數(shù)控機床xy工作臺課程設(shè)計

1、<p><b>　　一、課程設(shè)的計目的</b></p><p>　　通過本次設(shè)計，能夠全面地、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)控機床系統(tǒng)設(shè)計方法，并能學(xué)會運用手冊、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料。同時，培養(yǎng)相應(yīng)的創(chuàng)新意識、工程意識和動手能力。</p><p><b>　　二、課程的設(shè)計要求</b></p><

2、p>　　1、課程設(shè)計應(yīng)在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立完成，嚴格要求自己，不許相互抄襲； </p><p>　　2、設(shè)計前認真閱讀《課程設(shè)計指導(dǎo)書》，明確設(shè)計題目及具體要求； </p><p>　　3、認真查閱題目所涉及內(nèi)容的相關(guān)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)，大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設(shè)計方案；</p><p>　　4、繪出數(shù)控XY工作臺機械部分裝配圖設(shè)計（A0），總裝聯(lián)系圖

3、（A4），工作臺、支承座、螺母座等零件圖，繪圖符合國家標(biāo)準(zhǔn)，布圖合理，內(nèi)容表達完整清晰：</p><p>　　5、設(shè)計說明書（不少于20頁）。要求：說明書中的有關(guān)公式應(yīng)標(biāo)明出處；所引用的附圖及 表格應(yīng)附在說明書中相應(yīng)位置，并有相應(yīng)的說明；設(shè)計說明書格式參考教務(wù)處畢業(yè)設(shè)計論文格式的要求。</p><p>　　三、課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟</p><p>　　內(nèi)容：設(shè)計一套

4、簡易數(shù)控XY工作臺，固定在某一鉆床的工作臺上，XY工作臺的位置控制采用步進電機數(shù)控系統(tǒng)。通過上述方案將該普通鉆床改裝成簡易的經(jīng)濟型數(shù)控鉆床。</p><p><b>　　總體設(shè)計方案</b></p><p>　　設(shè)計機構(gòu)的性能要求 </p><p>　　（1）具有高的靜、動態(tài)剛度和良好的抗振性能</p><p>　

5、?。?）具有較高的幾何精度、傳動精度、定位精度和熱穩(wěn)定性</p><p>　?。?）具有實現(xiàn)輔助操作自動化的結(jié)構(gòu)部件</p><p>　　待改裝鉆床型號的確定</p><p><b>　　型號Z51100</b></p><p>　　http://www.tzhongtu.com/ProductShow.asp?ID=6

6、22</p><p>　　3、 控制方式的確定</p><p>　　控制方式按運動軌跡分類，可分為點位控制、直線控制和輪廓控制三種。點位控制的特點是只控制刀具相對于工件定位點的位置精度，不控制點與點之間的運動軌跡，在移動過程中刀具不進行切削；直線控制的特點是除了控制起點與終點之間的準(zhǔn)確位置外，而且要求刀具由一點到另一點之間的運動軌跡為直線，并能控制位移的速度；輪廓控制的特點是能夠?qū)蓚€或兩

7、個以上的坐標(biāo)軸方向同時進行連續(xù)控制，并能夠?qū)ξ灰坪退俣冗M行嚴格地、不斷地控制。因數(shù)控鉆床上刀具在移動過程中沒有進行切削，故采用點位控制。</p><p>　　4、 伺服系統(tǒng)的確定</p><p>　　伺服系統(tǒng)有開環(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易的經(jīng)濟型數(shù)控鉆床，考慮到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，所以采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。XY工作臺系統(tǒng)

8、總體框圖如下圖所示：</p><p>　　5、 工作臺參數(shù)的初步確定</p><p>　　因加工工件需要用夾具夾緊工件，工作臺每邊需留出30～40mm，所能夠加工的工件的最大面積為220mm×190mm，所以初步確定工作臺面積參數(shù)為：300mm×270mm 。</p><p>　　6、 導(dǎo)軌的選型思路</p><p>　　

9、由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用直線滾動導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。</p><p>　　7、 滾珠絲桿選型思路</p><p>　　為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　8、絲桿和電機連接零件的選取思路</p>&l

10、t;p>　　因電動機經(jīng)過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接,進給傳動系統(tǒng)的傳動精度和傳動剛度較高，使機械結(jié)構(gòu)簡單，所以絲桿和電機連接零件采用聯(lián)軸器連接。</p><p>　　9、 支承座材料的選取</p><p>　　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。</p><p>　　10、 軸承類型的選取</p><p>　　

11、初步設(shè)計滾珠絲杠的支承的安裝采用固定—支承式，軸承主要承受軸向載荷，所以固定端選用向心推力軸承，支持端選用深溝球軸承。</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>　　根據(jù)設(shè)計要求，能加工的工件的最大面積為220mm×190mm,因此初定工作臺尺寸為300mm×270mm

12、5;40mm。考慮到加工時工作臺受到?jīng)_擊和振動，所以選工作臺材料為灰鑄鐵HT150，密度為7.2×103 kg / m3（取g=10N／kg）。</p><p><b>　　工作臺的質(zhì)量為：</b></p><p>　　m1=0.30×0.27×0.04×7.2×103≈23 kg</p><p&

13、gt;　　X向拖板(上拖板)與Y向拖板(下拖板)所選材料為HT150，尺寸為:</p><p>　　長×寬×高=270mm×270mm×20mm</p><p>　　上、下拖板總質(zhì)量為：</p><p>　　m2=2×0.27×0.27×0.02×7.2×103≈21 kg&l

14、t;/p><p>　　初步取導(dǎo)軌座的長為650mm,寬為270mm，高為30mm，材料為HT150，則</p><p>　　m3=0.65×0.27×0.03×7.2×103≈38 kg</p><p>　　X-Y工作臺運動部分總重量為:</p><p>　　m總=m1＋m2＋m3+m=23+21+38+2

15、00=282 kg</p><p>　　考慮到夾具、電動機等其它因素，取m總=350 kg</p><p>　　2、 滾珠絲桿參數(shù)計算與選型</p><p>　　初選絲杠材質(zhì)：CrMnTi鋼，HRC56～62，導(dǎo)程：p=5mm</p><p>　?、?求出螺旋傳動的計算載荷FC</p><p>　　FC=KEKHKLF

16、m</p><p>　　其中，KF—為載荷系數(shù)，取1.5 </p><p>　　KH—為硬度系數(shù)，取1.0</p><p>　　KL—為精度系數(shù)，取1.0</p><p>　　Fm—為絲杠工作時的軸向壓力，F(xiàn)m=μm總g=0.004×350×10=14N</p><p>　　（μ為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，

17、取0.004 m總為最下面的絲杠以上的所有質(zhì)量）</p><p>　　FC=1.5×1.0×1.0×14=21N</p><p>　?、?額定動載荷及壽命計算</p><p>　　初步確定滾珠絲桿的規(guī)格型號。選擇的滾珠絲桿副的額定動載荷Ca,必須大于其計算值：</p><p>　　Ca—額定動載荷（N）；nm—

18、螺桿的平均轉(zhuǎn)速，取100r/min</p><p>　　Lh—運轉(zhuǎn)壽命（h）；Fc—螺旋傳動的計算載荷（N）</p><p>　　假設(shè)滾動絲桿能工作6年，每年365天，每天工作8小時，則</p><p>　　Lh=6×365×8=17520h</p><p>　　根據(jù)Ca>C'a原則，在網(wǎng)上查http://w

19、ww.shgood98.com/products.asp?id=444得，</p><p>　　選滾珠絲杠的規(guī)格型號為：SFU1605-4，其公稱直徑為16mm，導(dǎo)程為5mm，動靜載荷分別為780N和1790N。</p><p>　　3、 滾動導(dǎo)軌參數(shù)計算與選型</p><p>　?、?計算導(dǎo)軌的工作壽命Th（小時），要求壽命不低于5年；</p>&l

20、t;p>　　設(shè)一天工作8小時，一年365天，工作6年，則</p><p>　　Th=6×365×8=17520h</p><p>　?、?計算導(dǎo)軌行程長度壽命Ts（Km），</p><p>　　Ts=2ThLsn/1000</p><p>　　其中，Ls單向行程（取0.5m），n為每分鐘往復(fù)次數(shù)（取6次/分鐘）<

21、;/p><p>　　Ts=2×17520×0.5×6×60/1000=6307km</p><p>　　⑶ 計算導(dǎo)軌的額定動載荷Ca（N）</p><p>　　因鉆床的切削力大概是工作臺重的1-1.2倍，所以</p><p>　　設(shè)每根導(dǎo)軌上有2塊滑塊，每個滑座承受的工作載荷為F,則</p>

22、<p><b>　　可由求得：</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　?、?根據(jù)額定動載荷Ca確定滾動導(dǎo)軌的型號及結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　在網(wǎng)上查：http://www.szbsg.com/product.asp 選擇四向等載荷KL標(biāo)準(zhǔn)型滑塊及滾動直線導(dǎo)軌，其參數(shù)如下：<

23、/p><p>　　根據(jù)Ca>C'a原則，選取LG20KL型號的導(dǎo)軌。</p><p>　　4、 步進電機參數(shù)計算與選型</p><p>　　由機床精度要求確定脈沖當(dāng)量δ及步距角α：α=360δλ／p</p><p>　　脈沖當(dāng)量δ是一個進給指令時工作臺的位移量，應(yīng)小于等于工作臺的定位精度，由于定位精度為±0.02mm,因此

24、選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。則步距角為：</p><p>　　α=360δλ／p=360×0.01×1/5=0.72°</p><p>　?。?） 電機軸上的總當(dāng)量負載轉(zhuǎn)動慣量的計算</p><p>　　J總≈J1+J2+J轉(zhuǎn)子</p><p>　?、?絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　

25、?。īK·㎡） </p><p>　　其中,ρ為絲杠密度取7.8×103㎏/m3,d為絲杠的等效直徑（m），為絲杠長度（m）。</p><p>　　d=16×10-3mm =0.6m 則 ， （㎏·㎡）</p><p>　?、?工作臺、工件、夾具、支承座等等折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：&l

26、t;/p><p>　?。īK·㎡） </p><p>　　其中，m總為總的質(zhì)量（kg），p為絲杠導(dǎo)程（mm）</p><p>　?、?電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小的場合，可忽略不計。</p><p>　　所以， J總=J1＋J2=0.30×10-4+2.22×10-4=2.52×

27、10-4 （㎏·㎡）</p><p>　　（2） 電機軸轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　?、?空載啟動時，電機軸上的慣性轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　其中，△t為電機加減速時間（s），p為絲杠導(dǎo)程（m），Vmax為工作臺快進速度（m/s）, λ為傳動比</p><p>　　△t=0.1s p=0.005m Vmax =3.6

28、m/min=0.06m/s λ=1 則，</p><p><b>　?。∟m）</b></p><p>　　② 電機軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩（工作臺及工件重量引起）</p><p>　　η為伺服傳動鏈的總效率，可取0.8 ，則</p><p><b>　　= （Nm）</b></p&g

29、t;<p>　?、?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1/3，則</p><p>　　為滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時的傳動效率（取0.9），則</p><p><b>　?。∟m）</b></p><p>　　空載啟動時電機軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩：</p>

30、;<p><b>　?。∟m）</b></p><p>　　所選取的步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩Ts需滿足：</p><p>　　在網(wǎng)上查：http://www.bm-qy.com/product.asp?Action=Detail&ID=28</p><p>　　由上表可選步進電機的型號為：90BYG5502</p>

31、<p>　　其外形及參數(shù)如下： </p><p><b>　　矩頻特性如圖:</b></p><p>　　步進電機選型時，必須同時滿足轉(zhuǎn)動慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求，即應(yīng)進行慣量匹配驗算：

32、 （為所選電機的轉(zhuǎn)動慣量）</p><p><b>　　最大靜轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　步進電機的最大運行頻率f滿足：</p>

33、<p>　　所以，所選的型號為90BYG5502的步進電機合適。</p><p>　　5、 支承座參數(shù)設(shè)計</p><p>　　設(shè)計滾珠絲杠的支承的安裝采用固定—支承式，即一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承。如下圖所示： </p><p>　　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。因為安裝采

34、用一端固定一端游隙的方式，考慮到固定端是主要受力端，主要承受軸向力，同時也承受輕微的徑向力，所選用7201角接觸球軸承成對對稱安裝，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。</p><p>　　在網(wǎng)上查http://www.sunthaibearing.com/product_detail.asp?id=79，得</p><p>　　在網(wǎng)上查http:/

35、/www.maizc.com/Show.asp?ID=14195，得</p><p>　　因此，固定端支承座與軸承裝配的尺寸為32mm，支承端支承座與軸承的搭配尺寸為32mm。</p><p>　　固定端軸承座外形如下圖： </p><p>　　支持端軸承座外形如下圖：</p><p><b>　　6、 聯(lián)軸器的選擇</b&g

36、t;</p><p>　　伺服電機與絲杠之間的聯(lián)接我選用梅花聯(lián)軸器聯(lián)接，因為梅花聯(lián)軸器具有搞扭轉(zhuǎn)剛性和卓越靈敏度，可吸收偏角、偏心、軸向偏差和振動。</p><p>　　網(wǎng)上查http://www.lzqjr.com/ProShow.asp?ID=260得，</p><p>　　根據(jù)步進電機的主軸直徑為14mm，滾珠絲杠前端直徑為10mm，聯(lián)軸器可選的型號為：G6-

37、30T，其外徑為30mm，兩端孔徑分別為14mm、10mm。</p><p><b>　　四 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過幾個星期時間的課程設(shè)計，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助下完成了一套簡易的數(shù)控XY工作臺的設(shè)計，其中內(nèi)容包括總體設(shè)計方案，機械部分的設(shè)計、計算及選型。剛開始時還不知道XY工作臺結(jié)構(gòu)是什么樣的，通過上網(wǎng)查閱大量的有關(guān)資料，才初步了解其結(jié)構(gòu)，

38、覺得XY工作臺的結(jié)構(gòu)看起來很簡單，但隨著設(shè)計的進行，發(fā)現(xiàn)自己有好多方面是不足的，缺乏很多專業(yè)知識，在設(shè)計過程中總是做到后面幾步了才發(fā)覺前面幾步設(shè)計出錯，在不斷的修改中，不斷地完善設(shè)計，從中更加深刻地了解到XY工作臺的結(jié)構(gòu)及其工作原理，同時，學(xué)會了運用手冊、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料。通過這次課程設(shè)計，從中發(fā)現(xiàn)了自己有很多的不足之處，因此自己需要加強學(xué)習(xí)、掌握專業(yè)方面的理論知識，提高實踐能力、創(chuàng)新能力。</p><p>　　由

39、于本人的經(jīng)驗不足，專業(yè)水平有限，所以在設(shè)計中必然有不足之處，懇請老師批評指正。</p><p><b>　　五 參考文獻</b></p><p>　　【1】《數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)》 楊繼昌 李金伴 主編，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【2】《機械設(shè)計機械基礎(chǔ)設(shè)計課程設(shè)計》王昆 何小柏 汪信遠 主編，高等教</p><p>

40、;<b>　　育出版社</b></p><p>　　【3】《機械設(shè)計基礎(chǔ)》第五版 楊可楨 程光蘊 李仲生 主編，高等教育出版社</p><p>　　【4】《工程材料與機械制造基礎(chǔ)》陶亦亦 潘玉嫻 主編，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【5】《互換性與技術(shù)測量》第五版，中國計量出版社 </p&g