鉆床數(shù)控改裝用數(shù)控X、Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)題目：鉆床數(shù)控改裝用數(shù)控X、Y工作臺(tái)設(shè)計(jì) 姓名： 院別： 機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)： 機(jī)自Y116 學(xué)號(hào)： 201100104067 指導(dǎo)老師： 目 錄一、設(shè)計(jì)目的.1二、設(shè)計(jì)要求.1三、設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟.1 （一）總體設(shè)計(jì)方案.1 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求 待改裝鉆床型號(hào)的確定 控制方式的確定 伺服系統(tǒng)的確定 工作臺(tái)參數(shù)的初步選定 導(dǎo)軌的選型思路 滾珠絲杠選型思路 絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路 支承座材料的選取 軸承類型的選取思路 （二）機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算.4 確定工作臺(tái)的尺寸及其重量 滾珠絲杠參數(shù)計(jì)算與選型 支承座參數(shù)設(shè)計(jì) 滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)計(jì)算與選型 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)計(jì)算與選型

2、 聯(lián)軸器的選擇四、設(shè)計(jì)總結(jié).19五、參考文獻(xiàn).19一、設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易數(shù)控XY工作臺(tái)，固定在某一鉆床的工作臺(tái)上， XY工作臺(tái)的位置控制采用步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，通過上述方案將該普通鉆床改裝成簡(jiǎn)易的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床。二、設(shè)計(jì)要求1、改造后的鉆床能夠加工最大面積為220290mm2的工件，最大工件重200kg。2、數(shù)控XY工作臺(tái)要求孔的定位精度在0.02mm內(nèi)，工作臺(tái)快進(jìn)速度為3.6m/min，加減速時(shí)間為0.1秒。注：A和B的推薦取值范圍為180-300mm。三、設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 （一）總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求 （1）具有高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和良好的抗振性能； （2）具有較高的幾何精度、傳動(dòng)

3、精度、定位精度和熱穩(wěn)定性； （3）具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件； 待改裝鉆床型號(hào)的確定 Z4032控制方式的確定控制方式按運(yùn)動(dòng)軌跡分類，可分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制三種。點(diǎn)位控制的特點(diǎn)是只控制刀具相對(duì)于工件定位點(diǎn)的位置精度，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，在移動(dòng)過程中刀具不進(jìn)行切削；直線控制的特點(diǎn)是除了控制起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置外，而且要求刀具由一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，并能控制位移的速度；輪廓控制的特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸方向同時(shí)進(jìn)行連續(xù)控制，并能夠?qū)ξ灰坪退俣冗M(jìn)行嚴(yán)格地、不斷地控制。因子控鉆床上刀具在移動(dòng)過程中沒有進(jìn)行切削，故采用點(diǎn)位控制。伺服系統(tǒng)的確定伺服系統(tǒng)有

4、開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。因要求將普通鉆床改裝成簡(jiǎn)易的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床，考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，所以采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。XY工作臺(tái)系統(tǒng)總體框圖如下圖所示： 工作臺(tái)參數(shù)的初步選定 初步確定工作臺(tái)面積參數(shù)為：300mm350mm 。導(dǎo)軌的選型思路 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。滾珠絲杠選型思路為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路因電動(dòng)機(jī)經(jīng)過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接,進(jìn)給傳動(dòng)系

5、統(tǒng)的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度較高，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以絲桿和電機(jī)連接零件采用聯(lián)軸器連接。支承座材料的選取 初選支承座材料為灰鑄鐵HT150，因其耐磨耐腐蝕，剛度高，抗震性好。軸承類型的選取思路初步設(shè)計(jì)滾珠絲杠的支承的安裝采用固定游動(dòng)式，軸承主要承受軸向載荷，所以固定端選用兩個(gè)角接觸球軸承，支持端選用深溝球軸承。設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果（二）機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算確定工作臺(tái)的尺寸及其重量根據(jù)設(shè)計(jì)要求，加工的工件的最大面積為220mm290mm,初定工作臺(tái)尺寸為300mm350mm40mm?？紤]到加工時(shí)工作臺(tái)受到?jīng)_擊和振動(dòng)，選工作臺(tái)材料為灰鑄鐵HT150，密度為，?。９ぷ髋_(tái)的質(zhì)量為： X向拖板(上拖板)與Y

6、向拖板(下拖板)所選材料為HT150，尺寸為: 上、下拖板總質(zhì)量為： 初步取導(dǎo)軌座的長(zhǎng)為500mm,寬為300mm，高為30mm，材料為HT150，則 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為: 考慮到夾具、電動(dòng)機(jī)等其他因素，取滾珠絲杠參數(shù)計(jì)算與選型 初選絲杠材質(zhì)：CrMnTi鋼，HRC5662，導(dǎo)程：（1）求出螺旋傳動(dòng)的計(jì)算載荷 -為載荷系數(shù)，無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)：1.0-1.2一般沖擊：1.2-1.5；有沖擊和振動(dòng)：1.5-2.5 ?？梢匀?.5； -為硬度系數(shù)，滾道硬度HRC58：1.0；滾道硬度HRC55：1.11滾道硬度HRC50：1.56；滾道硬度HRC45：2.4；滾道硬度HRC

7、40：3.85，可以取1.0； -為精度系數(shù)，精度等級(jí)C、D：1.0；精度等級(jí)E、F：1.1精度等級(jí)G：1.25；精度等級(jí)H：1.43，可以取1.0； -為絲杠工作時(shí)的軸向壓力， 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 （為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，取0.004，為最下面的絲杠以上的所有質(zhì)量）所以： （2）額定動(dòng)載荷及壽命計(jì)算初步確定滾珠絲桿的規(guī)格型號(hào)。選擇的滾珠絲桿副的額定動(dòng)載荷,必須大于其計(jì)算值： -額定動(dòng)載荷（N）；-螺桿的平均轉(zhuǎn)速，取100r/min -運(yùn)轉(zhuǎn)壽命（h）；-螺旋傳動(dòng)的計(jì)算載荷（N）假設(shè)滾動(dòng)絲桿能工作6年，每年365天，每天工作8小時(shí)，則 根據(jù)原則： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 選滾珠絲杠的規(guī)格型號(hào)為：SFU1

8、605-4，其公稱直徑為16mm，導(dǎo)程為5mm，動(dòng)靜載荷分別為780N和1790N。設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)計(jì)算與選型（1）計(jì)算導(dǎo)軌的工作壽命，要求壽命不低于5年； 設(shè)一天工作8小時(shí)，一年365天，工作6年，則 （2）計(jì)算導(dǎo)軌行程長(zhǎng)度壽命， 其中，單向行程（取0.4m），為每分鐘往復(fù)次數(shù)（取5次/分鐘） （3）計(jì)算導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷因鉆床的切削力大概是工作臺(tái)重的1-1.2倍，所以 設(shè)每根導(dǎo)軌上有2塊滑塊，每個(gè)滑座承受的工作載荷為,則 可由求得： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 根據(jù)額定動(dòng)載荷確定滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號(hào)及結(jié)構(gòu)尺寸 選擇四向等載荷KL標(biāo)準(zhǔn)型滑塊及滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，其參數(shù)如下：根據(jù)原則，選取LG15K

9、L型號(hào)的導(dǎo)軌步進(jìn)電機(jī)參數(shù)計(jì)算與選型由機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量及步距角： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 脈沖當(dāng)量是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的定位精度，由于定位精度為0.02mm,因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。則步距角為： （1） 電機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 其中,為絲杠密度取,為絲杠的等效直徑（m），為絲杠長(zhǎng)度（m）。 則 ： 工作臺(tái)、工件、夾具、支承座等等折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 其中，為總的質(zhì)量，為絲杠導(dǎo)程。 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的場(chǎng)合，可忽略不計(jì)。所以： （2） 電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 空載啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩： 其中，為電機(jī)加

10、減速時(shí)間，為絲杠導(dǎo)程，為工作臺(tái)快進(jìn)速度, 為傳動(dòng)比 則： 電機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩（工作臺(tái)及工件重量引起） 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 為伺服傳動(dòng)鏈的總效率，可取0.8 ，則 因絲杠副預(yù)緊力引起的電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩設(shè)預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，則 為滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率（取0.9），則 空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩： 所選取的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩需滿足： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果由上表可選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為：90BYG5501其外形及參數(shù)如下： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)，必須同時(shí)滿足轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求，即應(yīng)進(jìn)行慣量匹配驗(yàn)算： （為所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量） 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 最大靜

11、轉(zhuǎn)矩： 步進(jìn)電機(jī)的最大運(yùn)行頻率f滿足： 所以，所選的型號(hào)為90BYG5501的步進(jìn)電機(jī)合適。支承座參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)滾珠絲杠的支承的安裝采用固定支承式，即一端角接觸球軸承，另一端裝深溝球軸承。如下圖所示： 根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑為16mm，因此我選擇固定端的軸承內(nèi)徑為12mm，支持端的軸承內(nèi)徑為12mm。因?yàn)榘惭b采用一端固定一端游動(dòng)的方式，考慮到固定端是主要受力端，主要承受軸向力，同時(shí)也承受輕微的徑向力，所選用7201角接觸球軸承成對(duì)對(duì)稱安裝，支承端選用6201深溝球軸承，考慮到防塵問題，所以選用兩面帶防塵蓋型的軸承。設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果角接觸球軸承深溝球軸承 因此，固定端支承座與軸承裝配的尺寸為3

12、2mm，支承端支承座與軸承的搭配尺寸為32mm。固定端軸承座外形如下圖： 設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果支承端軸承座外形如下圖： 聯(lián)軸器的選擇 GH1螺紋線聯(lián)軸器重量輕體積小.高強(qiáng)度鋁合金材料.陽(yáng)極氧化處理.具有抗油污耐腐蝕功能.可吸收振動(dòng).補(bǔ)償徑向.角度偏差和零回轉(zhuǎn)間隙.適用于馬達(dá).編碼器.絲桿傳動(dòng).機(jī)床平臺(tái).微電機(jī)等精密產(chǎn)業(yè)機(jī)械。 21設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的主軸直徑為14mm，滾珠絲杠前端直徑為12mm，聯(lián)軸器可選的型號(hào)為：GH1-32-1412，其外徑為32mm。 四、設(shè)計(jì)總結(jié)5、 參考文獻(xiàn)（1）.濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社，2006（2）.吳宗澤，高志，羅圣國(guó)，李威.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)