贵州大学本科课程设计论文 机电
摘 要
当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。
关键字：机电一体化的基础 基本组成要素 发展趋势 滚珠丝杠 滚动导轨 步进电机
Abstract
Now the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.
key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.
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第一章 前言
当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状 在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。
《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的：
1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想关知识，学习总体的方案拟定、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的工作原理、设计计算及选用的方式
3、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制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、查阅文献资料及撰写科技论文的能力
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第二章 设计任务
设计一套供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下： 1、立铣刀最大直径的d=15mm，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度ac=15mm
最大背吃刀量ap=8mm，加工材料为碳素钢或有色金属。 2、X、Y方向的定位精度均为±0.02mm。
3、工作台面尺寸为230mm3230mm，加工范围为250mm3250mm
4、工作台空载进给最快移动速度： Vxmax = Vymax =3000mm/min，工作台进给最快移动速度:Vxmaxf?Vymaxf?400mm/min，加减速0.4s。
第三章 设计主要步骤
3.1 确定设计总方案 3.1.1 机械传动部件的选择 1、丝杠螺母副的选择 ○
步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.01mm脉冲当量，因为定位精度±0.04mm，对于机械传动要有一定的精度损失，大约是1/3-1/2的定位精度，现取为1/2，即是±0.02mm和±0.04mm的定位精度，滑动丝杠副无法做到，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，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。
同时选用内循环的形式，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。
由于定位精度不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，刚性好，装卸方便。
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由于工作台最快的移动速度Vxmax = Vymax =1500mm/min，所需的转速不高，故可以采用一般的安装方法，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。
2、导轨副的选用 ○
要设计数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，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，安装预紧方便等优点。
3、伺服电机的选用 ○
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低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有1500mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此可以选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。
4、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，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，如果要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。
3.1.2 控制系统的设计
1、设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有轮廓控制，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、对于步进电动机的开环控制系统，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，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。 ○
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3.2 机械传动部件的计算和选择 3.2.1工作台外形尺寸及重量初步估算
根据给定的有效行程,估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。 XY工作台如图所示:
X向拖板(上拖板)尺寸为:
长*宽*高=320*270*40 重量:按重量=体积*材料比重估算为:
W?3x= 320?270?40?10?7.8?10?2N=270N Y向拖板(下拖板)尺寸为:
长*宽*高=320?320?40
重量WY=320?320?40?10?3?7.8?10?2N=320N
上导轨(含电机)估算重量为：240N 夹具及工件重量:150N X-Y工作台运动部分总重量为:
270N+320N+240N+150N=800N
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