數(shù)控x-y工作臺課程設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)控機床》課程設(shè)計說明書</p><p>　　設(shè)計題目： </p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、 </p><p><b>　　2013年1月9日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計目的……………………………………………………………2</p><p>　　設(shè)計要求……………………………………………………………2</p>

3、<p>　　設(shè)計內(nèi)容和步驟…………………………………………………2</p><p>　?。ㄒ唬┛傮w設(shè)計方案………………………………....................…2</p><p>　?、僭O(shè)計機構(gòu)的性能要求 ………………………………..……..2</p><p>　?、诖难b鉆床型號的確定…………………………………..…2</p>

4、<p>　?、劭刂品绞降拇_定…………………………………………..…3</p><p>　?、芩欧到y(tǒng)的確定………………………………………..……4</p><p>　　⑤工作臺參數(shù)的初步選定………………………………..……4</p><p>　?、迣?dǎo)軌的選型思路………………………………………..……4</p><p>　?、邼L珠絲

5、杠選型思路………………………………………..…4</p><p>　　⑧絲杠和電機連接零件的選取思路……………….……….…5</p><p>　?、嶂С凶牧系倪x取………………………………………..…5</p><p>　?、廨S承類型的選取思路……………………………………..…5</p><p>　　（二）機械部分改裝設(shè)計與計算…………..

6、…………………5</p><p>　　①確定工作臺的尺寸及其重量…………………………...……5</p><p>　?、跐L珠絲杠參數(shù)計算與選型…………………….………..……6</p><p>　?、蹪L動導(dǎo)軌參數(shù)計算與選型……………………………..……10</p><p>　?、懿竭M(jìn)電機參數(shù)計算與選型……………………………..……12<

7、/p><p>　?、萋?lián)軸器的選擇…………………………………………..……15</p><p>　?、拗С凶鶇?shù)設(shè)計 ………………………………………..…..17 </p><p>　?、咻S承型號的選取………………………………………......…19</p><p>　　設(shè)計總結(jié)…………………………………………………….….......22<

8、;/p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………….…...23</p><p><b>　　設(shè)計目的</b></p><p>　　通過本次設(shè)計，使我們?nèi)娴?、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本內(nèi)容和基本知識，初步掌握數(shù)控機床的設(shè)計方法，并學(xué)會運用手冊標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料。同時培養(yǎng)我們的創(chuàng)新意識、工程意識和動手能力。</p>

9、<p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　1、改造后的鉆床能夠加工最大面積為200×250，最大工件重量為200kg。</p><p>　　2、數(shù)控XY工作臺要求孔的定位精度在±0.02mm內(nèi)，工作臺快進(jìn)速度為3.6m/min，加減速時間為：0.1秒。</p><p>　　三、設(shè)計的內(nèi)容和步驟&l

10、t;/p><p><b>　?。ㄒ唬┛傮w設(shè)計方案</b></p><p>　　①設(shè)計機構(gòu)的性能要求:</p><p>　　設(shè)計機構(gòu)的性能要求有兩個方面：a、是在靜態(tài)性能方面：工作臺達(dá)到一定的幾何精度、定位精度以及重復(fù)定位精度，同時也要滿足相應(yīng)的剛度和強度要求。b 是在動態(tài)性能方面：工作臺要滿足速度和加速特性以及工作的穩(wěn)定性等。</p>

11、<p>　?、诖难b鉆床型號的確定:</p><p>　　因為改造后的鉆床能夠加工最大面積為200×250，在預(yù)</p><p>　　裝夾具的尺寸后，工作臺的尺寸應(yīng)該設(shè)計為270×310。根據(jù)改裝后這個工作臺的尺寸鉆床Z4032剛好符合，如圖（一）所示：</p><p>　　圖（一）鉆床Z4032</p><p&g

12、t;　　查得鉆床的資料如表（一）所示：</p><p>　　表（一）鉆床Z4032的參數(shù)</p><p><b>　?、劭刂品绞降拇_定：</b></p><p>　　因為X、Y工作臺的位置控制采用步進(jìn)電機數(shù)控系統(tǒng)，由于工件相對刀具移動的過程中不進(jìn)行鉆削，故采用點位控制系統(tǒng)，要求是快速定位，保證定位精度。定位方式采用增量坐標(biāo)方式。</p&g

13、t;<p><b>　?、芩欧到y(tǒng)的確定：</b></p><p>　　數(shù)控XY工作臺要求孔的定位精度在±0.02mm內(nèi)，定位精度要求不高，故選擇開環(huán)伺服控制系統(tǒng)可以滿足要求。因為開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，不存在位置檢測和反饋控制，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試和維修方便、成本低。</p><p>　?、莨ぷ髋_參數(shù)的初步確定：</p><p>

14、　　改裝后的鉆床工作臺能夠加工最大面積為200mm×250mm的工件，所以在預(yù)留安裝夾具的尺寸后，工作臺應(yīng)該設(shè)計為270×320mm，考慮到工件的最大重量為200kg，為了保證工作臺的剛度和強度，選取工作臺厚度為25mm.估算工作臺的尺寸為320mm×270mm×25mm。</p><p><b>　?、迣?dǎo)軌的選項思路：</b></p>

15、<p>　　選擇的導(dǎo)軌應(yīng)該具有摩擦系數(shù)小，動摩擦系數(shù)接近，不產(chǎn)生爬行現(xiàn)行現(xiàn)象，承載能力和剛度好等特點，考慮到精度不高的導(dǎo)軌成本相差不多。所以選擇直線滾動導(dǎo)軌副。它具有動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度，能實現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。</p><p>　　⑦滾珠絲杠選型思路：</p><p>　　滾珠絲杠具有：傳遞效率高、摩擦系數(shù)小、運動平穩(wěn)、

16、靈敏度高、無爬行現(xiàn)象等優(yōu)點?？紤]到工作臺用于數(shù)控鉆床，要求加工精度比較好，低速運動平穩(wěn)，所以我選滾動絲杠螺母副，并采用外循環(huán)方式。因為這種循環(huán)方式結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，承載能力強，成本低等優(yōu)點。</p><p>　　⑧絲杠和電機連接零件的選取思路：</p><p>　　因為由于要求設(shè)計的工作臺屬于輕載型工作臺，工作臺上的負(fù)載折算到電機上的轉(zhuǎn)動慣量不是很大，所以電機與絲杠的連接用聯(lián)軸器就可以滿

17、足要求。這樣大大簡化了主軸的結(jié)構(gòu)，縮短傳動鏈，提高了傳動精度，同時有效地提高了主軸部件的剛度。 </p><p>　?、嶂С凶牧系倪x?。?lt;/p><p>　　選軸承鋼GCr15做為支承座材料，其具有高的耐磨性、低的摩擦系數(shù)、良好的尺寸穩(wěn)定性，良好的防銹功能、切削加工性良好等優(yōu)點。</p><p>　?、廨S承類型的選取思路：</p><p>

18、　　由于絲杠主要受軸向力的作用，為了保證其較高轉(zhuǎn)速，較高精度,采用一端固定，一端鉸支的支持方式，可選用“前支承采用角接觸球軸承，后支承采用深溝球軸承”。這樣既保證了軸向載荷和徑向載荷。</p><p>　　機械部分改裝設(shè)計與計算</p><p>　　①確定工作臺的尺寸及其重量</p><p>　　在鉆床能夠加工最大面積參數(shù)中，選擇鉆床夠加工最大面積為200mm

19、15;250mm，考慮加工的時候要用夾具夾緊工件，每邊留出裝夾具的尺寸為35mm，最后確定工作臺尺寸為270mm×320mm。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)JB/T7974-1999，工作臺工作硬度應(yīng)為170~220HB，查閱《機械設(shè)計手冊》，選灰鑄鐵HT200做為工作臺的材料，壁厚20~30mm，取中間值25mm，其優(yōu)點是強度、耐磨性、耐熱性均較好，減震性也良好；鑄造性能較好，需進(jìn)行時效處理。其密度是7.2×10kg/m～，取中間值

20、，即為由此可以計算工作臺的重量為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　本設(shè)計校核中總是考慮最危險的工況，因為工作臺上下兩軸的傳動裝置相同。由于下層傳動裝置受到的載荷比上層大很多。所以以下方的滾珠絲杠為對象進(jìn)行計算。除了上層工作臺外，還應(yīng)考慮支承座、軸承、軸承座、聯(lián)軸器、電機、最大工件質(zhì)量200kg，以及夾具質(zhì)量等部件后，估算工作臺的總質(zhì)量。&

21、lt;/p><p>　?、跐L珠絲杠參數(shù)計算及選型：</p><p>　　a、求出螺旋傳動的計算載荷Fc：</p><p>　　其中----為載荷系數(shù)，無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)：1.0—1.2; 一般沖擊：1.2—1.5；有沖擊和振動：1.5---2.5。</p><p>　　由于鉆床加工時為連續(xù)動作，故我選=1.3。</p><p>

22、;　　---為硬度系數(shù)，滾道硬度HRC≥58 ：1.0 ； 滾道硬度HRC≥55 ：1.11；滾道硬度HRC≥50 ：1.56；滾道硬度HRC≥45 ：2.4；滾道硬度≥40 ：3.85；</p><p>　　根據(jù)國標(biāo)JB/T 54826-1999得滾道絲杠的硬度應(yīng)達(dá)58~63HRC，即滾道硬度HRC≥58。由于滾道的硬度跟絲杠相近，所以我選=1.0。</p><p>　　為精度系

23、數(shù)，精度等級C、D : 1.0；精度等級E、F：1.1，</p><p>　　精度等級G：1.25；精度等級H：1.43。</p><p>　　因為滾珠絲杠螺母副精度等級的選擇： 普通精度的數(shù)控機床可選用D級精度，精密型數(shù)控機床選用C級。</p><p><b>　　所以選擇=1.0</b></p><p>　　---為

24、絲杠工作時的軸向壓力。</p><p>　　µ為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。為最下面的絲杠以上的所有重量。</p><p>　　取摩擦系數(shù)µ=0.05。</p><p>　　所以=260×9.8×0.003=7.644 N。</p><p>　　=1.3×1.0×1.0×7.644=9

25、.94 N</p><p>　　b、額定動載荷及壽命計算：</p><p><b>　　確定絲杠使用壽命：</b></p><p>　　假設(shè)滾動絲杠能工作6年，每年為300天,每天工作10小時</p><p>　　則滾珠絲杠的運轉(zhuǎn)壽命=6×10×300=18000 h</p><p

26、>　　取滾珠絲杠的中間轉(zhuǎn)速=100r/min</p><p><b>　　則</b></p><p>　　根據(jù)選擇滾珠絲杠螺母副，按滾珠絲杠副的額定運動載荷等于或大于的原則，在網(wǎng)上查得滾動導(dǎo)軌副參數(shù)如表（二）所示：</p><p>　　表（二）滾珠絲杠螺母副</p><p>　　根據(jù)表（二），考慮到各種因素，選用的

27、外循環(huán)墊片調(diào)隙式雙螺母</p><p>　　滾珠絲杠副，型號是WD2504-32/DL-400500，其參數(shù)如下：</p><p>　　表(三) WD2504-3x2參數(shù)</p><p>　　查閱《機械設(shè)計手冊》，根據(jù)圖（二）所示滾珠絲杠軸端選擇I型的頭部形式</p><p>　　圖（二） 滾珠絲杠軸端頭部形式</p><

28、p>　　表（四）滾珠絲杠螺母副軸端參數(shù)</p><p>　　表（五） 滾珠絲杠螺母副鉸支軸端參數(shù)</p><p>　　由表（四）表（五）得出軸端直徑同樣是17mm。</p><p>　?、蹪L動導(dǎo)軌參數(shù)計算與選型：</p><p>　?。ㄒ唬┯嬎銓?dǎo)軌的工作壽命T，要求不低于6年。</p><p>　　假設(shè)每天工作1

29、0小時，每年300天，使用6年，則：</p><p>　　=10×300×6=18000 h</p><p>　?。ǘ┯嬎銓?dǎo)軌行程長度壽命</p><p>　　其中為單向行程，n為每分鐘往返次數(shù)（可取4-6次/分鐘）</p><p>　　取=0.2 m，n=5，所以=2×18000×0.2×

30、5×60/1000=2160 km</p><p>　　（三）計算導(dǎo)軌的額定動載荷</p><p>　　因為導(dǎo)軌采用四個滑塊，每根導(dǎo)軌上使用2個滑塊，已知作用導(dǎo)軌副上的壓力</p><p>　　則每個滑座承受的工作載荷</p><p><b>　　根據(jù)公式 ，得：</b></p><p>

31、;　　根據(jù)額定動載荷確定滾動導(dǎo)軌的型號和結(jié)構(gòu)尺寸，從網(wǎng)址上查得：</p><p>　　表（五）直線滾動導(dǎo)軌副參數(shù)</p><p>　　其中EGH15SA型號的導(dǎo)軌的=5.35KN,能滿足6年的使用要求，所以選用EGH15SA型號的滾動直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的長度取500mm，其參數(shù)如表（六）所示：</p><p>　　表（六） EGH15SA參數(shù)</p>&l

32、t;p>　?、懿竭M(jìn)電機的參數(shù)計算與選型：</p><p>　　由機床精度要求確定脈沖當(dāng)量</p><p>　　因為孔的定位精度為±0.02mm， 設(shè)電機的脈沖當(dāng)量為0.01，</p><p>　　因為用聯(lián)軸器連接電機主軸和絲桿，所以傳動比=1，所選的絲桿基本導(dǎo)程=4mm，由公式得：</p><p><b>　　電動機

33、的步距角</b></p><p>　?。ǘ┯嬎汶姍C軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量——=++</p><p>　　a 絲桿的轉(zhuǎn)動慣量 （kg·）</p><p>　　其中：為絲杠密度，取，d為絲桿的等效直徑，為絲杠的長度。</p><p>　　由所選絲杠的型號得，d=25mm=2.5×m，l=400mm=0.4m<

34、;/p><p>　　所以絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p><b>　　=kg· </b></p><p>　　b工作臺、工件、夾具、支承座等折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　c 電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小的場合，可忽略不計。</p><p>　　所以電機軸上的總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量&

35、lt;/p><p><b>　　=+=</b></p><p><b>　　= kg·</b></p><p>　?。ㄈ╇姍C軸轉(zhuǎn)矩的計算：</p><p>　　a 空載啟動時，電動機軸上的慣性轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　N·m</b&

36、gt;</p><p>　　其中：為電機加減速時間（0.1s）；為絲杠導(dǎo)程（m）。</p><p>　　為工作臺快進(jìn)速度（3.6m/min，換算為0.06m/s）；λ為傳動比。</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　b 機軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩（工作臺及工件重量引起）</p><

37、;p>　　η為伺服傳動鏈的總效率，可取0.8。</p><p><b>　　N·m</b></p><p>　　c、因絲杠副預(yù)緊力引起的電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　設(shè)預(yù)緊力為最大軸向載荷的，為滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時的傳動效率，=0.9</p><p><b>　　=</b

38、></p><p><b>　　= N·m</b></p><p>　　空載啟動時電機軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　=++</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= N&#

39、183;m</b></p><p>　　所選取的步進(jìn)電機的最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　N·m</b></p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機的最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　N·m，</b></p><p>　　選擇步進(jìn)電機的型號

40、，從網(wǎng)上查得，110BYG混合式步進(jìn)電機參數(shù)如表（七）所示：</p><p>　　圖（三） 110BYG混合式步進(jìn)電機</p><p>　　表（七）永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機</p><p>　　選擇的步進(jìn)電機型號參數(shù)如表（八）所示：</p><p>　　表（八）110BYG250參數(shù)</p><p>　　具體參數(shù)是：步距角

41、：，相數(shù)為3，保持轉(zhuǎn)矩：12N·m。</p><p>　　轉(zhuǎn)動慣量： kg·=kg·。</p><p>　　該型號的步進(jìn)電機的尺寸參數(shù)如圖（四）所示：</p><p>　　圖（四）110BYG250的尺寸參數(shù)</p><p>　　步進(jìn)電機選型的時候，必需同時滿足轉(zhuǎn)動慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求。即進(jìn)行慣量匹配驗算：≦≦1，

42、為所選電機的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　≦==0.27861。</p><p><b>　　說明慣量匹配合理。</b></p><p>　　按電動機運行矩頻特性曲線來確定最大運行頻率，并應(yīng)滿足f。＞= (為實際連續(xù)運行頻率的最大值)。</p><p>　　所選電機的矩頻特性如下表：</p><p&

43、gt;　　表（九）110BYG250的矩頻特性</p><p>　　由矩頻特性曲線知道，電機的最大運行頻率f=12000HZ，根據(jù), 。故滿足要求。</p><p><b>　　聯(lián)軸器的選擇：</b></p><p>　　因為鉆床具有較大的沖擊、振動和轉(zhuǎn)矩變化較大的工作載荷，嚴(yán)重影響傳動系統(tǒng)的工作性能。所以我選擇梅花聯(lián)軸器，可吸收振動，補償徑向

44、和角向偏差，結(jié)構(gòu)簡單，方便維修，改善傳動系統(tǒng)工作性能。從網(wǎng)上查得聯(lián)軸器的參數(shù)如表（十）所示：</p><p>　　表（十） 梅花聯(lián)軸器參數(shù)</p><p>　　根據(jù)選出的電機和絲杠的參數(shù)，因為絲杠兩端的軸直徑為19mm,電機軸直徑為16mm，選出的梅花聯(lián)軸器其參數(shù)如表（十一）所示：</p><p>　　表（十一）梅花聯(lián)軸器參數(shù)</p><p>

45、;<b>　　支撐座參數(shù)設(shè)計：</b></p><p>　　根據(jù)所選用的滾動軸承的型號選擇支撐座，在網(wǎng)上查得，滾珠絲杠固定端支持端參數(shù)表（十二）所示：</p><p>　　表（十二） 滾珠絲杠固定端支持端參數(shù)</p><p>　　由表（十二）固定端支撐座選取BK17，支持端支撐座選取BF17其參數(shù)如表（十三）所示：</p><

46、;p>　　表（十三）BK17和BF17參數(shù)</p><p><b>　　軸承型號的選?。?lt;/b></p><p>　　因為滾珠絲杠采用一端固定，一端支承的支承方式安裝方式如圖（五）。所以要選擇兩種類型的滾動軸承。查閱《機械設(shè)計手冊》，固定端采用角接觸球軸承，鉸支端選擇深溝球軸承。</p><p>　　圖（五） 滾珠絲杠安裝方式</p

47、><p>　　軸承的參數(shù)是根據(jù)滾珠絲杠的軸端直徑來確定的，網(wǎng)上查得角接觸球軸承和深溝球軸承型號如表（十四）和表（十五）所示： </p><p>　　表（十四） 角接觸球軸承型號</p><p>　　表（十五）深溝球軸承型號</p><p>　　選擇型號為7203C型角接觸球軸承，參數(shù)如表（十六）所示：</p><p>

48、　　表（十六） 7203C角接觸球軸承參數(shù)</p><p>　　選擇型號為6203型的深溝球軸承，參數(shù)如表（十七）所示：</p><p>　　表（十七） 6203型深溝球軸承參數(shù)</p><p><b>　　四．設(shè)計總結(jié):</b></p><p>　　在開始做設(shè)計的時候沒有什么思路。但在同學(xué)幫助下,然后認(rèn)真閱讀和理解設(shè)計

49、要求以及老師給的設(shè)計參考格式，然后上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，逐漸開始著手算數(shù)據(jù)。不過進(jìn)度很慢啊,因為要找的資料很難找到，網(wǎng)上往往找到的資料都是廠家出售零件的一些產(chǎn)品介紹，某些參數(shù)又不知道去哪里查找，慢慢的快要選完型號，結(jié)果因為聯(lián)軸器的不合適又重新選擇其他型號，花費了很多的時間。型號選擇完之后開始畫圖，在CAD繪圖的時候，很多時候還有反過來改型號，因為有些零件的型號超過圖紙A0范圍，而且有些零件沒有親眼見過，使得CAD繪圖更加困難，不得不去網(wǎng)上查

50、找其他資料，所以使得這次設(shè)計比較緩慢。</p><p>　　不過經(jīng)過2周的辛苦，終于完成鉆床數(shù)控X-Y工作臺的設(shè)計。在這次親自的設(shè)計中，我學(xué)會了很多東西，如：將平時所學(xué)的知識運用與實際的設(shè)計當(dāng)中，達(dá)到了理論與實際相結(jié)合的效果，使自己的知識得到鞏固和提高，學(xué)會了如何查閱相關(guān)資料，如何在眾多的資料中查找有用的資料，也復(fù)習(xí)了如何使用CAD繪圖軟件。學(xué)會了跟同學(xué)互相討論、共同提高的能力，同時也明白了平時應(yīng)該努力學(xué)習(xí)，要不

51、然到做設(shè)計的時候會吃力。不管怎么樣，經(jīng)過這次課程設(shè)計，我受益匪淺，為以后的畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　在此感謝幫助我的同學(xué)和老師，這次課程設(shè)計的完成開老師和同學(xué)的指導(dǎo)、幫助和鼓勵。最后由于本人水平有限，所以設(shè)計過程有許多的不足，懇請老師批評指正。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1.《數(shù)控機