x-y数控机床工作台设计Word格式.docx

x-y数控机床工作台设计Word格式.docx

《x-y数控机床工作台设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《x-y数控机床工作台设计Word格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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