鉆床改裝用數(shù)控XY工作臺設(shè)計(機電一體化課程設(shè)計

1、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目： 鉆床改裝用數(shù)控XY工作臺設(shè)計（200*210mm2）(B) 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 教研室主任： 設(shè)計要求：設(shè)計要求包含以下幾個部分：1、數(shù)控XY工作臺機械部分的設(shè)計計算2、數(shù)控XY工作臺機械部分裝配圖設(shè)計（A1）3、基于運動控制卡的控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計圖（附在說明書中）4、編寫設(shè)計說明書（不少于18頁）目錄摘要-1一、設(shè)計目的-2二、設(shè)計要求-2三、機械部分改裝設(shè)計計算-21、初步確定工作臺的尺寸及其重量-32、傳動系統(tǒng)設(shè)計-33、滾珠絲杠的設(shè)計計算及選擇-44、滾動導(dǎo)軌的計算與選擇-75、步進電動機的計算與選型-106、聯(lián)軸器的選擇-14

2、7、軸承座的選擇-15四、總結(jié)-17五、參考文獻-18鉆床改裝用數(shù)控XY工作臺設(shè)計摘要X-Y數(shù)控工作臺改裝設(shè)計是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單。實現(xiàn)方便并且能夠保證一定的精度。本文主要對工作臺的機械部分進行設(shè)計，對滾珠絲杠，滾動導(dǎo)軌及步進電動機做了設(shè)計計算及選用，并也對軸承座和聯(lián)軸器進行了分析和選擇，另外也利用AutoCAD進行了裝配圖的繪制，對其導(dǎo)軌座的設(shè)計及各零部件的安裝也作了比較詳細的說明。針對滾珠絲杠的計算，通過對滾珠絲杠的動載荷及靜載荷的計算，確定所要絲杠的動靜載荷值，并選擇。針對滾動導(dǎo)軌，分別計算滾動導(dǎo)軌的動載荷及其工作壽命來確定滾動導(dǎo)軌的參數(shù)，并選取。針對步進電動機的選取，我分別作

3、了其轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動力矩的計算，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)作步進電動機的選擇。關(guān)鍵詞：XY工作臺 步進電動機 滾動導(dǎo)軌 滾珠絲杠 一、設(shè)計目的通過設(shè)計一套簡易的數(shù)控XY工作臺，對加深對數(shù)控機床的認識有很大的幫助，同時也了解機電一體化的一些基本知識，并能夠初步掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計方法，對于今后的理論及工作起到打基礎(chǔ)的作用，也能培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和動手能力。二、設(shè)計要求1、改造后的鉆床能夠加工最大面積為200×210的工件，最大工件重量為150。2、數(shù)控XY工作臺要求孔的定位精度在內(nèi)，工作臺快進速度為2m/min，加減速時間為0.2秒。三、機械部分改裝設(shè)計計算機械部分設(shè)計的內(nèi)容包括：滾珠絲杠的設(shè)計計

4、算及選擇、滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算及先擇，步進電動機的設(shè)計計算及先擇，聯(lián)軸器的選擇，軸承座的選擇，并通CAD設(shè)計其導(dǎo)軌座的外形，計算選取適當?shù)某叽?，另外也作了裝配圖，適于所設(shè)計工作臺的安裝。其中各部分的計算及選擇如下所示：計算及說明結(jié)果1、初步確定工作臺的尺寸及其重量 根據(jù)設(shè)計要求，所取的能夠加工的最大面積為200×210，最大工件的重量為150kg。因此我初定工作臺的。工作臺的材料為號鋼，其密度為。（?。┮虼耍?.1、 工作臺（X向托板）1.2、取Y向托板=X向托板 1.3、上導(dǎo)軌座（連電機）重量 初步取導(dǎo)軌座的長，寬為，高為，但導(dǎo)軌座中間有一大空缺，空缺部分大約2807030mm3。因

5、此所以根據(jù)上面所求，得XY工作臺運動部分的總重量為：根據(jù)要求所知，其最大加工工件為，另外，還有絲杠、電機、聯(lián)軸器等，大約3kg，因此：m4=3kg 2、傳動系統(tǒng)設(shè)計2.1、脈沖當量是一個進給指令時工作臺的位移量，應(yīng)該小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度在內(nèi)，因此：由于是聯(lián)軸器傳動，因此它的傳動比為,取絲杠的導(dǎo)程為步距角 取標準0.75。實際的脈沖當量計算及說明G=226.18=0.01=0.75。=0.0104mm3、滾珠絲杠的設(shè)計計算及選擇由于鉆床切削時產(chǎn)生的軸向切削力很小并且工作臺是點位系統(tǒng)，滾珠絲杠運動與靜止時都不受由于切削而引起的軸向阻力，故切削力可忽略不計。因此滾珠絲杠的負荷只有運

6、動部件的重量所引起的摩擦阻力。3.1求絲杠的靜載荷已知其計算公式：式中的KF：載荷系數(shù)，取1.1 KH：硬度系數(shù)，取1.0 KL：精度系數(shù)，取1.0 FM：絲杠工作時的軸向阻力根據(jù)：其中為淬火鋼的摩擦因數(shù)(查數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計P182) 。因此：3.2、確定動載荷及其使用壽命根據(jù)絲杠動載荷公式：式中：額定動載荷 n：絲杠的最高轉(zhuǎn)速 ：使用壽命 FC：靜載荷根據(jù)：式中的絲杠的最高轉(zhuǎn)速，因題目中所給其工作臺快進的速度為，因此其計算為：所以：FM=1.73NFC=1.9NC=35.283.3滾珠絲杠的選取查安裝尺寸根據(jù)動載荷及動載荷和公稱導(dǎo)程值的核對，最后選取的滾珠絲杠的型號為FFB2005-2 ，其

7、公稱直徑為20mm，公稱導(dǎo)程為5mm，動靜載荷分別為6.4KN和12.2KN。計算及說明結(jié)果3.4、滾道半徑、偏心距在上圖中查得，鋼球直徑為3.5mm，絲杠底徑為16.9mm。滾道半徑偏心距3.5、穩(wěn)定性計算 因螺桿較長，所以穩(wěn)定性驗算應(yīng)以下式求臨界載荷： 式中：E：螺桿材料的彈性模量，查材料力學(xué)表2-2，取E=200GPa Ia：螺桿危險截面的軸慣性矩 ：長度系數(shù)，查機電一體化設(shè)計手冊得=1絲杠的有效長度是240mm計算及說明R=1.82mmE=4.95×10-3Ia=4×10-9m4Fcr=7.9×105N>2.54 是安全的3.6、剛度過驗算按最不利的

8、情況考慮，螺紋螺距因愛軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向是一致的，所以 式中：查材料力學(xué)表2-2得，=0.25，所以：每米螺紋度上的螺紋距離彈性變形為 查 滾動螺旋4、滾動導(dǎo)軌的計算與選擇 滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)介紹滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成，如圖：4.1、導(dǎo)軌的型號查機電一體化技術(shù)手冊1卷下冊6篇3章，選用GGB20BA型導(dǎo)軌；表6.3-11，選擇導(dǎo)軌精度等級為4級，每個托板有兩條導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌有兩個滑塊。由于絲杠的直徑為20mm，跟根機電一體化技術(shù)手冊所給的選用方法，選用導(dǎo)軌的規(guī)格為20。查機電一體化技術(shù)手冊表6.3-12和表6.3-13選

9、擇導(dǎo)軌的預(yù)加載荷為普通載荷P=287.5N。導(dǎo)軌是承受力的主要部件，除工件外、工作臺外，還有鉆床的切削力，鉆床的切削力約為100N。4.2、導(dǎo)軌的受力分析A=70，b=80。當機床沒有切削時，當機床在切削時候，當量載荷：查得GGB型號規(guī)格為20的導(dǎo)軌的動載荷為11.6KN。4.3計算導(dǎo)軌的壽命：式中：ft：溫度系數(shù)。查機電一體化技術(shù)手冊表6.3-3，取ft=1fc：接觸系數(shù)。查機電一體化技術(shù)手冊表6.3-4，fc=0.81fw：載荷系數(shù)。查機電一體化技術(shù)手冊表6.3-5，fw=1.2 壽命根據(jù)題目要求所知其壽命要在6年以上，一年300天，一天8小時；假設(shè)每分鐘走6個行程，則所選用的導(dǎo)軌壽命比要

10、求壽命要長，所以合格。=滾動導(dǎo)軌的選擇查我選定的導(dǎo)軌副的型號為GGB20BA，其尺寸見上圖。計算及說明結(jié)果5、電機5.1、負載慣量的計算絲杠的轉(zhuǎn)動慣量工作臺的轉(zhuǎn)去慣量工件的轉(zhuǎn)動慣量5.2、負載轉(zhuǎn)矩的計算快速空程啟動時電機所需力矩；最大切削負載時電機所需力矩；快速進給時電機所需力矩由于電機與絲杠間直接用聯(lián)軸器連接，所以傳動鏈效率取0.9，滾球未加預(yù)緊力時的效率0取0.93；鉆床在X、Y軸進給方向是沒有切削力的，所以沒有切削力矩。空載加速力矩切削加速力矩摩擦力矩附加摩擦力矩 切削力矩 5.5、步進電動機的選擇查http:/www.sunrise-根據(jù)上述分析，最后我選定步距角為0.36度的型號為6

11、0BYG550A的步進電動機，其最大靜轉(zhuǎn)矩為0.6>我所需要的0.22 。其外形結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示：6、聯(lián)軸器的選擇6.1、聯(lián)軸器的介紹 聯(lián)軸器屬于機械能用零誤了件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖，減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。6.2、聯(lián)軸器的選擇 因為上述所選的電機的轉(zhuǎn)動軸的直徑為8mm，因此我所選的聯(lián)軸器為：所選的型號為CS-GH-40C參數(shù)與外型尺寸如上圖所示。7、軸承座的選擇根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑為20mm，因此我先擇的軸承座為：查其外觀

12、圖為：其參數(shù)為：根據(jù)參數(shù)，我所選的型號為EK-15裝配參數(shù)：四、總結(jié)經(jīng)過一個星期時間的課程設(shè)計完成了整個鉆床XY工作臺的機械部分的設(shè)計、計算及選取。在結(jié)構(gòu)上看似簡單，但是真正在著手的時候發(fā)現(xiàn)自己還有很多方面不懂，因此需要努力加強自己的專業(yè)方面的理論知識及實踐能力。本次設(shè)計的主要內(nèi)容包括，滾珠絲杠，滾動導(dǎo)軌及步進電動機的計算及選取和軸承座、聯(lián)軸器的選取。在其計算方面我采用了最常規(guī)的方法，因此對于所設(shè)計的工作臺的實用性有一定的保障。另外在導(dǎo)軌座，工作臺及其配裝的設(shè)計中，加入了自己的一些想法，有所創(chuàng)新，也希望能夠經(jīng)的住實踐的考驗。在設(shè)計中也遇到了一些問題，感謝李冰老師的的精心指導(dǎo)，也感謝數(shù)控三班同學(xué)的指正和幫助。由于本人經(jīng)驗不足，專業(yè)水平有限以及一些不可預(yù)見的因素，所以設(shè)計中也必定會出現(xiàn)一些問題，懇請老師批評指正。五、參考文獻【1】文懷興