机电一体化课程设计报告

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1、机电一体化系统设计基础课程设计报告专业：机械电子工程班级：机电0811学号：2008716022姓名：陈智建指导教师：刘云、柯江岩2012年1月13日16目录第一节绪论31.1课程设计目的意义31.2课程设计任务描述31.3数控铣床的性能指标设计要求3第二节总体方案设计42.1主轴驱动系统设计方案42.2X/Y/Z轴控制系统方案设计42.3电气系统设计方案4第三节传动系统设计53.1主轴传动系统的设计53.1.1主轴电机选择53.1.2变频器的选择53.1.3主轴传动系统设计53.2伺服驱动系统设计53.2.1伺服传动

2、机构设计53.2.2伺服电机选择63.2.3滚珠丝杠的选择63.2.4滚珠丝杠支承的选择73.3设计验算校核73.3.1惯量匹配验算73.3.2伺服电机负载能力校验83.3.3系统的刚度计算93.3.4固有频率计算93.3.5死区误差计算103.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算10第四节电气系统设计11第五节总结12参考文献13附：6张系统框图和元器件图16第一节绪论1.1课程设计目的意义机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设

3、计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。1.2课程设计任务描述本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用FanucOIMATEMC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和

4、一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。1.3数控铣床的性能指标设计要求（1）主轴的转速范围：1000—24000（rpm）（2）主轴电机功率：30/37kw（3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000mm/min（4）系统分辨率：0.0005mm,重复精度0.02mm。16第二节总体方案设计2.1主轴驱动系统设计方案（1

5、）根据主轴功率，主轴转速范围，选择主轴电机（2）根据电机转速与主轴转速，设计主轴传动链，选择传动级数，每级传动比，各级齿轮齿数；（3）根据选定的主轴电机功率、转速范围，选择变频器型号，（三菱FRS-520SE-0.4-CH变频器作为参考），并设计变频器的电气控制线路图；2.2X/Y/Z轴控制系统方案设计（1）根据各个轴的功率，调速范围，运动精度要求，设计X/Y/Z轴传动链，选择传动级数，每级传动比；（2）根据各个轴的功率，调速范围，运动精度要求，选择伺服驱动器和交流伺服电动机型号，（FANUCSeriesoi-TC系列

6、的作为参考），设计伺服驱动器的电气控制线路；（3）根据导程与载荷选择滚珠丝杠型号，并确定其支承方式；（4）根据选定驱动器的型号和电动机的参数，机械运动部件的参数，进行惯量匹配验算，电动机负载能力的校核，各轴的刚度校核，固有频率计算，死区误差计算，由刚度变化引起的定位误差计算。2.3电气系统设计方案电气系统的设计参照已有数控铣床电气系统的电路及其连接方式。数控系统规定选用FanucOIMATEMC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。在该设计中，要求3轴

7、伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。所选用的驱动器和电机之间电器接口要相互匹配，16第三节传动系统设计3.1主轴传动系统的设计3.1.1主轴电机选择根据主轴电机功率要求，查询机械设计手册[3]后选择三相异步交流电动机，型号为JO2-72-2，其具体参数为：额定功率P=30kW,额定转速3000rpm，额定电流56A，效率η=89.5%,功率因素为0.91。3.1.2变频器的选择根据选定的三相交流异步电机参数，查询参考文献[5]选择变频器型号为三菱FR-V540-30K，其具体参数为：适用电机功率：30

8、kw；额定容量：43.8kVA；额定电流：126.5A；调速范围:0~3600rpm；控制方式：闭环矢量控制；调速比：1:1500；速度响应频率：800rad/s3.1.3主轴传动系统设计主轴最高转速为24000rpm,故传动比i=24000/3000=8，按最小惯量条件，从图5-33、5-34[1]查得主轴传动机构应采用2级传动