X-Y数控工作台机电系统设计

机电一体化设计

X-Y数控工作台机电系统设计

一、设计任务

设计一种供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d =15 mm;

(2)立铣刀齿数Z=3;

(3)最大铣削宽度ae=15 mm;

(4)最大铣削深度ap=8 mm;

(5)加工材料为碳素钢或有色金属;

(6)X、Y方向的脉冲当量δx = δy = 0.005mm/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230 mm×230 mm,加工范围为250 mm×250 mm;

(9)工作台空载最快移动速度vxmax = vymax = 3000 mm/min;

(10)工作台进给最快移动速度vxmaxf = vymaxf = 400 mm/min。

二、总体方案的确定

1. 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,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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

(2)丝杠螺母副的选用

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,要满足

0.005mm的脉冲当量和 ±0.01mm的定位精度,滑动丝杠副无能为力,只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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,所以采用无间隙齿轮传动减速箱。

(4)伺服电动机的选用

任务书规定的脉冲量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级,空载最快移动速度也只有3000mm/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,可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的,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

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