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文檔簡介
1、<p><b> 課程設(shè)計</b></p><p> 內(nèi)容:數(shù)控XY工作臺與控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 院(系)、部: 機 械 工 程 </p><p> 學生姓名: </p><p> 學 號: </p><p> 專 業(yè): 數(shù) 控
2、 </p><p> 班 級: </p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 設(shè)計目的</b></p><p><b> 設(shè)計要求</b></p>
3、<p><b> 設(shè)計的內(nèi)容和步驟</b></p><p><b> 總體設(shè)計方案</b></p><p><b> 機械部分改裝設(shè)計</b></p><p> ?、诖难b鉆床型號的確定</p><p><b> ?、嶂С凶牧系倪x取</b&
4、gt;</p><p> ?、莨ぷ髋_參數(shù)的初步選定</p><p><b> ?、迣?dǎo)軌的選型思路</b></p><p><b> ⑦滾珠絲杠選型思路</b></p><p> ?、嘟z杠和電機連接零件的選取思路</p><p> ?、廨S承類型的選取思路</p>
5、<p><b> 計算部分</b></p><p> ①確定工作臺的尺寸及其重量</p><p><b> ?、谥С凶鶇?shù)設(shè)計</b></p><p><b> ?、蹪L珠絲杠參數(shù)設(shè)計</b></p><p><b> ④滾動導(dǎo)軌參數(shù)設(shè)計</b&
6、gt;</p><p><b> ?、蓦姍C參數(shù)設(shè)計</b></p><p><b> ⑥聯(lián)軸器的選擇</b></p><p><b> 軸承的選用</b></p><p><b> 設(shè)計總結(jié)</b></p><p><b
7、> 參考文獻</b></p><p><b> 設(shè)計的目的</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,并學會運用手冊標準等技術(shù)資料。同時培養(yǎng)我們學生的創(chuàng)新意識、工程意識和動手能力。</p><p><b> 二、設(shè)計要求&l
8、t;/b></p><p> 1、改造后的鉆床能夠加工最大面積為190×200,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),工作臺快進速度為2.4m/min,加速時間為:0.2秒。</p><p> 三、設(shè)計的內(nèi)容和步驟</p><p> 題目:鉆床數(shù)控
9、改裝——數(shù)控XY工作臺的設(shè)計</p><p> 設(shè)計一套簡易數(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> ?。ㄒ唬⒖傮w設(shè)計方案</p><p><b> ?、旁O(shè)計的項目</b></p><p> ?、龠\動功能
10、的設(shè)計。包括確定機床的運動個數(shù),形式,功能,及排列順序。</p><p> ②基本參數(shù)設(shè)計。包括尺寸參數(shù),運動參數(shù)和動力參數(shù)。</p><p> ?、蹅鲃酉到y(tǒng)設(shè)計。包括傳動方式和原理圖。</p><p> ④總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計。包括運動功能分配,總體布局結(jié)構(gòu)形式。</p><p> ?、菘刂葡到y(tǒng)設(shè)計。包括控制方式和控制原理,控制系統(tǒng)圖設(shè)計。
11、 </p><p> ?、瓶傮w改裝思路如下:</p><p><b> 控制方式的選定</b></p><p><b> 工作臺尺寸的要求</b></p><p> 滾珠絲杠副的選定及其支承形式</p><p><b> 直線滾動導(dǎo)軌的選定</b&g
12、t;</p><p><b> 電機的選定</b></p><p> ?、浅醪酱_定的一些方案:</p><p> ?、僖驗槭倾@床的改造,所以控制方式是點位控制</p><p> ?、谟貌竭M電動機驅(qū)動絲桿</p><p> ?、蹪L珠絲杠采用外循環(huán)方式</p><p> ④
13、滾珠絲杠采用雙螺母調(diào)節(jié)方式</p><p> ?、轁L珠絲杠的安裝方式:一端固定,一端游動</p><p> ?、薏捎瞄_環(huán)控制方式(經(jīng)濟型的)</p><p><b> ?、卟捎脠A柱滾子軸承</b></p><p> ⑧電機與絲桿采用聯(lián)軸器連接</p><p><b> ?、岵捎镁匦螡L動
14、導(dǎo)軌</b></p><p> ?、?選擇一臺臺式鉆床進行工作臺的改進,工作臺的參數(shù)如下</p><p> (二)、機械部分改裝設(shè)計計算</p><p> 1、初步確定工作臺的尺寸及其重量</p><p> 老師所給定的工件尺寸為A×B(A、B推薦值為180—250mm),在此我選工件尺寸為190×200
15、。根據(jù)我們加工的時候要用夾具夾緊工件就必須每邊留出裝夾具的尺寸30—40mm,所以最后確定工作臺尺寸為270×280。因為工作臺加工的最大工件重量為200kg,考慮到剛度和強度問題,預(yù)估工作臺的重量G1=20Kg。 我選灰鑄鐵HT150做為工作臺的設(shè)計材料,HT150特點:適用用于軸承受中等載荷的零件。如機床上的支柱、底座、齒輪箱、刀架、床身、軸承座、工作臺。該材料的密度為ρ=7.2g/。</p><
16、;p><b> 工作臺的質(zhì)量:</b></p><p> m=ρ×V=ρ×A×B×H</p><p><b> 所以高度:</b></p><p> H=m/(ρ×A×B)=20/(0.27×0.28×7.2×)=0.0
17、37m</p><p><b> 所以工作臺厚度:</b></p><p><b> H=37mm</b></p><p><b> 2、托板的確定</b></p><p> 根據(jù)工作臺的行程確定支承座的長度 ,因為工作臺行程初選為工作臺長度的兩倍,在加上其他的一些安裝
18、尺寸等,長寬高分別設(shè)為abc, 所以分別取a=760mm, b=240mm, c=60mm</p><p> 按保守法算得托板體積:</p><p> =abc=760×240×60=9.12×=9.12× </p><p> 查閱有關(guān)資料,我選HT150灰鑄鐵做為支承座材料。密度ρ=7.2g/</p>
19、<p> 所以=ρ=9.12××7.2=69.12×g=65.66kg </p><p> 預(yù)估工作臺上的夾具的質(zhì)量:</p><p><b> =15kg</b></p><p><b> 又知工件質(zhì)量:</b></p><p><b>
20、; =200kg</b></p><p> 所以=+++m=65.66+15+200+30=310.66kg</p><p> 考慮到其他因素,再把擴大到400kg,即=400kg</p><p><b> 3﹑部分數(shù)據(jù)的初選</b></p><p> 初選滾珠絲杠導(dǎo)程P=5mm, </p&g
21、t;<p> 脈沖當量S=(1/3)×0.02=0.0125</p><p> 已知=2.4 m /min 由于電動機與滾珠絲杠是直接i=1</p><p> ip 所以初定步距角</p><p> 3﹑滾珠絲杠傳動的設(shè)計計算</p><p> 滾珠絲杠螺母副的承載能力用額定負荷表示,
22、其動靜載強度計算原則與滾動軸承相類似。一般根據(jù)額定動負荷選用滾珠絲杠副,只有當n≤10r/min時,滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點蝕,因此進行靜載荷強度計算。</p><p> 而我們估算=60f/360=480r/min>10 r/min。因此以動載荷計算。</p><p> 絲杠工作時的軸向壓力: </p><p> ?。絞µ
23、=400×9.8×0.004=15.68N</p><p><b> 其中 g=9.8</b></p><p> µ為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) 取0.004</p><p> ?、诩僭O(shè)滾動絲杠能工作6年,每年為360天,每天工作8小時</p><p> T=6×360×8
24、=17280h</p><p> 又由于工作臺在工作過程中處于平穩(wěn)運轉(zhuǎn)</p><p><b> ∴載荷系數(shù)=1.2</b></p><p><b> 硬度系數(shù)=1.1</b></p><p> T=60T/10=497.664</p><p> =7.9×
25、;.1.2×1.11×15.68=165.0N</p><p> 根據(jù)選著滾珠絲杠副,按滾珠絲杠副的額定運動載荷等于梢大于的原則. </p><p> 同時考慮到各種因素選用的絲杠參數(shù)如下:</p><p> 型號:DFI1605—4</p><p><b> 絲杠軸尺寸:</b>&
26、lt;/p><p> 名義外徑d=16mm</p><p><b> 導(dǎo)程:P=5mm</b></p><p> 螺紋長度l=600mm</p><p><b> 總長=660mm</b></p><p><b> 螺紋尺寸:</b></p&
27、gt;<p><b> 外徑D=30mm</b></p><p> 總長L =100mm</p><p><b> 螺母總長=90mm</b></p><p><b> 滾珠直徑:</b></p><p><b> =3.175mm</b
28、></p><p> 基本動載荷=780N</p><p> 基本靜載荷=1790N</p><p> 因為=780N≥=165.0N 所以DFI1605—4合格</p><p><b> 絲杠穩(wěn)定性的驗算</b></p><p> E: 為絲杠材料的彈性模量,對于鋼,E=206
29、Gpa</p><p> L: 為絲杠的工作長度(m)</p><p> I:為絲杠危險截面的軸慣性矩(m)</p><p> : 為長度系數(shù),一端固定,一端游動時,取值2/3</p><p><b> I= m</b></p><p><b> =</b><
30、/p><p> 安全系數(shù)S= </p><p> 一般【S】=3~4, S>【S】,所以絲杠不會失穩(wěn)。</p><p> 4、滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算</p><p> 已知作用在導(dǎo)軌副上的壓力:</p><p> ?。停絤g=400×9.8=3920N</p><p>
31、 在計算導(dǎo)軌時我要考慮機床的鉆削力F:</p><p><b> F=3000N</b></p><p><b> 導(dǎo)軌工作壽命: </b></p><p> =6×360×8=17280h</p><p><b> 單向行程長度: </b><
32、/p><p><b> ?。?.6m</b></p><p><b> 快速運行速度:</b></p><p> =2.4 m /min</p><p><b> 所以往復(fù)次數(shù)取:</b></p><p><b> n=4次/分</b
33、></p><p><b> 導(dǎo)軌行程長度系數(shù):</b></p><p> =2 n/=2×17280×0.6×4×60/ =4976.64</p><p> 因活座數(shù)m=4 所以每根導(dǎo)軌上使用2個活座</p><p> ∴F1== =1730N<
34、/p><p><b> 根據(jù)公式=6.25</b></p><p> 得:===16034.8N=16.04KN</p><p> 根據(jù)算出的動載荷=16.04KN,我們選擇大于它的導(dǎo)軌,在上表選擇型號為DA20AL的導(dǎo)軌,它的動載荷19.5KN符合要求。該型號導(dǎo)軌的參數(shù)如下</p><p><b> 5、
35、電機的選擇</b></p><p> ?、俅_定脈沖當量,初選步進電機</p><p> 脈沖當量根據(jù)系統(tǒng)精度來確定,對于開環(huán)系統(tǒng)一般為0.005—0.01mm。如取得太大,無法滿足系統(tǒng)精度要求;如取得太小,或者機械系統(tǒng)難以實現(xiàn),或者對其精度和動態(tài)特性能提出更高的要求,是經(jīng)濟性降低。知道本次設(shè)計的工作臺的精度為±0.02mm,所以根據(jù)經(jīng)驗公式得脈沖當量δ=×
36、0.04=0.0125mm .又知道是用聯(lián)軸器連接電機主軸和絲杠,所以傳動比i=1。根據(jù)公式初步得步距角=360iδ/p=</p><p><b> ?、谟嬎阆到y(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p> 計算轉(zhuǎn)動慣量的目的是選著步進電機的動力參數(shù)及進行系統(tǒng)動態(tài)特性與設(shè)計。絲杠的轉(zhuǎn)動慣量的計算</p><p> ===3.3×kg
37、3;</p><p> 其中ρ是絲杠密度(kg/ ),取7.8× kg/ ;</p><p> d是絲杠的等效直徑(m),取0.016m; </p><p> l是絲杠的長度0.66m。</p><p> 沿直線軸移動物體的慣量 工作臺、工件等折算到電動機軸</p><p> 上的轉(zhuǎn)動慣量,可
38、由下述公式達到:</p><p><b> =M×</b></p><p><b> =×400×</b></p><p> =0.0254×kg·</p><p> M——工作臺(包括工件)的質(zhì)量,kg</p><p&g
39、t; V——工作臺快進速度,mm/min</p><p> N——絲杠轉(zhuǎn)速,r/min</p><p> 所以折算到電機上的總轉(zhuǎn)動慣量:</p><p> =+=0.0287× kg·</p><p> ?、?空載啟動時,電動機軸上的慣性轉(zhuǎn)矩: </p><p><b> =&l
40、t;/b></p><p> =0.0287×××</p><p><b> =7.2×N·m</b></p><p> 電動機軸上的當量摩擦轉(zhuǎn)矩:==mgμ</p><p> =×400×9.8×0.004</p>
41、<p> =0.013N·m </p><p> △t為電機加速時間:△t=0.2O秒</p><p> 伺服傳動鏈的總效率取為η=0.99</p><p> 為工作臺快進速度 =2.4m/min</p><p> 設(shè)滾動絲杠螺母副的預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3,則因預(yù)緊力而引起的、折算到電動機軸上的
42、附加摩擦轉(zhuǎn)矩為:</p><p><b> =(1-)</b></p><p><b> =××(1-)</b></p><p> =0.79×N·m</p><p> 是滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時的傳動效率。=0.9</p><p&
43、gt; 工作臺上的最大軸向載荷折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩為:</p><p><b> =</b></p><p><b> =×15.66</b></p><p> =0.013 N·m</p><p> 在最大外載荷下工作時,電動機軸上的總負載轉(zhuǎn)矩:</p&g
44、t;<p><b> =++</b></p><p> =0.013+0.013+0.79×</p><p> = 0.02679N·m</p><p> 于是空載啟動時電動機軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩為:</p><p><b> =++</b></p>
45、;<p> =7.2×+0.013+0.79×</p><p> =0.08579 N·m</p><p> 我初步選定電機為三相雙六拍的電機,根據(jù)與選取啟動時所需步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系:</p><p> ===0.099N·m</p><p> 為使電機不產(chǎn)生失步空載啟
46、動頻率要小于最高工作頻率,同時電機最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大(4.9 N·m>>0.099N·m),綜上所述選擇了型號為110BF004的電動機。 </p><p><b> 電機有關(guān)參數(shù)如下:</b></p><p><b> ?、軕T量匹配驗算</b></p><p> 電機軸上的總當量負載轉(zhuǎn)
47、動慣量和電機軸自身轉(zhuǎn)動慣量的比值應(yīng)控制在一定范圍內(nèi),既不應(yīng)太大,也不應(yīng)太小。如果太大,則伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于負載特性,由于工作條件(如工作臺位置)的變化而引起的負載質(zhì)量,剛度,阻尼等的變化,將導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)特性也隨之產(chǎn)生較大的變化,使伺服系統(tǒng)綜合性能變差,或給控制系統(tǒng)設(shè)計造成困難。如果該比值太小,說明電動機選或傳動系統(tǒng)設(shè)計不太合理,經(jīng)濟性較差。為了系統(tǒng)慣量達到較合理的匹配,一般應(yīng)將該比值控制在下式所規(guī)定的范圍內(nèi):</p>
48、;<p><b> ≦≦1</b></p><p><b> <==0.74<1</b></p><p><b> 說明慣量匹配合理</b></p><p><b> 6、聯(lián)軸器的選著</b></p><p> 彈性套柱
49、銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡單,制造容易,不用潤滑,不需要與金屬硫化粘結(jié),更換彈性套方便,不用移動半聯(lián)軸器,具有一定補償兩軸相對偏移和減振緩沖性能。彈性套工作是受壓縮變形,由于彈性套的厚度較薄,體積小,彈性變形有限,所以,彈性套柱銷聯(lián)軸器雖可補償軸線位移和彈性。彈性套柱銷聯(lián)軸器是依靠柱銷組的鎖緊力而產(chǎn)生于接觸面的摩擦力矩,并壓縮橡膠彈性套來傳遞轉(zhuǎn)矩。適用于安裝底座剛性好、對中精度較高、沖擊載荷不大、對減振要求不高的中小功率軸系傳動。</p&
50、gt;<p> 根據(jù)選出的電機和絲杠的參數(shù),選出下面的彈性套柱銷聯(lián)軸器。 </p><p> 該聯(lián)軸器的型號:TL2 GB4323-84</p><p> 該型號的參數(shù)如下表:</p><p> 但是滾珠絲杠跟聯(lián)軸器連接的軸端(16mm)要相應(yīng)的加工為14mm才能跟聯(lián)軸器配合。</p><p><b> 6﹑
51、軸承的選用</b></p><p> 軸承是要和滾珠絲杠過盈配合的,滾珠絲杠的連接端的直徑為16mm,把絲杠磨小,使他們之間的配合是過盈配合。</p><p> 左邊選用角接觸軸承 7202C GB292-83</p><p> 所以右邊選深溝球軸承型號:6202 GB276-89</p><p><b> 該型
52、號的參數(shù)如下;</b></p><p> 左邊選用角接觸軸承 7202C GB292-83</p><p><b> ?。ㄋ模┰O(shè)計總結(jié)</b></p><p> 經(jīng)過這兩個星期的課程設(shè)計,完成了整個鉆床XY工作臺的設(shè)計,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,控制方便,控制精度相對較高。在整個設(shè)計過程中比較重點的是選用步進電機,滾珠絲杠,滾動導(dǎo)軌,
53、聯(lián)軸器等。在設(shè)計的過程中遇到了幾個問題,在xx老師經(jīng)過電話的幫助下一一地解決,在此,我表示忠心的感謝。同時經(jīng)過這次的親自設(shè)計,使我對數(shù)控控制機構(gòu)有了更進一步的了解,也是我更懂得使用工具書來解決問題。</p><p> 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xx老師批評指正。</p><p><b> ?。ㄎ澹﹨⒖嘉墨I:</b></p>&
54、lt;p> 【1】文懷興、夏田 編著;數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計;化學工業(yè)出版社2005</p><p> 【2】楊繼昌、李金伴 主編;數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ);化學工業(yè)出版社2005</p><p> 【3】鄭堤、唐可洪 主編;機電一體化設(shè)計基礎(chǔ);機械工業(yè)出版社1996</p><p> 【4】王昆、何小柏、汪信遠 主編;機械設(shè)計課程設(shè)計;高等教育出版社</p>
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