1、 机电一体化系统设计基础机电一体化系统设计基础 课程设计报告课程设计报告 专专 业：业： 机械电子工程机械电子工程 班班 级：级： 机电机电 0912 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 2013 年年 1 月月 18 日日 1 目录目录 第一节 绪论 2 1.1 课程设计目的意义 . 2 1.2 课程设计任务描述 . 2 1.3 数控铣床的性能指标设计要求 2 第二节 总体方案设计 3 2.1 主轴驱动系统设计方案 3 2.2 X/Y/Z 轴控制系统方案设计 3 2.3 电气系统设计方案 . 3 第三节 传动系统设计 4 3.1 主轴传动系统的设计 4 3.1.1 主轴电机
2、选择. 4 3.1.2 变频器的选择. 4 3.1.3 主轴传动系统设计 4 3.2 伺服驱动系统设计 . 4 3.2.1 伺服传动机构设计 4 3.2.2 伺服电机选择. 5 3.2.3 滚珠丝杠的选择 5 3.2.4 滚珠丝杠支承的选择 6 3.3 设计验算校核 7 3.3.1 惯量匹配验算. 7 3.3.2 伺服电机负载能力校验. 7 3.3.3 系统的刚度计算 . 8 3.3.4 固有频率计算. 9 3.3.5 死区误差计算. 9 3.3.6 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 4.1 电路图设计 .11 4.2 主要电路图说明 11 第五节 心得体会
3、 12 参考文献 14 附录 15 附录一、主要电子器件清单. 15 附录二、主要电路图 . 16 2 第一节第一节 绪论绪论 1.1 课程设计目的意义课程设计目的意义 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
4、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 Fanuc OI MATE MC。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。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数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：60018000 （rpm
5、） （2）主轴电机功率：20/24 kw （3）X/Y/Z 轴快速进给速度：30/30/30 m/min X/Y/Z 轴切削进给速度：1-1000 0mm/min （4）系统分辨率：0.008 mm,重复精度:0.03 mm。 3 第二节第二节 总体方案设计总体方案设计 2.1 主轴驱动系统设计方案主轴驱动系统设计方案 （1）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、运动精度要求，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
6、频器的电气控制线路图； 2.2 X/Y/Z 轴控制系统方案设计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， （FANUC Series oi-TC 系列的作为参考） ，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 Fanuc OI MATE MC。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
