最新主轴升降制动装置结构图Table

摘要

小型数控卧式镗铣床主轴箱沿着X轴升降。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的升降系统、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。本文通过对小型数控卧式镗铣床主轴箱的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。

本说明书简要明确的说明了小型数控卧式镗铣床主轴箱升降和制动装置设计的过程及内容，包括机械传动系统和电气控制系统的设计，其中机械传动系统部分包含了确定系统脉冲当量和切削力，滚珠丝杠螺母副的计算和选型，电机的计算和选型。

本次课程设计，主要设计和研究小型数控卧式镗铣床主轴箱升降和制动装置及其电气原理图。确定小型数控卧式镗铣床主轴箱升降的传动系统，并且选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。

关键词：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；伺服电机；PLC

第一章总体方案设计

1.1系统的运动方式与伺服系统的选择

为了实现镗铣床主轴箱升降和制动，运动定位、暂停、急停等功能，故选择连续控制系统。考虑到对工作台实际位移的检测，补偿系统的误差，故采用半闭环控制系统，利用交流伺服电机进行驱动。

半闭环控制系统如图所示。

1.2机械传动方式

为了实现设计要求的分辨率，采用伺服电机传动丝杠。为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。

1.3电气控制系统方案设计

采用三菱PLC 伺服系统

1.4总体方案的确定

数控机床总体方案设计，主轴箱升降总体方案设计见图

驱动单元

交流伺服电机

执行部件

第二章 机床进给伺服系统机械部分设计计

算

2.1 设计参数

1、主轴箱垂直提升行程：500；

2、主轴箱尺寸： 长×宽×高＝500×400×250；

3、主轴箱总重： 1000N ；

4、最高运行速度：

步进电机运行方式： 空载：0.8m/min ；切削：0.3m/min ； 交流伺服电机运行方式： 空载：10m/min ；切削：2m/min ； 5、系统分辨率： 开环模式：0.01mm/step ；半闭环模式：0.005mm/step ； 6、系统定位精度： 开环模式：±0.10mm； 半闭环模式：±0.01mm； 7、切削负载： X 向500N ；Y 向800N ；Z 向1200N

2.2滚动导轨设计

2.2.1作用于滚动直线导轨副工作载荷的计算

工作载荷是影响导轨副使用寿命的重要因素。对于升降工作台，多采用双导轨、四滑块的支承结构。

采用双导轨，四滑块的支撑形式。查《机电一体化系统设计课程设计指导书》

38p ，表3—29m F 实验计算公式及参考系数，考虑最不利的情况，即垂直于工

作台的最大垂直方向载荷为：y m

F G F +=

其中G ——主轴箱总重N G 1000= y F ——Y 向切削负载N F y 800=

N F m 180********=+=

mm L 2500

1=

mm L 22502=

mm L 2

4003=则：

31234

2400

10002200250442

GL P P P P N L ⨯

======⨯ N L GL P P P P t

t t t 5002

25042500100042

14321=⨯

⨯===== 查表3-41，根据工作载荷kgf kgf N F m 67.1838

.91800

1800==

=, N F P m c 6003

18003===

根据主轴箱垂直提升行程：500mm,估计导轨长度mm L 750250500=+≥。 型号

标准长度

F

G

最大长度

SBG 15

160 220 280 460 640 820 1000

1240

1480

2200

60

20 300

初定导轨长为820mm 。

2.2.2距离额定寿命L 的计算

直线滚动导轨副的寿命计算，是以在一定载荷下行走一定距离后，%90的支撑不发生点蚀为依据。这个载荷称为额定动载荷a C ，该行走距离称为距离额定寿命，滚动体为球时：

3

)(50m

a w r c t h F C f f f f f L ⨯=

式中：L ——距离额定寿命，单位为km ；

a C ——额定动载荷，Ca=850*9.8=8330N=8.33KN; m F ——滑块上的工作载荷，KN F m 8.1=；

h f ——硬度系数，如表3—36所示，h f =1.0； t f ——温度系数，如表3—37所示，t f =1.00； c f ——接触系数，如表3—38所示，c f =0.66； r f ——精度系数，如表3—39所示，r f =0.9；

w f ——运转系数，按一般运转取w f =1～1.5，计算取1.5；

km P C f f f f f L C

a w r c t h 77.8308)(503

=⨯=

见47P ，远远大于滚子期望值50KM ，故距离额定寿命满足。

2.2.3小时额定寿命计算

60

2103

⨯⨯=nS L L h

式中h L ——寿命时间，单位为h ；

L ——距离额定寿命，L=8308.77km ； S ——移动件行程长度，单位为0.5m ；

n ——移动件每分钟移动次数,一般选6次。