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数控机床工作台设计说明书.docx
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《数控机床》课程设计说明书
设计题目: X—Y 数控工作台机电系统设计
班级:
姓名:
指导教师:
机电一体化教研室
2010 年 6 月
目 录
一、设计目的...........................................................3
二、设计任务...........................................................4
三.总体方案的确定...............................................4
1、机械传动部件的选择 .........................................................................…….4
(1)丝杠螺母副的选用 .................................................................................5
(2)导轨副的选用 .........................................................................................5
(3)伺服电动机的选用 .................................................................................5
2、控制系统的设计 ..........................................................................................5
3、绘制总体方案图 ..........................................................................................6
四、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、铣削力的计算 ..............................................................................................6
五、步进电动机的计算与选型.............................10
1、传动计算...................................................................................................10
2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq.....................................10
3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 Teq................................11
4、步进电动机最大静转矩的选定...............................................................13
六、直线滚动导轨副的计算与选型.....................15
1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取.....................................15
2、距离额定寿命 L 的计算 ....................................................................15
七、 绘制进给传动系统示意图...........................16
八、控制系统硬件电路设计.................................16
九、步进电动机的驱动电源选用.........................19
结 束 语.................................................................19
参考文献...................................................................20
一、设计目的
《数控机床》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,掌握常用伺服电机得工作原理、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:设计一种立式数控铣床使用的 X-Y 数控工作台,主要参数如下:
1. 立铣刀最大直径的 d=15mm;
2. 立铣刀齿数 Z=3;
3. 最大铣削宽度
e
a
=15mm;
4. 最大背吃刀量
p
a
=8mm;
5. 加工材料为碳素钢活有色金属。
6. X、Y 方向的定位精度均为±0.02mm;
7. 工作台尺寸 230mm×230㎜,加工范围为 250mm×250mm
8. 工作台空载进给最快移动速度:V
xmax
=V
ymax
=3000mm/min;
9. 工作台进给最快移动速度: V
xmax
=V
ymax
=400mm/min;
10. 加减速 0.4s
三.总体方案的确定
1、机械传动部件的选择
(1)丝杠螺母副的选用
①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
02.0�
mm 的定位精度,滑动丝杠副不能达到要求,因此选用滚珠丝杆副,
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。
②轴向间隙的调整和预紧方式:选用垫片调隙式,这种方法结构简单、
刚性好、装卸方便,适用于一般精度的机构
③滚珠丝杠的安装:采用一端固定,一端游动的方式,因其压杆稳定性
和临界转速较高
(2)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。
(3)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
3000mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电动机,因此可以选用混
合式步进电动机。以降低成本,提高性价比。
2、控制系统的设计
1)设计的 X-Z 工作台准备用在数控车床上,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)对于步进电动机的半闭环控制,选用 MCS-51 系列的 8 位单片机 AT89S52 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 CPU 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,与步进电动机配套使用。
3、绘制总体方案图
总体方案图如图 3.1 所示。
微
型
机
接
口
电
路
功
放
电
路
执
行
元
件
机 械
传 动
机 构
机 械
执 行
机 构
图 3.1 总体方案图
四、机械传动部件的计算与选型
1、导轨上移动部件的重量估算
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南抖北快东卫
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