机电一体化课程设计

1.1 设计任务题目：X-Y 数控工作台机电系统设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的 X-Y 数控工作台，重要参数如下：1）立铣刀最大直径 d=36mm；2）立铣刀齿数 Z=3；3）最大铣削宽度 ae=36mm；4）最大背吃刀量 ap=8mm；5）加工材料为碳素钢或有色金属；6）X、Y 方向的脉冲当量 ζx=ζy=0.0075mm／脉冲；7）X、Y 方向的定位精度均为±0.015mm；8）工作台面尺寸为 230mm×230mm，加工范围为 600mm×230mm；9）工作台空载最快移动速度 Vxmax=Vymax=2360mm／min；10）工作台进给最快移动速度 Vxmaxf=Vymaxf=560mm／min。1.2 总体方案的拟定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，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不宜爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。（2）丝杆螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm 的脉冲当量和±0.002mm 的定位精度，滑动丝杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达成。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杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，减少运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，也许需要减速装置，且应有消间隙机构。为此，决定采纳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成 0.001mm，定位精度也未达成微米级，空载最快移动速度也只有 1540mm／min。因此，本设计不必采纳高档次的伺服电动机，如沟通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，以减少成本，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，为了保证电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采纳半闭环控制，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力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、丝杆螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采纳相同的型号与...