机电一体化系统设计实例修改.ppt

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1、机电一体化系统设计实例6.1卧式车床数控化改造设计6.2数控车床自动回转刀架机电系统设计6.3X-Y数控工作台机电系统设计6.4波轮式全自动洗衣机机电系统设计第三节X-Y数控工作台机电系统设计X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。

2、其外观形式如图6-22所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。图6-22X-Y数控工作台外形3.直线滚动导轨副的计算与选型（1）滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式

3、。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂向载荷为：=F（6-12）其中，移动部件重量G＝800N，外加载荷F=Fz=556N，代入（6-12）式得最大工作载荷PC=756N=0.756kN。查表3-41，根据工作载荷PC=0.756kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷Ca=7.94kN，额定静载荷C0a=9.5kN。任务书规定工作台面尺寸为230mm×230mm，加工范围为250mm×250mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取导

4、轨的长度为520mm。（2）距离额定寿命的计算上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为HRC60，工作温度不超过100℃，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36～表3-40，分别取硬度系数=1.0，温度系数=1.00，接触系数=0.81，精度系数=0.9，载荷系数=1.5，代入式（3-33），得距离寿命：≈6649km远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。4.滚珠丝杠螺母副的计算与选型（1）最大工作载荷Fm的计算如图3-20所示，承受最大铣削力时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴

5、线平行）Fx=1609N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=366N，受到垂向的载荷（与工作台面垂直）Fz=556N。已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷Fm=KFx+μ（Fz+Fy+G）=[1.1×1609+0.005×(556+366+800)]N≈1779N（2）最大动载荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度=400mm/min，初选丝杠导程=5mm，则此时丝杠转速n=v/Ph=80r/

6、min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入L0=60nT/106，得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106r）。查表3-30，取载荷系数fW=1.2，滚道硬度为HRC60时，取硬度系数fH=1.0，代入式（3-23），求得最大动载荷：FQ≈8881N（3）初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-32，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈×1列，精度等级取4级，额定动载荷为9309N，大于FQ，满足要求

7、。（4）传动效率η的计算将公称直径d0=20mm，导程Ph=5mm，代入λ=arctan[Ph/(πd0)]，得丝杠螺旋升角λ=433′。将摩擦角φ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+φ),得传动效率η=96.4%。（5）刚度的验算1）X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式，见书后图6-23。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=500mm；钢的弹性模量＝2.1Mpa；查表3-32，得滚珠直径=3.175mm，丝杠底径=16.2mm，丝杠截面积/4=206.12mm2。

8、忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量δ1=Fma/（ES）=[1779×500/（2.1×206.12）]mm≈0.0205mm。2）根据公式＝()-3,求得单圈