(整理)X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計說明書06.

1、精品文檔 濱州學(xué)院自動化系 數(shù)控機床課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目： X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計 班級： 08機械三班 姓名: 指導(dǎo)教師： 孫魯青 濱州學(xué)院自動化系 機械設(shè)計制造及其自動化 三班 2011年5月 、總體方案設(shè)計 1.1設(shè)計任務(wù) 題目：X Y數(shù)控工作臺的機電系統(tǒng)設(shè)計 任務(wù)：設(shè)計一種供立式數(shù)控銑床使用的 X Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下： 1）工作臺面尺寸 Cx BX H= 156mM 166mrK 26mm 2）底座外形尺寸 C1X B1X H1= 356mX 356mnX 256mm 3）工作臺加工范圍 X=106mm Y=106mm 4）X、丫方向的脈沖當(dāng)量均為0.005mm脈沖；

2、X、丫方向的定位精度均為土 0.01mm 5）負(fù)載重量 G=230N 6）工作臺空載最快移動速度為 3m/mi n；工作臺進給最快移動速度為1m/mi n。 7）立銑刀的最大直徑 d=20mm 8）立銑刀齒數(shù)Z=3; 9）最大銑削寬度a 20mm ； 10）最大背吃刀量ap = 10mm。 1.2總體方案確定 （1）機械傳動部件的選擇 導(dǎo)軌副的選擇 絲杠螺母副的選擇 減速裝置的選擇 伺服電動機的選擇 檢測裝置的選擇 （2）控制系統(tǒng)的設(shè)計 精品文檔 數(shù)控箱密工作臺 圖1-1系統(tǒng)總體框圖 、機械系統(tǒng)設(shè)計 2.1、導(dǎo)軌上移動部件的重量估算 重量：按重量=體積X材料比重估算（45鋼密度7.85g/立方

3、厘米） 工作臺面尺寸：156mm X 166mrX 26mm 重量：53N 上導(dǎo)軌座（連電機）重量 300N: 夾具及工件重量147N: X-Y工作臺運動部分的總重量G=500N 2.2、銑削力的計算 零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。查表 得立銑刀的銑削力計算公式為： Fc =118a085fZ）75dJ73ap0 n0.10Z 代入上式得：R=118X 200.85 X 0.1 0.75 X 20-0.73 X 101X 300010 X 3N 1595N 其中，每齒進給量fz =0.1mm ,銑刀轉(zhuǎn)速n =300r/min，可直接帶入計算。采 用立銑刀進行圓

4、柱銑削時，各銑削力之間的比值可查表得出，考慮逆銑時的情況， 可估算三個方向的銑削力分別為：Ff = 1.1Fc=1754.5N; Fe =0.38 Fc=606.1N; Ffn =0.25Fc=398.75N。 現(xiàn)考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力 Fz = Fe，受到水平方向的銑削 力分別為縱向銑削力Fx二Ff （絲杠軸線方向），徑向銑削力Fy二Ffn 2.3、直線滾動導(dǎo)軌的參數(shù)確定 、滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選取 本設(shè)計中的X Y工作臺為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤] 最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的 G 最大垂直方向載荷為

5、FmaxF =1720N。 4 其中，移動部件重量為G,外加載荷F二Fz 根據(jù)計算出的工作載荷，初選符合要求的直線滾動導(dǎo)軌副的型號。 根據(jù)任務(wù)規(guī)定工作臺面尺寸，加工范圍及工作臺整體尺寸的要求，選擇導(dǎo)軌的 長度為 、額定壽命的L的校核計算（略） 2.4、滾珠絲杠的設(shè)計計算 滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運動部件的重量所引起的進給抗力。應(yīng)按銑削時 的情況計算。 、最大工作載荷Fm的計算 在立銑時，工作臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行）為Fx，受到橫向 的載荷（與絲杠軸線垂直）為Fy，受到垂直方向的載荷（與工作臺面垂直）為 Fz 0 已知移動部件的總重量G,按矩形導(dǎo)軌進行計算，查表，取傾覆力矩影響系

6、數(shù) K=1.1，滾動導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)亠=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷為： Fm 二 KFx（Fz Fy G） =1.1 X 1754.5+0.005 X （606+399+500） =1938N （2）、最大動載荷Fq的計算 工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=1000mm/min，初選絲杠導(dǎo)程 Ph =5mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速 n =v / Ph=200r/min 取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L。=60nT/105，得絲杠壽命系數(shù) L0 =180 查表，取載荷系數(shù)fW =1.2，滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)fH =1.0，代 入式 Fq =3 L fW f

7、H Fm，求得最大動載荷 Fq=3 180 X 1.2 X 1.0 X 1938=13130N 、初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選擇濟寧博特精密絲杠制 造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型，其額定動載荷為，大于Fq，滿足要求。 表2-1 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 名稱 符號 計算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 d 10 螺距 t 4 接觸角 P 45 鋼球直徑 dq 2 螺紋滾道法面半徑 R R=0.52dq =1.04 偏心距 e e=(R-dq/2)si nB =0.03 螺紋升角 V tr Y =arctg=7.26 螺桿 螺桿外徑 d d =d0 -(0.20.

8、25)dq =9.5 螺桿內(nèi)徑 di d =d0 +2e-2R = 7.98 螺桿接觸直徑 dz dz = d0 -dqcos P =8.59 螺母 螺母螺紋外徑 D D =d -2e + 2R = 12.02 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） Di D1 =d+(0.20.255)dq =10.5 見表2-1 、傳動效率計算 tg tg() tg7.26； tg(7.26；0.2) = 0.973 式中：摩擦角； 絲杠螺紋升角 2.5、步進電機的選用 、步進電機的步距角: 根據(jù)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程R = 5mm，初選步進 電機步距角:=0-75。 、步進電機快速空載啟動時轉(zhuǎn)軸所

9、承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teqi的計算 Teqi = Ta max Tf =15.34N.m 其中Tamax是快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；Tf是移動 部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩。 eq 2 二 Jeqnm 60ta -=2.24N.m n Ji J2 J3M 兀 a 、2 32 =30 x 10 kg.cm 180 丿 式中：Jeq 折算到電機軸上的慣性負(fù)載（kg.cm2）; J0步進電機轉(zhuǎn)軸 的轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm2） ； J1齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm2）; J2齒輪2的轉(zhuǎn)動 慣量（kg.cm2）； J3滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm2）; M移動部件質(zhì)量（kg）

10、。 對材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算 J =0.78 10”D4L kgUcm2 式中：d圓柱零件直徑（cm； l零件長度（cm）o 所以 出=0.78 10 1.74 0.5 =3.26 10 kgUsm2 J2 =0.78 10 2.84 0.5 = 23.9 10“ kgUsm2 J3 =0.78 10- 14 5 =3.9 10- kgjcm2 電機軸轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略。 nm Vmax ：3 0.75 360 p= 360 0.005 =1.25 設(shè)步進電機由靜止到加速至nm所需時間為ta = 0.4s，傳動鏈總效率為=0.7 Tf 叫Fz GM 2二 i =13.1N.

11、m 步進電機最大工作負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2的計算 Teq2 =Tt Tf =44.1N.m Tt是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Tf是移動部件運動時折算到電 動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩。 FfPh Tt- - =31.0N.m 2二 i T- 珂Fz G)R 2- i =13.1N.m Teq =maxTeq1,Teq2 =44.1N.m 、步進電機的最高工作頻率 max 1000Vmax 60 p 1000 3 60 0.005 HZ =10000HZ 查表選用兩個45BF005-U型步進電機。電機的有關(guān)參數(shù)見表 2-2 表2-2 步進電機參數(shù) 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 外形尺寸(mm) 重量 型號 步 距 角 (: 最 大靜 轉(zhuǎn)距 )(NLJcm ) 最咼空 載啟動 頻率 (step/s ) 相 數(shù) 電壓 (V) 電流 (A) 外徑 長度 軸徑 (N) 45BF005- 0. 19.6 3000 3 27 2. 45 58 4 11 n 75 5 2.5、確定齒輪傳動比 因步進電機步距角:=0.75，滾珠絲杠的導(dǎo)程 Ph = 5mm，要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量 p -0.005mm/step，在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動。齒輪傳動比 . 乙 p 360；0.005 36012 i 一 Z2 一 : Fh- 0.75 5 _25 選乙=1