4JvzkkqwsKO"})</script>

皮克文库
收起
展开