xy工作臺數(shù)控改造課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計目的··························&

2、#183;·········1</p><p>　　二、設(shè)計要求······················

3、;··············2</p><p>　　三、設(shè)計的內(nèi)容和步驟·················

4、;·········3</p><p>　　（一）總體設(shè)計方案······················

5、······3</p><p>　　1、設(shè)計機構(gòu)的性能要求·························

6、;·3 </p><p>　　2、待改裝鉆床型號的確定························3</p><p>　　3、控制方式的確

7、定······························4</p><p>　　4、伺服系統(tǒng)的確定·

8、·····························4</p><p>　　5、工作臺參數(shù)的初步選定·

9、3;······················5</p><p>　　6、導(dǎo)軌的選型思路·········

10、;·····················5</p><p>　　7、絲杠和電機連接零件的選取思路·········

11、;·······7</p><p>　　8、滾珠絲杠選型思路························

12、;····7</p><p>　　9支承座材料的選取···························

13、···7</p><p>　　10、軸承類型的選取思路·························7</p><

14、;p>　　（二）機械部分改裝設(shè)計與計算·················8</p><p>　　1、確定承載臺的尺寸及其重量·········

15、3;···········8</p><p>　　2、拖板參數(shù)設(shè)計····················

16、·············8 </p><p>　　3、工作臺板的參數(shù)和設(shè)計···············

17、83;·········9</p><p>　　4、滾動導(dǎo)軌參數(shù)計算與選型·····················

18、····10</p><p>　　5、滾珠絲杠參數(shù)計算與選型·······················12</p><p&

19、gt;　　6、軸承的選型··································

20、3;14</p><p>　　7、步進電機參數(shù)計算與選型······················15</p><p>　　8、聯(lián)軸器的選擇··

21、83;·····························19</p><p>　　9、支承座參數(shù)設(shè)計·

22、83;····························20</p><p>　　四、設(shè)計心得···

23、··································21</p>&l

24、t;p>　　五、參考文獻··································&

25、#183;··22</p><p><b>　　一、設(shè)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)控機床的設(shè)計方法，并能學(xué)會運用手冊、標準等技術(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 設(shè)計要求&

26、lt;/b></p><p>　　、改造后的鉆床能夠加工最大面積為的工件,最大工件重量200kg；</p><p>　　、數(shù)控XY工作臺要求孔的定位精度在mm內(nèi)，快進速度為3.6m/min，加減速度時間為0．1秒。</p><p>　　三 設(shè)計內(nèi)容和步驟</p><p><b>　?。ㄒ唬┛傮w設(shè)計方案</b>&l

27、t;/p><p>　　1、設(shè)計機構(gòu)的性能要求</p><p>　?。?）、改造后的鉆床能夠加工最大面積為的工 件,最大工件重量200kg；</p><p>　?。?）、數(shù)控XY工作臺要求孔的定位精度在mm內(nèi)，快進速度為3.6m/min，加減速度時間為0．1秒。</p><p>　　2、待改

28、裝鉆床型號的確定:機床樣式如圖（a）</p><p><b>　　圖(a)</b></p><p><b>　　表(一)</b></p><p><b>　　3、控制方式的確定</b></p><p>　　因為是鉆床改裝成為數(shù)控鉆床，所以選用點位控制。</p>&

29、lt;p><b>　　4、伺服系統(tǒng)的確定</b></p><p>　　依據(jù)題目要求，要求把普通鉆床改裝成建議的經(jīng)濟型數(shù)控鉆床。所以經(jīng)過對各種伺服系統(tǒng)特點的比較，決定選用開環(huán)伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)符合一般精度要求以及經(jīng)濟性良好，符合題目要求。如下圖：</p><p><b>　　圖（b） </b></p><p>　　5、承

30、載臺參數(shù)的初步選定</p><p>　?。?）尺寸：依題目要求，加工面積為190mm*190mm。而根據(jù)平時經(jīng)驗，加工時考慮到工件要用夾具進行夾緊，故工作臺的工作面的尺寸要比最大加工面積的尺寸每邊大30-40mm，所以選定工作太尺寸為270mm*270mm*30mm。</p><p>　?。?）材料：工作臺在工作狀態(tài)下受到一定的沖擊和振動，所以工作臺選用牌號為HT150的灰鑄鐵。HT350

31、具有鑄造性能良好、切削性能良好、減摩性好、減振性強及缺口敏感性低等諸多優(yōu)點。（參考《工程材料與機械設(shè)計基礎(chǔ)》第65頁；密度為）</p><p><b>　　6、導(dǎo)軌的選型思路</b></p><p>　　根據(jù)題目中最大工件的的質(zhì)量為200kg，故應(yīng)選用重載型導(dǎo)軌。經(jīng)過參考《數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)》8.4.1（208-211頁），經(jīng)過比較，選擇直線滾動導(dǎo)軌副。直線滾動導(dǎo)軌副的摩擦

32、系數(shù)小于0.005，動摩擦系數(shù)很接近。在網(wǎng)上查找后，選擇KL標準寬型滑塊及導(dǎo)軌。</p><p><b>　　圖（c）</b></p><p><b>　　表(二）</b></p><p>　?。ㄗⅲ褐本€滾動導(dǎo)軌及滑塊的參數(shù)來源于深圳市賽瑞德精工技術(shù)有限公司，網(wǎng)址為：http://www.szbsg.com/product

33、.asp）</p><p>　　7、絲杠和電機連接零件的選取思路</p><p>　　絲桿和電機之間直接按傳動比為1.0來設(shè)計，即電機未經(jīng)任何外在的變速裝置而通過聯(lián)軸器直接與絲桿連接在一起。所以絲杠和電機之間的連接零件只有聯(lián)軸器，即選用聯(lián)軸器把絲杠和電機連接起來。</p><p>　　8、滾珠絲杠選型思路</p><p>　　滾珠絲桿的導(dǎo)程初

34、選為5mm以內(nèi)，其余參數(shù)因數(shù)據(jù)不全所以在初選是無法確定，在機械部分設(shè)計再加以確定。</p><p>　　9、支承座材料的選取</p><p>　　支承座的選型應(yīng)考慮抗震性和剛度方面，材料故選用20#鋼（參考《工程材料與機械設(shè)計基礎(chǔ)》第六章-55頁）。</p><p>　　10、軸承類型的選取思路</p><p>　　在本次設(shè)計中，軸承用于支承

35、滾珠絲杠。而因工作臺定位精度的要求，所以對絲杠的剛度要求較高，本設(shè)計選用兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-支承式）如圖（b）。故選用深溝球軸承和推力球軸承。 </p><p><b>　?。╟）</b></p><p>　?。ǘC械部分改裝設(shè)計與計算</p><p>　　1、確定

36、承載臺的尺寸及其重量（由于X、Y方向的尺寸相同，所以X、Y向所用的拖板類型也相同）</p><p>　　承載臺的數(shù)量為2塊。</p><p>　　（1）承載臺尺寸為： </p><p><b>　?。?）承載臺質(zhì)量：</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p>

37、;<p><b>　　()</b></p><p><b>　　()</b></p><p><b>　?。╣）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　2、拖板參數(shù)設(shè)計（由于X、Y方向的尺寸相同，所以X、Y向所用

38、的拖板類型也相同）</p><p>　?。?）拖板材料：托板要求有較好的抗震性能和較高的剛度，故選用與承載臺相同的材料，牌號為HT150。</p><p><b>　?。?）拖板的尺寸：</b></p><p><b>　　拖板的尺寸選擇為：</b></p><p>　　拖板的質(zhì)量：因為拖板中間還有

39、一深為35mm寬210mm的凹槽，故對拖板進行近似計算，保守估計按高度為40mm來計算</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　且</b></p><p>　　3、工作臺板的參數(shù)和設(shè)計</p><p>　?。?）工作臺板因工作時承受一定的沖擊和震動，故選用選用牌號為HT

40、150的灰鑄鐵。</p><p>　?。?）工作臺板尺寸為：</p><p>　　（3）工作臺板的質(zhì)量：</p><p>　?。?）具體尺寸圖樣：</p><p>　　圖（d） </p><p>　　4、滾動導(dǎo)軌參數(shù)計算與選型</p><p>　?。?）滾動導(dǎo)軌的工作壽命：</

41、p><p>　　設(shè)計要求滾動導(dǎo)軌的壽命不低于五年，按現(xiàn)三班制計算，所以導(dǎo)軌的工作壽命</p><p>　?。?）計算導(dǎo)軌的行程壽命：</p><p>　?。?）計算導(dǎo)軌的額定動載荷：</p><p>　　每塊承載臺由四個滑塊支承，導(dǎo)軌的選用按載荷最大的來選用。總的載荷為最下面的四個滑塊之上所有部件以及工件的重量的總和和切削力的和。</p&g

42、t;<p>　　已知最下面四個滑塊所承載的部件和工件有：承載臺質(zhì)量為，數(shù)量為2；拖板質(zhì)量為，數(shù)量為1；工作臺板質(zhì)量為;步進電機質(zhì)量假設(shè)為，數(shù)量為1；工件最大重量為；絲杠質(zhì)量估計為，數(shù)量為1;支承座的質(zhì)量保守估計為，數(shù)量為一套；夾具質(zhì)量設(shè)為；切削力等效為1.1倍工作板臺的重量，即；導(dǎo)軌及滑塊的質(zhì)量為，</p><p><b>　　數(shù)量為兩套。</b></p><

43、;p><b>　　a</b></p><p><b>　　由公式:</b></p><p>　　經(jīng)比較后，選用LG20KL2F0型的滾動導(dǎo)軌和滑塊。長度定為580mm，每根導(dǎo)軌上裝兩個滑塊。</p><p><b>　　其參數(shù)如下：</b></p><p><b&g

44、t;　　圖（e）</b></p><p><b>　　表（三）</b></p><p>　　5、滾珠絲杠參數(shù)計算與選型</p><p><b>　?。?）參數(shù)計算</b></p><p>　　a、求出螺旋傳動的計算載荷</p><p>　　式中： ---為載荷系數(shù)

45、，無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)：1.0-1.2</p><p>　　一般沖擊：1.2-1.5；有沖擊和振動；1.5-2.5</p><p>　　---為硬度系數(shù)，滾道硬度HRC58， 1.0；滾道硬度HRC55, 1.11；滾道硬度HRC50， 1.56；滾道硬度HRC45, 2.4;滾道硬度HRC40， 3.85</p><p>　　---為精度系數(shù)，精度等級C、D， 1.0；

46、精度等級E、F， 1.1；精度等級G， 1.25；精度等級H，1.43</p><p>　　---為絲杠工作時的軸向壓力，F(xiàn)m=g</p><p>　　為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)、m總為最下面的絲杠以上的所有質(zhì)量。</p><p>　　b、計算動載荷及壽命</p><p>　　應(yīng)選擇的滾珠絲杠副的額定動載荷，必須大于等于其計算值：</p>

47、<p>　　----額定動載荷（N）；</p><p>　　----螺桿的平均轉(zhuǎn)速，取90-110r/min</p><p>　　----運轉(zhuǎn)壽命（h）； </p><p>　　----螺旋轉(zhuǎn)動的計算載荷（N）</p><p>　　考慮到性能及安裝等要求，經(jīng)過比較篩選后，絲杠的選用深圳賽瑞德精工機械技術(shù)有限公司產(chǎn)的BSG18

48、7軸端標準化滾珠絲杠。其參如下：</p><p><b>　　圖(f)</b></p><p><b>　　6、軸承的選型</b></p><p>　　軸承選用深溝球軸承和一對角接觸球軸承</p><p>　　深溝球軸承型號選6003型參</p><p><b>　

49、　圖（g）</b></p><p>　　http://item.taobao.com/item.htm?id=6813999759</p><p>　　角接觸軸承的選型號為7002AC46102型的角接觸球軸承，其參數(shù)如下：</p><p><b>　　圖（h）</b></p><p>　　http://it

50、em.taobao.com/item.htm?id=5936863419</p><p>　　7、步進電機參數(shù)計算與選型</p><p>　?。?）步距角的確定：</p><p>　　已知滾珠絲桿的導(dǎo)程為5mm，又根據(jù)題目對工作臺的定位精度在0.02內(nèi)的要求，又根據(jù)一般開環(huán)系統(tǒng)機床的脈沖當量一般在之間。由此可以對電機的步距角進行計算：</p><

51、p>　　式中：為脈沖當量，取0.005mm-0.01mm</p><p>　　S為絲杠導(dǎo)程，取4mm</p><p>　　為電機與絲杠之間的傳動比，此處為1.0</p><p>　　注：一般步進電機的步距角在之間</p><p>　?。?）電機軸上總的負載轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　由機床電機軸上的總當量負載

52、轉(zhuǎn)動慣量---</p><p><b>　?、俳z杠的轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　（）</b></p><p>　　其中：為絲杠密度取，d為絲杠的等效直徑（m），l為絲杠長度（m）。</p><p>　　②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>

53、<p>　　其中：為總的質(zhì)量，kg；P為絲杠導(dǎo)程，mm*電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小的場合，可忽略不計。</p><p>　?。?）步進電機轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　?、倏蛰d啟動時，電機軸上的慣性轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。∟m）</b></p><p><b>　?。∟m）</b>

54、;</p><p>　　其中：Δt為電機加減速的時間（=0.1s）;</p><p><b>　　P絲桿導(dǎo)程（m）</b></p><p>　　為工作臺快進速度（=3.6m/min,換算為m/s）；</p><p><b>　　為傳動比.</b></p><p>　　②電機軸

55、上的當量摩擦轉(zhuǎn)矩（工作臺級工件重量引起）：</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　（）</b></p><p>　　其中：為伺服傳動鏈的總效率，可取0.8.</p><p>　?、垡蚪z杠副預(yù)緊力引起的點擊走上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩；</p><p>　

56、　設(shè)預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3 </p><p><b>　?。∟m）</b></p><p>　　（Nm） </p><p>　　其中： 為滾珠絲杠螺母副為預(yù)緊時的傳動效率（=0.9）。</p><p>　　空載啟動時電機軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩：</p><p><

57、b>　?。∟m）</b></p><p>　　所選取的步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：</p><p><b>　?。∟m）</b></p><p>　　（3）型號確定：選用90BYG350C型步距角為的步進電機，其參數(shù)如下.</p><p><b>　　圖（i）</b></p&

58、gt;<p><b>　　表（四）</b></p><p><b>　　表（五）</b></p><p><b>　　參數(shù)來源：</b></p><p>　　http://www.sunrise-electric.com/PRODUCTS/STEPMOTOR/SMSERIES/90BYG

59、.HTM</p><p><b>　　匹配驗算： </b></p><p>　　·精度驗算：,定位精度可達0.016mm，符合改裝后定位精度在0.02mm內(nèi)的要求。</p><p>　　·步進電機選型的時候，必須同時滿足轉(zhuǎn)動慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求。轉(zhuǎn)動慣量匹配驗算：</p><p>　　為所選電機的轉(zhuǎn)動慣

60、量</p><p>　　·由步進電機的轉(zhuǎn)矩特性曲線確定電機的最大運行頻率f，并應(yīng)滿足： Hz </p><p>　　為實際連續(xù)運行頻率的最大值</p><p>　　8、聯(lián)軸器的選擇：選用YL1聯(lián)軸器ST2-□30-1214型，具體參數(shù)下。 </p><p>

61、<b>　　圖（j）</b></p><p>　　參數(shù)來源：http://item.taobao.com/item.htm?id=8073392319&ad_id=&am_id=&cm_id=&pm_id=</p><p><b>　　圖（k）</b></p><p><b>　　

62、9、支承座參數(shù)設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計參考形狀</b></p><p>　　遠電機端： 近電機端： </p><p>　　圖（l） 圖（m）&l

63、t;/p><p>　　支承座是用與支承絲桿的支承不件，其尺寸參數(shù)要考慮到絲杠的中心高，及絲杠螺母副的位置。</p><p>　　·絲杠遠離電機端的支承座的基本尺寸為：</p><p>　　10、傳動座的參數(shù)及設(shè)計：見CAD圖</p><p><b>　　圖（n）</b></p><p>&l

64、t;b>　　設(shè)計心得</b></p><p>　　這次設(shè)計是上大學(xué)以來的僅次次于畢業(yè)設(shè)計的一次設(shè)計。這次設(shè)計相對于我自己來說是有一些難度的，而且也很繁瑣。因為在進行設(shè)計的過程中有很多地方是之前已經(jīng)設(shè)計好了的，到了后面驗證后發(fā)現(xiàn)達不到要求，而又得改動，往往這一改動就會牽涉到很多地方。這體現(xiàn)了設(shè)計工作的先假設(shè)后驗證再改動的特點。雖然這次設(shè)計很累，但確實能讓人學(xué)到很多的東西，也讓我了解到了很多關(guān)于設(shè)計

65、的一些常識和技巧。在剛開始選擇一些部件如滾珠絲杠、導(dǎo)軌等部件的時候，還以為是自己想要多長就要多長，可是在經(jīng)過查找和比較后才發(fā)現(xiàn)，原來這些東西都是有著自己的規(guī)格與標準的，比如每種絲杠的長度都是一定的，并不是說我們設(shè)計者想要多長的行程就選多長的滾珠絲杠，而是只能選擇有著與之相近螺紋長度的絲杠，然后在調(diào)整拖板的長度。導(dǎo)軌也是類似。</p><p>　　在這次設(shè)計中，遇到了很多之前沒有遇到過的問題。開始的是后是問題越來越

66、多，有時候一天就找了老師很問了好幾次的問題，但隨著老師的耐心講解，問題也就越來越少，而學(xué)到的新知識也隨之增加。為我們在設(shè)計方面打開了一扇大門，豐富了我們關(guān)于設(shè)計的知識，為我們以后從事于相關(guān)的行業(yè)打下了一個良好的實踐基礎(chǔ)。同時也鞏固了所學(xué)到的理論知識，讓我們能把所學(xué)到的知識在這次設(shè)計中得以驗證和運用，加深了對理論知識的理解，加強了我們對理論知識的運用以及動手實踐的能力。</p><p>　　總而言之，這次設(shè)計讓我們

67、受益匪淺。雖然比較辛苦，但的確是能學(xué)到東西，這是一個實踐的機會，我們應(yīng)該把握好每一次實踐的機會。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]《互換性與技術(shù)測量》 中國計量出版社出版 由廖念釗、古瑩菴、莫雨松、李碩根、楊興駿編著。</p><p>　　[2]《機械設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》高等教育出版社出版 由華中

68、理工大學(xué)王昆、重慶大學(xué)何小柏、同濟大學(xué)汪信遠主編。</p><p>　　[3]《數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)》化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心出版 由楊繼昌、李金伴主編。</p><p>　　[4]《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 高等教育出版社出版 由楊可楨、程光蘊、李仲生主編。</p><p>　　[5]《工程材料與機械制造基礎(chǔ)》 化工工業(yè)出版社出版 由陶亦亦、潘玉嫻主編，由戈曉嵐、姜左主審。<