整理机电一体化系统设计.docx

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整理机电一体化系统设计

机电一体化系统设计大作业

重切削数控钻铣床设计说明书

学校名称：

西安工业大学

设计者：

XXX

学号：

XXXXXXX

指导教师：

XXX

二〇一〇年六月十日

一：

系统总体方案设计

1.1：

设计参数

重切削数控钻铣床参数

名称

单位

X轴行程

mm

1000

Y轴行程

mm

600

Z轴行程

mm

600

工作台尺寸

mm

1200×550

最大载重

kg

1200

T型槽（槽数×尺寸）

mm

5×18

主轴最高转速

rpm

8000

主轴最大扭距

Nm

48

主轴最大功率（30min）

kW

11

快速移动XY轴

mm/min

18000

快速移动Z轴

mm/min

15000

最快切削进给速度

mm/min

8000

定位精度

mm

±0.005

重复精度

mm

±0.003

控制器

FANUC

机器尺寸

mm

2980×2620×2710

表1

1.2总体方案确定

1.2.1机械系统

（1）传动机构采用滚珠丝杠副

（2）导向机构采用滚动直线导轨

（3）执行机构采用伺服电机

1.2.2伺服系统设计

采用半闭环控制

直接市场评估法又称常规市场法、物理影响的市场评价法。

它是根据生产率的变动情况来评估环境质量变动所带来影响的方法。

（1）建设项目概况。

二：

机械系统的设计

2.1滚动直线导轨计算与选型

（三）环境标准和环境影响评价技术导则X轴行程

mm

1000

Y轴行程

mm

600

（5）公众意见采纳与不采纳的合理性；Z轴行程

mm

（3）公众对规划实施所产生的环境影响的意见；600

表2

由下表3可知：

在重切削的机床上选用滚柱直线导轨

1.筛选环境影响：

环境影响被筛选为三大类，一类是被剔除、不再作任何评价分析的影响，如内部的、小的以及能被控抑的影响；另一类是需要作定性说明的影响，如那些大的但可能很不确定的影响；最后一类才是那些需要并且能够量化和货币化的影响。

滚动导轨

（二）规划环境影响评价的技术依据和基本内容滚珠导轨

一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用滚柱导轨

（4）列出辨识与分析危险、有害因素的依据，阐述辨识与分析危险、有害因素的过程。

滚针导轨

填报内容包括四个表：

特点

承载能力小、刚度低

较滚珠导轨承载能力和刚度都大

滚针尺寸小、结构紧凑

应用

运动部件的重量轻（一般小于100~200kg）和切削力不大的机床上

载荷较大的机床

导轨尺寸受限制的机床上

表3

由所给条件得,该导轨的额定工作时间为

计算导轨的额定动载荷

，

其中

，

。

代入数据得到：

X方向导轨

；Y方向导轨

；Z方向导轨

。

在网上搜寻到交叉导轨如下图所示

由上图查看得知：

选用满足要求的导轨如下表

导轨型号

行程

滚子数目

单个滚子承受动载荷Ca（KN）

X

MVR-9-1000×50Z

1000

50

4.36

Y

MVR-9-600×30Z

600

30

4.36

Z

MVR-9-600×30Z

600

30

4.36

表4

2.2主轴选型与计算

选用铣削用电主轴，

主轴最高转速

rpm

8000

主轴最大扭距

Nm

48

主轴最大功率（30min）

kW

11

表5

冷却方式为水冷；换刀方式：

手动换刀；电源电压为AC380V；加上表3的各参数选用德国GMN高频CNC铣削、钻削主轴HSP100-51000/5。

各参数如下：

电主轴–手动换刀；

内藏异步电机，液冷前端轴承及定子；

超精密混合陶瓷球轴承；

油气润滑或是脂润滑轴承；

主轴最高转速

rpm

51000

主轴最大扭距

Nm

77

原理示意图如下：

2.3滚珠丝杆计算与选型

各类机床滚珠丝杆副的推荐精度等级

坐标方向

X

Y

Z

数控钻床

B

P

B

数控铣床

B

B

B

注：

P：

普通级；B标准级

计算载荷

查手册知

=1.2,

=1.2,

=1.0

估算额定动载荷计算值Ca

X/Y/Z轴滚珠丝杆型号

DFV04010-4.8公称直径40导程10动额定负荷4372静额定负荷11264

DFV05010-4.8公称直径50导程10动额定负荷4823静额定负荷14080

DFV04010-4.8公称直径40导程10动额定负荷4372静额定负荷11264

丝杆支撑轴承

EF40内径：

d140

BF50内径：

d150

EF40内径：

d140

刚度验算

滚珠丝杠受工作负载P引起的导程

的变化量

Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算

所以

丝杠因受扭矩而引起的导程变化量

很小，可以忽略。

而丝杠允许误差

，故刚度足够。

稳定性验算

由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。

2.4电机计算与选型

快速移动XY轴

mm/min

18000

快速移动Z轴

mm/min

15000

转速估算X轴电机

（L：

移动X轴速度；

表示X轴向滚珠丝杆导程）

Y轴电机

（L：

移动Y轴速度；

表示Y轴向滚珠丝杆导程）

Z轴电机

（L：

移动Z轴速度；

表示Z轴向滚珠丝杆导程）

转矩估算

三相380V永磁同步伺服电动机

伺服电机型号PMSMF18-

额定

额定

瞬间最

额定

瞬间最

转矩

转子转

输出

转矩

大转矩

电流

大电流

常数

动惯量

W

N·m

N·m

A

A

N·m/A

kg·cm2

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

转矩估算

<26.26N·m

故选用PMSMF18-055D型电动机。

2.5位移测量选型

光栅尺

FC-1

SM12小型数字量规

准确度

±5μm

±1μm

分辨率

0.5μm

0.2μm

测量范围

1000mm

600mm

X轴FC-1型光栅尺，Y、Z轴SM12小型数字量规。

2.6数控系统选型

参照现有同类型数控机床选用FANUC0i-TC。

三：

装配图

四：

参考文献

[1]张君安.机电一体化系统设计.西安工业大学

[2]王爱玲，白恩远，赵学良.现代数控机床.国防工业出版社,2001

[3]徐灏.机械设计手册（3）.机械工业出版社,2003

[4]大连理工大学工程图学教研室.高等教育出版社，2007