二加二维激光加工机机械及控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

二加二维激光加工机机械及控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

，可以有效的减少减速装置的使用与设计，而且还可以满足功率要求。 因此本设计采用交流伺服电动机。 控制系统设计 控制对象的描述 数控激光加工机工作台运动控制主要是工作台在 X， Y， Z 三轴方向的进给运动以及围绕 Z轴的回转运动。 由于设计要求是实 现二维联动而不是同时运动，所以不能用传统的数控工作台的控制系统方式，但是传统控制系统 经过改造，就可以实现要求。 为此我们采用的是由南京华兴数控设备有限公司设计的 21D/21X/31D 液晶显示车床数控系统。 在确定了数控系统之后，我们选择伺服电动机的伺服驱动器，我们选择的是松下的 MinasA4系列 AC伺服驱动器。 选择的原因有很多，具体就不再一一列举了。 总体控制方案的确定 根据上述对控制对象的描述和具体的控制要求，该控制系统可采用同步式模块化控制结构，微机作为中央控制器，实现对 X， Y 轴进给运动的同步控 制，当需要 Z 轴和回转工作台运动的时候则停止微机对另外 2个方向的控制，这样则实现了 2维联动。 该系统的控制框图如下 第二章 具体设计 7 本科生毕业设计说明书 8 第三章 进给传动系统设计 数控伺服进给传动系统的每一个运动都由单独的伺服电动机驱动，传动链大大缩短，传动件大大减少，这极有利于减少传动误差，提高传动精度。 执行件之间的传动比关系，由数控系统（计算机）来保证。 也即是说数控伺服进给传动系统是把彼此相关（复合）的运动分解为简单（外联系）的运动，再由计算机将各个运动复合起来，以形成工件的各种表面，特别是空间曲面。 数控伺服进给 传动系统的精度要求高，响应要求快，故多采用低摩擦、无间隙传动。 对伺服系统的要求 数控机床的伺服系统由各坐标的驱动电机及其控制单元、机械传动部件、执行件和控制反馈环节组成。 伺服系统是数控机床的关键环节，一般有下列要求。 （ 1） 高精度 为了保证加工质量的稳定性、一致性，解决空间复杂曲面零件的加工，对进给系统的定位精度和轮廓加工精度都有比较高的要求。 同时，在速度控制中，要求有高的调速精度，比较强的抗负载扰动能力，即静态和动态精度要求都比较高。 （ 2） 高稳定性 稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能经 短暂的调节过程之后，迅速达到新的或恢复到原来的平稳状态。 （ 3） 高速响应 响应是进给伺服系统动态性能的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 （ 4） 调速范围宽 （ 5） 低速大转矩 伺服驱动电动机的选择 数控机床伺服系统的性能在很大程度上取决于伺服驱动电动机及其驱动技术的发展。 数控机床发展的初期多采用步进电动机，加液压转矩放大器； 70 年代初期流行使用由步进电动机、伺服阀、液压马达组成的电液脉冲马达； 70 年代中后期，开始了永磁式宽调速直流伺服电动机时代；80 年代交流伺服电动机逐渐取代了直流伺服电动机。 第三章 进给传动设计 9 电动机的选择 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。 如需要完整说明书和设计 图纸等 .请联系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套机械毕业设计下载。 该论文已经通过答辩 3 、根据估算的功率选择电机 SZJI 系列交流伺服电动机是我国自行设计研法的产品。 它同 S 系列相比具有体积小，质量小，伺服性好，力能指标高等特点。 在自动控制系统中作执行元件，也可以做驱动元件。 产品按激磁方式分为他激（并激），复激两种。 在这里根据旋转工作台所需的功率选择 110SZ04 型号电机。 其技术数据如下： 电压（ V） 电流（ A） 功率（ W） 转速 （ r/min） 转矩（ N． cm） 允许顺逆转差 （ r/min） 电枢 激磁 电枢 激磁 220 600 3000 120 200 进给系统机械结构设计 数控机床进给系统的机械传动结构，包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条副、蜗轮蜗杆副、齿轮或齿链副及其支承部件等。 数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终坐标位置精度和轮廓精度都与其传动结构的几何精度、传动精度、灵敏度和稳定性密本科生毕业设计说明书 10 切相关。 为此，设计和选用机械传动 结构时，须考虑以下问题。 （ 1） 减少摩擦阻力。 （ 2） 提高传动精度和刚度，消除传动间隙。 进给传动系统的传动精度和刚度，主要取决于丝杠螺母副、及其支承机构的刚度。 在传动链中设置减速齿轮，可以减小脉冲当量，从系统设计的角度来分析，可以提高传动精度。 而加大丝杠直径，以及对丝杠螺母副、支承部件、丝杠本身施加预紧力，是提高传动刚度的有效措施。 传动间隙主要来自传动齿轮副、丝杠螺母副及其支承部件之间，应施加预紧力或采取消除间隙的结构措施。 （ 3） 减小运动惯量。 传动齿轮副设计 为了使丝杠、工作台的惯量在系统中占有较小的比重；同时 也为使高转速低转矩的伺服驱动装置的输出变为低转速大转矩，因而在所设计的进给系统中应用了齿轮减速装置。 A. 设计传动齿轮副时考虑的问题 除了考虑应满足强度要求之外，还考虑了其速度分配及传动级数对传动件的转动惯量和执行件的失动的影响。 综合考虑之后，具体设计出齿轮减速装置为一级减速，传动比为 1： 2，齿轮模数 3m ，齿数分别为40,20 87  zz。 B. 消除传动齿轮间隙的措施 由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成进给运动的 位移值滞后 于指令值；反向时，会出现方向死区，影响加工精度。 在闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量虽可得到补偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。 所以，在设计中加入了消除间隙的措施。 通常，消除间隙的方法有下列几种。 1)刚性调整法。 刚性调整法调整后齿侧间隙不能自动补偿，常用方法有偏心轴调整法和轴向垫片调整法 2)柔性调整法 柔性调整法在调整之后齿侧间隙仍可自动补偿，这种方法一般都采用调整压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，并在齿轮的齿厚和周节有变化的情况下，也能保持无间隙啮合，但这种结构较复杂。 主要方法有轴向压簧调整法和 周向弹簧调整法两种。 这里选用了周向弹簧调整法。 详见床鞍装配图。 丝杠螺母副设计 在数控机床的进给运动链中，需要将旋转运动转换为直线运动，可选第三章 进给传动设计 11 用的方法很多，比如齿轮赤条副、丝杠螺母副等。 这里选用了滚珠丝杠螺母副。 它具有如下特点。 a)摩擦损失小，传动效率高，可达 ~。 b)丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度。 c)摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象。 磨损小、寿命长、精度保持性好。 d)不能自锁，有可逆性，即能将旋转 运动转化为直线运动，又能将直线运动转化为旋转运动。 常用的循环方式有两种。 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的为内循环。 本设计选用了外循环结构。 预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。 1）调整垫片预紧法。 这种结构简单可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。 2）调整螺母预紧法。 这种结构既紧凑，工作又可靠，调整也方便。 只是预紧力不能准确控制。 3）齿差式调 整机构。 调整准确可靠，精度较高，但结构复杂，制造较困难。 本设计选用了调整螺母预紧法。 导轨设计 1..对导轨的基本要求 机床上的运动部件都是沿着其导轨而运动的，导轨的功用概括为起导向和支承作用。 因此，导轨的制造精度及其精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。 导轨设计时须考虑以下问题。 1）有一定的导向精度。 2）有良好的精度保持性。 精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度，数控机床的精度保持性要求比较高。 3）有足够的刚度。 导轨的刚度主要决定于导轨类型、结构形式和尺寸大小、导轨与床身的连接方式， 导轨材料和表面加工质量等。 数控机床常采用加大导轨截面积的尺寸，或在主导轨外添加辅助导轨来提高刚度。 4）有良好的摩擦特性。 导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，便于检验、调整和维修，而且须有合理的导轨防护和润滑措施。 ，设计时一般要求如下： 1）调整方便，保证刚度，接触良好。 2）镶条应放在受力较小的一侧。 本科生毕业设计说明书 12 3）选择燕尾导轨的镶条时，应考虑部件的装配方式，要便于装配。 C. 导轨材料的要求和匹配 导轨副应尽量由不同材料组成，如果选用相同材料也应采用不同的热处理或不同的硬度。 通常，动导轨（短导轨）用较软耐磨性低的材料，固定导轨（长导轨）用较硬和耐磨材料制造。 由于本产品的加工范围较小，工作台的工作范围为 400*400mm，因此，从经济性的角度来考虑不易采用直线导轨，因此我选择了直线轴承。 直线轴承的选取由于目前资料中的直线轴承与现有产品差距很大，在此不做介绍，选取是根据其他部件在网站选取。 第四章 设计计算部分 13 第四章 设计计算部分 带传动设计 已知，电动机额定功率 P =600 w ，计算转速 min/600rn j  ,传动比2i ，二班制工作。 1）确定设计功率 dP PKP Ad  查得 AK wPd 7 2。