機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)大作業(yè) 重切削數(shù)控鉆銑床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué)校名稱(chēng)：西安工業(yè)大學(xué) 設(shè) 計(jì) 者：X X X 學(xué) 號(hào)：XXXXXXX 指導(dǎo)教師：XXX 二〇一〇年六月十日 目錄 一：系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2 1.1設(shè)計(jì)參數(shù) 2 1.2總體方案確定 2 1.2.1 機(jī)械系統(tǒng) 3 1.2.2 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 二：機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 2.1 滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌計(jì)算與選型 3 2.2 主軸選型與計(jì)算 5 2.3滾珠絲桿計(jì)算與選型 6 2.4電機(jī)計(jì)算與選型 8 2.5 位移測(cè)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(xiàn) 11 一：系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 1.1：設(shè)計(jì)參數(shù) 重切削數(shù)控鉆銑床參數(shù) 名稱(chēng) 單位 　 X軸行程 mm 1000 Y軸行程 mm 600 Z軸行程 mm 600 工作臺(tái)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(zhuǎn)速 rpm 8000 主軸最大扭距 Nm 48 主軸最大功率（30min） kW 11 快速移動(dòng)XY軸 mm/min 18000 快速移動(dòng)Z軸 mm/min 15000 最快切削進(jìn)給速度 mm/min 8000 定位精度 mm 0.005 重復(fù)精度 mm 0.003 控制器 　 FANUC 機(jī)器尺寸 mm 298026202710 表1 1.2總體方案確定 1.2.1 機(jī)械系統(tǒng) （1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副 （2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌 （3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī) 1.2.2 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用半閉環(huán)控制 二：機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.1 滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌計(jì)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(jī)床上選用滾柱直線(xiàn)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾珠導(dǎo)軌 滾柱導(dǎo)軌 滾針導(dǎo)軌 特點(diǎn) 承載能力小、剛度低 較滾珠導(dǎo)軌承載能力和剛度都大 滾針尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊 應(yīng)用 運(yùn)動(dòng)部件的重量輕（一般小于100~200kg）和切削力不大的機(jī)床上 載荷較大的機(jī)床 導(dǎo)軌尺寸受限制的機(jī)床上 表3 由所給條件得,該導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間為 計(jì)算導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 ， 其中，。 代入數(shù)據(jù)得到：X方向?qū)к?；Y方向?qū)к?；Z方向?qū)к墶? 在網(wǎng)上搜尋到交叉導(dǎo)軌如下圖所示 由上圖查看得知： 選用滿(mǎn)足要求的導(dǎo)軌如下表 　 導(dǎo)軌型號(hào) 行程 滾子數(shù)目 單個(gè)滾子承受動(dòng)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(jì)算 選用銑削用電主軸， 主軸最高轉(zhuǎn)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(dòng)換刀；電源電壓為AC380V；加上表3的各參數(shù)選用德國(guó)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(dòng)換刀； 內(nèi)藏異步電機(jī)，液冷前端軸承及定子； 超精密混合陶瓷球軸承； 油氣潤(rùn)滑或是脂潤(rùn)滑軸承； 主軸最高轉(zhuǎn)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(jì)算與選型 各類(lèi)機(jī)床滾珠絲桿副的推薦精度等級(jí) 坐標(biāo)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(jí)；B標(biāo)準(zhǔn)級(jí) 計(jì)算載荷 查手冊(cè)知=1.2,=1.2, =1.0 估算額定動(dòng)載荷計(jì)算值Ca X/Y/Z軸滾珠絲桿型號(hào) DFV04010-4.8 公稱(chēng)直徑40 導(dǎo)程10 動(dòng)額定負(fù)荷4372 靜額定負(fù)荷11264 DFV05010-4.8 公稱(chēng)直徑50 導(dǎo)程10 動(dòng)額定負(fù)荷4823靜額定負(fù)荷14080 DFV04010-4.8 公稱(chēng)直徑40 導(dǎo)程10 動(dòng)額定負(fù)荷4372 靜額定負(fù)荷11264 絲桿支撐軸承 EF40 內(nèi)徑： d1 40 BF50內(nèi)徑：d1 50 EF40 內(nèi)徑： d1 40 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算 所以 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)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(yàn)算 由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。 2.4電機(jī)計(jì)算與選型 快速移動(dòng)XY軸 mm/min 18000 快速移動(dòng)Z軸 mm/min 15000 轉(zhuǎn)速估算X軸電機(jī)（L：移動(dòng)X軸速度；表示X軸向滾珠絲桿導(dǎo)程） Y軸電機(jī)（L：移動(dòng)Y軸速度；表示Y軸向滾珠絲桿導(dǎo)程） Z軸電機(jī)（L：移動(dòng)Z軸速度；表示Z軸向滾珠絲桿導(dǎo)程） 轉(zhuǎn)矩估算 三相380V永磁同步伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電機(jī)型號(hào) PMSMF18- 額定 額定 瞬間最 額定 瞬間最 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 輸出 轉(zhuǎn)矩 大轉(zhuǎn)矩 電流 大電流 常數(shù) 動(dòng)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(zhuǎn)矩估算 <26.26N?m 故選用PMSMF18-055D型電動(dòng)機(jī)。 2.5 位移測(cè)量選型 光柵尺 　 FC-1 SM12小型數(shù)字量規(guī) 準(zhǔn)確度 5μm 1μm 分辨率 0.5μm 0.2μm 測(cè)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(lèi)型數(shù)控機(jī)床選用FANUC 0i-TC。 三：裝配圖 四：參考文獻(xiàn) [1] 張君安.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).西安工業(yè)大學(xué) [2] 王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn)，趙學(xué)良.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.國(guó)防工業(yè)出版社,2001 [3] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3）.機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [4] 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室. 高等教育出版社，2007