数控钻床X—Y数控工作台设计

数控钻床X—Y数控工作台设计

一：设计任务及基本参数

1：设计任务

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、数控铣床的和数控钻床的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计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。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。其外观形式如图1所示。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。

本次设计是针对用于数控钻床的X-Y两自由度运动平台结构及其控制系统的设计。

图1

2：基本参数

数控钻床的X-Y两自由度运动平台主要参数如下：

1.钻头最大直径d=12 mm；

2.钻头转速n=300r/min；

3.每转进给量f=0.1mm/r；

4.刀具材料为高速钢；

5.工件材料为钢σb=650 MPa；

6.X、Y方向的脉冲当量δx=δy=0.01 mm/脉冲；

7.X、Y方向的定位精度均为±0.01 mm；

8.工作台面尺寸为300×500 mm，加工范围为350×550 mm；

9.工作台最快移动速度v xmax=v ymax=1500 mm/min。

3：最后提交的材料

课程设计说明书一份；装配图.

X-Y数控工作台机电系统设计说明书

目录

1. 课程设计任务： (5)

2. 总体方案设计 (5)

1)机械传动部件的选择 (5)

(1)导轨副的选用 (5)

(2)丝杠螺母副的选用 (5)

(3)减速装置的选用 (5)

(4)伺服电动机的选用 (5)

(5)检测装置的选用 (6)

2) 控制系统的设计 (6)

(1)采用半闭环位置负反馈控制 (6)

(2）步进电动机的半闭环控制 (6)

(3）选择驱动电源 (6)

3.机械传动部件的计算与选型 (6)

1)导轨上移动部件的重量估算 (6)

2)直线导轨副的计算与选型 (6)

(1)滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (6)

(2)距离额定寿命L 的计算 (7)

3)滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)

(1)最大工作载荷m F 的计算 (7)

(2)最大动载荷的Q F 计算 (7)

(3)初选型号 (8)

(4)传动效率 的计算 (8)

(5)刚度的验算 (8)

(6)压杆稳定性校核 (9)

4)步进电动机减速箱的选用 (9)

5)步进电动机的计算与选型 (9)

(1)计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J (9)

(2)计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (10)

(3)步进电动机最大静转矩的选定 (10)

(4 )步进电动机的性能校核 (10)

(5)步进电动机的驱动电源选用 ........................................................................................................ - 10 -

6）增量式旋转编码器的选用 ................................................................................................................... - 10 -

4.工作台机械示意图的绘制（见附录） ..............................................................................-

11 -

5.工作台控制系统的设计 ......................................................................................................-

11 -

6.感想总结 ..............................................................................................................................-

12 -

参考文献 ..............................................................................................................................-

13 -

1. 课程设计任务：

设计一个X-Y 两自由度运动平台，主要参数如下：

额定负载20kg ；

工作台面积尺寸为mm 500mm 300⨯

XY 的定位精度均为0.1mm

±=δ XY 方向的脉冲当量脉冲mm/005.0y x ==δδ

工作台最快移动速度

min 3000y x mm v v == 额定负载时XY 向的最大运行加速度2m s 1m a =

2. 总体方案设计

1)机械传动部件的选择

(1)导轨副的选用

选用直线滚动导轨副。

(2)丝杠螺母副的选用

选用滚珠丝杆副，其传动精度高、运转平稳，可满足设计所要求的定位精度。

(3)减速装置的选用

为了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，选用无间隙齿轮传动减速箱。

(4)伺服电动机的选用

选用混合式步进电动机。