机械部分改装设计计算示例11、初步确定工作台的尺寸及其重量根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为2190210mm ⨯，最大工件的重量为150kg 。

因此我初定工作台的320230230mm ⨯⨯。

工作台的材料为45号钢，其密度为337.810/kg m ⨯。

（取kg N g /10=）因此： 1.1、工作台（X 向托板）重量=体积×密度93123023020107.8101090G N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈1.2、取Y 向托板=X 向托板N G 902=1.3、上导轨座（连电机）重量初步取导轨座的长mm 400，宽为mm 200，高为mm 30。

因此93340020030107.81010190G N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量 为：N G G G G 370190290321=+⨯=++=动根据要求所知，其最大加工工件为150kg ，因此：150103701870G N =⨯+=总2、传动系统设计2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2，由于定位精度在mm 02.0±内，因此：10.020.012mm δ=⨯=，2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为1=i ,取丝杠的导程为4P mm =。

取步距角β为0.9度，所以 脉冲当量0.01360Pi mm βδ== 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 3.1求丝杠的静载荷c F已知其计算公式c d H M F f f F = 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的,H f -硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2d f -载荷系数，取1.5 《数控机床系统设计》110P 表5-2 M F ：丝杠工作时的轴向阻力根据：0.0031870 5.6M Z F F N μ==⨯=其中μ为0.003-0.004 因此： 1.51 5.68.4c F N =⨯⨯= 3.2、确定动载荷及其使用寿命根据丝杠动载荷公式：H d eq C f F =式中：C ：额定动载荷d f ：动载荷系数，轻微冲击取1 H f ：硬度系数，HRC 58≥取1 eq F ：当量动载荷，N'L ：寿命根据：使用寿命使用寿命6300814400L h =⨯⨯= 所以'6660/106050014400/10432L nT h ==⨯⨯=式中的n 丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为2/min m ，因此其计算为：max 1000/10002/4500/min n V P r ==⨯=所以：343211 5.642.4=⨯⨯⨯=C N3.3滚珠丝杠的选取查/根据动载荷及动载荷和公称导程值的核对，最后选取的滚珠丝杠的型号为FF1204-3 ，其公称直径为12mm，公称导程为4mm，动静载荷分别为4KN和 6.7KN。

滚珠直径d=2.381mm,刚度208，外径1d =11.3mm,丝杠底径2d =9.5mm,循环圈数3。

滚道半径01.042d R ==1.238mm 《机电一体化技术基础及应用》27p 表2-4 偏心距200.707 3.36102d e R mm -⎛⎫=-=⨯ ⎪⎝⎭丝杠内径1022d D e R =+-=9.6mm (1) 稳定性计算 ()acr EI F l πμ=式中E=2.06a GP ()43410419.6104.2106464a dI m ππ--⨯⨯===⨯μ-长度系数，两端用铰链时μ=1 l =0.3m所以()()()2910323.14206104.17109.41010.3a cr EI F N l πμ-⨯⨯⨯⨯===⨯⨯ 因为339.410 1.68105.6cr M F F ⨯==⨯ 2.5~4 是安全的(2) 刚度验算按最不利情况考虑，螺纹螺距因受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向是一致的。

所以 2124211164s T S FS Gd Ed δππ=+ 式中 ()012MD T F tg λρ=+ , 00 6.05Ptg D λπ== 《机电一体化技术》27P 010.0030.17tg f tg ρ--===, ()33112105.60.17 6.05 3.67102T tg N M --⨯=⨯⨯+=⨯⋅S=P=4mm, 1d =9.6mm,G=83.3a GP .()()()6233236142242210311311316 3.6710410101644 5.6410103.148.33109.610 3.14 2.06109.6101.6410s T S FS mGd Ed mδμππμ------⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯每米螺纹长度上距离弹性变形为331.6410/0.41/410sm m m m s δμμ--⨯==⨯。

滚动螺旋p ss）（δ可按滑动螺旋（同精度等级）的一半，根据有关表得出p ss）（δ=15μm/m ，所以：ssδ <ps s）（δ(3)效率验算η=）（1tan tan ρλλ+=0t 6.05tan 6.050.17g +︒（）=0.9734、滚动导轨的计算与选择导轨是数控机床的重要部件之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度，精度与精度保持性。

4．滚动导轨副的结构介绍滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成，如图：1）导轨的当量载荷GGB25预加载荷类别为轻预载时，按表6.3-12（机电一体化设计手册—下册）查得预紧力为198.5N 。

、是两个导轨滑块的受力。

111.2187056144a b F F G N μ===⨯⨯=总 12561198.5760F F N ==+=2）当量载荷333122C F F F +==760N.3）计算额定动、静载荷计算长度寿命： 350w t c H f f f C L f ⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎝⎭动Fc式中： t f ——温度系数 ，按表6.3-3取t f =1c f ——接触系数，按表6.3-4取c f =0.81w f ——载荷系数，按表6.3-5取w f =1.5 f H --硬度系数，硬度58 ~64HRC 时取1.0——额定动载荷，南京艺工网查得GGB16AA 查得为8.51KN.41.110L KM =⨯以小时为单位的额定寿命 T=式中：l ——单向行程，l=0.34m n ——每分钟往返次数，2n=2.94220.34V l ==⨯，取n=3 代入数据解得：T= 89869h6360814400h T h =⨯⨯=, T，所选导轨类型符合.由网址 /查得南京艺工网 ， 选择GGBAA/AL 四方向等载荷型滚动直 线导轨副系列丝杠副滚珠。

如下图所示：选择GGB16AA 型号，其额定基本静载荷013.38C KN =. 4）验算额定静载荷 取安全系数，按下式验算FC max其中1max F F ==760N ， 00117.5F c f=>满足要求5、步进电机的设计计算和选用已知快进速度：max 2/min V m = 丝杆导程: 4P mm = 所以最高转速： max3max 500/min 10r P vn -==⨯最高频率：max3max33336010HZvfδ-==⨯⨯1计算系统在电机轴上的等效转动惯量工作台快速移动时的等效转动惯量：2max22max14n MV Jπ=式中：M=187kg , max 2/min V m =,,max3max 500/min 10r P vn -==⨯代入上式解得：()2242max 22212max 18720.761044 3.14500MV Kg m n J π-⨯===⨯⋅⨯⨯ 转动部件转换到电机轴上的等效转动惯量： 41220.7710J D L -=⨯ 式中：D ——丝杆公称直径12mm. l ——支座总长，l=400mm代入算得：4124126220.77100.771240010 6.410J D L kg m ---=⨯=⨯⨯⨯=⨯⋅因此总的转动惯量为：52128.2410J J J kg m -=+=⨯•总 2电动轴转矩的计算1）空载启动时，电动机的加速转矩：TnJ M a 6.9总= 式中的n 为丝杠的最高转速 T 为电机加减速时间（0.2s ）所以：58.24105000.021459.60.2a M N m -⨯⨯==•⨯2）电机轴上的摩擦转矩33018700.003410 4.471022 3.140.81f F P M N m i πη--⨯⨯⨯===⨯•⨯⨯⨯式中的η为伺服传动链的总效率，取0.83）计算附加摩擦力矩23max 00233(1)10218700.0034(10.9)100.85102 3.140.81a F P M iN m ηπη---=-⨯⨯⨯=⨯-⨯=⨯•⨯⨯⨯式中的0η为滚珠丝杠示预紧时的效率，取0.9。

因此由述计算可知电动机的总的转矩为333221.4510 4.47100.8510 2.6810a f M M M M N m----=++=⨯+⨯+⨯=⨯•4) 步进电动机的选择根据上述分析，最后我选定步距角为0.9度的型号为86BYG101的步进电动机，其最大静转矩为1.2>我所需要的0.0268。

其外形结构及尺寸如下图所示：6、联轴器的选择6.1、联轴器的介绍联轴器属于机械能用零误了件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲，减振和提高轴系动态性能的作用。

联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

6.2、联轴器的选择由选择出丝杠的型号和步进电机的型号综合考虑联轴器的尺寸大小并选择相应d=12mm，电机轴端2d=9.5mm，由网址：的型号。

丝杠轴端1/查得：根据轴径选择联轴器的规格型号为：LK7-25-SLK7-257、轴承座的选择根据滚珠丝杠的公称直径为12mm，因此我先择的轴承座为：查/其外观图为：其参数为：根据参数，我所选的型号为EK-12装配参数：四、硬件系统设计1、DMC3000DMC3000系列是一种性能优越、功能强大的运动控制卡，特别适合于多轴插补联动等复杂用途。

由于卡上带有硬件插补处理器，两轴圆弧插补和多轴直线插补均可在卡上进行处理，PC机公需向卡上写入插补运动的终点和圆心值即可。

卡上的预置寄存器可预先存储下一运动的数据，待当前运动执行完毕后，即自动装载并执行下一动动，因此本卡能很好地执行多段连续路径插补动动。

此卡还有许多其它高级功能，如T/S形速度曲线、编码器或光栅计数、手轮输入、精密Z 信号找零、非对称速度曲线、动态可改速度和目标位置等DMC3000 特点1）四轴独立同时或插补运动 2）任意两轴和三轴线性插补功能3）常矢量速度连续插补功能 4）T/S 对称或非对称速度曲线5）两种编码器输入脉冲类型：A/B 相或双脉冲6）位置管理和软件限位开关功能 7）运动中可光滑改变速度和目标位置8）四轴可同时起动功能 9）功能强大的MOTION3000 测试软件10）最多可达16 进16 出I/O 11）每轴最大输出脉冲频率4MPPS 12）两轴圆弧插补功能 13）由上位机控制的位图插补功能14）两种脉冲输出类型：双脉冲或脉冲/方向15）每轴编码器输入脉冲频率最大1MHZ16）板卡号ID 设置，同一电脑最多可插12 块卡17）支持手轮和JOG 功能 18）可编程中断源19）DMC3400 DLL 函数库和适用于Windows 95/98/NT/200020）可用VB/VC/C++ BUILDER 等编程控制卡原理结构见下图XY工作台控制系统结构图四、总结经过10天时间的课程设计完成了整个钻床XY工作台的机械部分的设计、计算及选取。