機電一體化系統(tǒng)設計.doc

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機電一體化系統(tǒng)設計大作業(yè) 重切削數(shù)控鉆銑床設計說明書 學校名稱：西安工業(yè)大學 設 計 者：X X X 學 號：XXXXXXX 指導教師：XXX 二〇一〇年六月十日 目錄 一：系統(tǒng)總體方案設計 2 1.1設計參數(shù) 2 1.2總體方案確定 2 1.2.1 機械系統(tǒng) 3 1.2.2 伺服系統(tǒng)設計 3 二：機械系統(tǒng)的設計 3 2.1 滾動直線導軌計算與選型 3 2.2 主軸選型與計算 5 2.3滾珠絲桿計算與選型 6 2.4電機計算與選型 8 2.5 位移測量選型 9 2.6 數(shù)控系統(tǒng)選型 9 三：裝配圖 9 四：參考文獻 11 一：系統(tǒng)總體方案設計 1.1：設計參數(shù) 重切削數(shù)控鉆銑床參數(shù) 名稱 單位 　 X軸行程 mm 1000 Y軸行程 mm 600 Z軸行程 mm 600 工作臺尺寸 mm 1200550 最大載重 kg 1200 T型槽（槽數(shù)尺寸） mm 518 主軸最高轉速 rpm 8000 主軸最大扭距 Nm 48 主軸最大功率（30min） kW 11 快速移動XY軸 mm/min 18000 快速移動Z軸 mm/min 15000 最快切削進給速度 mm/min 8000 定位精度 mm 0.005 重復精度 mm 0.003 控制器 　 FANUC 機器尺寸 mm 298026202710 表1 1.2總體方案確定 1.2.1 機械系統(tǒng) （1）傳動機構采用滾珠絲杠副 （2）導向機構采用滾動直線導軌 （3）執(zhí)行機構采用伺服電機 1.2.2 伺服系統(tǒng)設計 采用半閉環(huán)控制 二：機械系統(tǒng)的設計 2.1 滾動直線導軌計算與選型 X軸行程 mm 1000 Y軸行程 mm 600 Z軸行程 mm 600 表2 由下表3可知：在重切削的機床上選用滾柱直線導軌 滾動導軌 滾珠導軌 滾柱導軌 滾針導軌 特點 承載能力小、剛度低 較滾珠導軌承載能力和剛度都大 滾針尺寸小、結構緊湊 應用 運動部件的重量輕（一般小于100~200kg）和切削力不大的機床上 載荷較大的機床 導軌尺寸受限制的機床上 表3 由所給條件得,該導軌的額定工作時間為 計算導軌的額定動載荷 ， 其中，。 代入數(shù)據(jù)得到：X方向導軌；Y方向導軌；Z方向導軌。 在網(wǎng)上搜尋到交叉導軌如下圖所示 由上圖查看得知： 選用滿足要求的導軌如下表 　 導軌型號 行程 滾子數(shù)目 單個滾子承受動載荷Ca(KN) X MVR-9-100050Z 1000 50 4.36 Y MVR-9-60030Z 600 30 4.36 Z MVR-9-60030Z 600 30 4.36 表4 2.2 主軸選型與計算 選用銑削用電主軸， 主軸最高轉速 rpm 8000 主軸最大扭距 Nm 48 主軸最大功率（30min） kW 11 表5 冷卻方式為水冷；換刀方式：手動換刀；電源電壓為AC380V；加上表3的各參數(shù)選用德國GMN高頻CNC銑削、鉆削主軸HSP 100-51000/5 。各參數(shù)如下： 電主軸 – 手動換刀； 內藏異步電機，液冷前端軸承及定子； 超精密混合陶瓷球軸承； 油氣潤滑或是脂潤滑軸承； 主軸最高轉速 rpm 51000 主軸最大扭距 Nm 77 原理示意圖如下： 2.3滾珠絲桿計算與選型 各類機床滾珠絲桿副的推薦精度等級 坐標方向 X Y Z 數(shù)控鉆床 B P B 數(shù)控銑床 B B B 注：P：普通級；B標準級 計算載荷 查手冊知=1.2,=1.2, =1.0 估算額定動載荷計算值Ca X/Y/Z軸滾珠絲桿型號 DFV04010-4.8 公稱直徑40 導程10 動額定負荷4372 靜額定負荷11264 DFV05010-4.8 公稱直徑50 導程10 動額定負荷4823靜額定負荷14080 DFV04010-4.8 公稱直徑40 導程10 動額定負荷4372 靜額定負荷11264 絲桿支撐軸承 EF40 內徑： d1 40 BF50內徑：d1 50 EF40 內徑： d1 40 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量 Y向所受牽引力大，故應用Y向參數(shù)計算 所以 絲杠因受扭矩而引起的導程變化量很小，可以忽略。 而絲杠允許誤差，故剛度足夠。 穩(wěn)定性驗算 由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗算。 2.4電機計算與選型 快速移動XY軸 mm/min 18000 快速移動Z軸 mm/min 15000 轉速估算X軸電機（L：移動X軸速度；表示X軸向滾珠絲桿導程） Y軸電機（L：移動Y軸速度；表示Y軸向滾珠絲桿導程） Z軸電機（L：移動Z軸速度；表示Z軸向滾珠絲桿導程） 轉矩估算 三相380V永磁同步伺服電動機 伺服電機型號 PMSMF18- 額定 額定 瞬間最 額定 瞬間最 轉矩 轉子轉 輸出 轉矩 大轉矩 電流 大電流 常數(shù) 動慣量 W Nm Nm A A Nm/A kgcm2 2000rpm 012D 1200 5.73 17.19 3.17 9.5 1.809 25.9 020D 2000 9.55 28.65 5.28 15.84 1.809 43.17 030D 3000 14.33 42.99 7.92 23.76 1.809 64.75 040D 4000 19.11 57.33 10.56 31.68 1.809 86.33 055D 5500 26.26 78.78 14.52 43.56 1.808 118.7 轉矩估算 <26.26N?m 故選用PMSMF18-055D型電動機。 2.5 位移測量選型 光柵尺 　 FC-1 SM12小型數(shù)字量規(guī) 準確度 5μm 1μm 分辨率 0.5μm 0.2μm 測量范圍 1000mm 600mm X軸FC-1型光柵尺，Y、Z軸SM12小型數(shù)字量規(guī)。 2.6 數(shù)控系統(tǒng)選型 參照現(xiàn)有同類型數(shù)控機床選用FANUC 0i-TC。 三：裝配圖 四：參考文獻 [1] 張君安.機電一體化系統(tǒng)設計.西安工業(yè)大學 [2] 王愛玲，白恩遠，趙學良.現(xiàn)代數(shù)控機床.國防工業(yè)出版社,2001 [3] 徐灝.機械設計手冊（3）.機械工業(yè)出版社,2003 [4] 大連理工大學工程圖學教研室. 高等教育出版社，2007