x-y数控机床工作台设计Word格式.docx
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2016年6月19日
设计任务
设计一套供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台,主要参数如下:
1、立铣刀最大直径的d=15mm;
立铣刀齿数Z=3;
最大铣削宽度;
最大背吃刀量;
加工材料为碳素钢或有色金属。
2、X、Z方向的定位精度均为±
0.02mm。
3、工作台面尺寸为,加工范围为
4、工作台空载进给最快移动速度:
,工作台进给最快移动
速度:
,加减速0.4s。
摘要
本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的X—Y数控工作台。
设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的,本设计充分体现了机械零部件之间的连接、装配关系,同时也体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。
X-Y数控工作台设计包括总体方案的设计、机械零部件的计算与选型、步进电机的选用、传动装置的设计。
本设计的经济型数控工作台精度并不高,采用开环系统;
机械传动部分采用步进电机直接连接滚珠丝杠,从而驱动工作台进给。
关键词:
数控机床开环系统传动装置设计
Abstract
Nowtheworldelectronictechnologyrapidlyexpand,themicroprocessor,themicrocomputerobtainthewidespreadapplicationinvariousareaoftechnology,tovariousdomainstechnologydevelopmentenormouspromotioneffect.Aperfectintegrationofmachinerysystem,shouldcontainthefollowingseveralbaseelements:
Basicmachine,powerandactuationpart,implementingagency,sensingmeasurementcomponent,controlandinformationprocessingpart.Theintegrationofmachineryisthesystemtechnology,thecomputerandtheinformationprocessingandmanagementtechnology,theautomaticcontroltechnology,theexaminationsensingtechnology,theservodrivetechnologyandthemechanicalskillandsoonmulti-disciplinaryareaoftechnologysynthesisoverlappingtechnology-intensivesystemsengineering.Newgeneration'
sCNCsystemthiskindofmodelintegrationofmachineryproducttowardthehighperformance,theintellectualization,thesystematizationaswellasthefeatherweight,themicrominiaturizeddirectiondevelops.
keywords:
Integrationofmachineryfoundationbasiccomponentelementscharacteristictrendofdevelopment.
目录
一、设计内容……………………………………………………………………………………………4
二、设计主要步骤…………………………………………………………………………4
(一)确定设计总体方案…………………………………………………………………………4
1、机械传动部件的选择………………………………………………………………4
2、方案的对比分析………………………………………………………………………5
3、最终设计方案……………………………………………………………………………5
(二)机械传动部件的计算与选型…………………………………………………………6
1、导轨上移动部件的重量估算……………………………………………………6
2、计算切削力………………………………………………………………………………6
3、滚珠丝杆传动的设计计算及效验………………………………………………7
4、步进电动机的传动计算及电机选用……………………………………………12
5、滚动导轨的设计计算…………………………………………………………………18
(三)其余附件的选择………………………………………………………………………………19
(四)控制系统的设计…………………………………………………………………………………21
第一章致谢………………………………………………………………………………………………25
一、设计的目的
《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节,要求学生综合运用所学理论知识,独立进行的设计训练,主要目的是:
1)通过本设计,使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其相关基本知识,学习总体方案拟定、分析与比较的方法。
2)通过对机械系统的设计,掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法及选用原则。
3)通过伺服系统的设计,掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
4)培养学生独立分析问题和解决问题的能力,学习并初步树立“系统设计”的思想。
5)锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
二、设计主要步骤
(一)确定设计总体方案
1、初拟机械传动部件方案:
方案一:
①、丝杠螺母副的选择:
滚珠丝杠(内循环)
②、导轨副的选择:
滑动导轨
③、伺服电动机的选择:
步进电机
④、减速装置的选择:
消隙式齿轮减速箱
方案二:
①、丝杠螺母副的选择:
滚珠丝杠(外循环)
②、导轨副的选择:
滚动导轨(滚珠)
无(直接用联轴器将电动机与丝杠连接,变
速直接由脉冲频率来控制)
方案三:
滑动导轨(滚珠)
无
2、方案对比分析:
(1)丝杠螺母副的选择:
对于设计条件X、Y方向定位精度均为,由《数控机床系统设计》P99可得,丝杠的精度要比定位精度要高,可见只有选用滚珠丝杆副才能达到要求,滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。
经对比,最终选择内循环滚珠丝杠,因为这样摩擦损失小,传动效率高,且径向尺寸结构紧凑,轴向刚度高。
由于安装定位精度不是很高,故选用垫片消隙式进行调隙,这种方法结构简单、刚性好、装卸方便,适用于一般精度的机构。
⑵、导轨副的选择:
要设计的数控铣床工作台,需要承受的载荷不大,对于设计任务精度要求为,要求精度较高,因此选用直线滚动导轨副,它具有摩擦系数小,不易爬行,传动效率高,结构紧,安装预紧方便等优点。
⑶、伺服电动机的选择:
为保证定位精度,选用步进电机作为伺服电机,由《数控机床系统设计》P107得,步进电机精度很高,开环接入也满足本设计精度要求,根据任务要求,空载最快移动速度为3000mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机,综合考虑之后选用的电机为混合式步进电机,提高产品经济性。
⑷、减速装置的选择:
选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后,为了圆整脉冲当量,放大电动机的输出转矩,降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量,可能需要减速装置,且应有消间隙机构,如果要选用减速装置,则应选用无间隙齿轮传动减速箱。
但步进电机本身就有调速功能,此处设计工作台很小,输出扭矩与惯量负载都很小,步进电机可以承受,所以此处不需要额外减速装置。
3、最终设计方案:
滚珠导轨
步进电机(混合式)
无
(二)机械传动部件的计算与选型
1、导轨上移动部件的重量估算
按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。
包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等,估计重量约为G=800N。
XY工作台如图所示:
X-Y数控工作台外形
2、计算切削力
根据任务条件1、立铣刀最大直径的d=15mm;
设铣刀为硬质合金铣刀,工件材料为碳素钢,由《切削用量简明手册》查阅
可知d=15mm的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下:
由《数控加工工艺与编程》P24表1-9查得,每齿进给量=0.15mm
由《数控加工工艺与编程》P24表1-10差得,粗取铣刀切削速度
计算得,查《切削用量简明手册》P111得,取n=15000r/min
由《切削用量简明手册》P110表3.28查得立铣时切削力计算公式为:
将以上各值代入得:
采用立铣刀进行圆柱铣削时,查得各切削了之间的关系为:
=(1.0~1.2)取1.1
=(0.2~0.3)取0.25
=(0.35~0.4)取0.38
因为逆铣的情况的受力最大的情况,为了安全考虑这种最危险的工况。
由此可估算三个方向的铣削力分别为:
(与丝杠轴线平行)
(与丝杠轴线垂直)
(与工作台面垂直)
相对于工作台,以上各分力方向分别对应:
纵向铣削力
径向铣削力
垂直工作台切削力
3、滚珠丝杠传动设计计算及校验
⑴、最大工作载荷的计算
已知移动部件总重量G=800N,按滚动导轨计算,由《数控机床系统设计》P180得,滚动导轨上的摩擦系数中可知μ=0.0025-0.005,为安全考虑现取μ=0.005,求得滚珠丝杠副的最大工作载荷:
⑵、最大计算动载荷的确定
任务条件提出工作台进给最快移动速度为V=400mm/min,初选丝杠导程P=5mm,则此时丝杠转速。
有网上收集资料得知,每天工作8小时,每年工作300天,一般滚珠丝杠的精度在3到5年后严重下降,所以预计滚珠丝杠工作寿命为4年,
所以使用寿命为:
根据《数控机床系统设计》P100中公式得:
其中T——使用寿命
由《数控机床系统设计》P99表5-1查得,取受中等冲击载荷取值范围
,取1.3
由《数控机床系统设计》P99表5-2查得,取1.0
又因为最小工作载荷为
所以代入数据可得:
⑶、型号规格的初选
根据计算的最大载荷以及初选的丝杠导程,网上查得,如图所示,根据以上初选丝杠导程和计算出的最大动载荷,选用系列2505-3型滚