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XY数控工作台改装课程设计说明书

一、设计目的通过本次设计,能够全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识,初步掌握数控机床的设计方法,并能学会运用手册、标准等技术资料。

同时,培养相应的创新意识、工程意识和动手能力。

二 设计要求(一)、改造后的钻床能够加工最大面积为mm 190mm 190⨯的工件,最大工件重量200kg ;(二)、数控XY 工作台要求孔的定位精度在02.0±mm 内,快进速度为3.6m/min ,加减速度时间为0.1秒。

三设计内容和步骤(一)总体设计方案1、设计机构的性能要求(1)、改造后的钻床能够加工最大面积为mm190⨯的工mm190件,最大工件重量200kg;(2)、数控XY工作台要求孔的定位精度在02±mm内,快进速度.0为3.6m/min,加减速度时间为0.1秒。

2、待改装钻床型号的确定:机床样式如图(a)图(a)表(一)3、控制方式的确定因为是钻床改装成为数控钻床,所以选用点位控制。

4、伺服系统的确定依据题目要求,要求把普通钻床改装成建议的经济型数控钻床。

所以经过对各种伺服系统特点的比较,决定选用开环伺服系统。

该系统符合一般精度要求以及经济性良好,符合题目要求。

如下图:图(b)5、承载台参数的初步选定(1)尺寸:依题目要求,加工面积为190mm*190mm。

而根据平时经验,加工时考虑到工件要用夹具进行夹紧,故工作台的工作面的尺寸要比最大加工面积的尺寸每边大30-40mm,所以选定工作太尺寸为270mm*270mm*30mm。

(2)材料:工作台在工作状态下受到一定的冲击和振动,所以工作台选用牌号为HT150的灰铸铁。

HT350具有铸造性能良好、切削性能良好、减摩性好、减振性强及缺口敏感性低等诸多优点。

(参考《工程材料与机械设计基础》第65页;密度为cm3ρ)/g4.7=6、导轨的选型思路根据题目中最大工件的的质量为200kg,故应选用重载型导轨。

经过参考《数控技术基础》8.4.1(208-211页),经过比较,选择直线滚动导轨副。

直线滚动导轨副的摩擦系数小于0.005,动摩擦系数很接近。

在网上查找后,选择KL标准宽型滑块及导轨。

图(c)表(二)(注:直线滚动导轨及滑块的参数来源于深圳市赛瑞德精工技术有限公司,网址为:/product.asp)7、丝杠和电机连接零件的选取思路丝杆和电机之间直接按传动比为1.0来设计,即电机未经任何外在的变速装置而通过联轴器直接与丝杆连接在一起。

所以丝杠和电机之间的连接零件只有联轴器,即选用联轴器把丝杠和电机连接起来。

8、滚珠丝杠选型思路滚珠丝杆的导程初选为5mm以内,其余参数因数据不全所以在初选是无法确定,在机械部分设计再加以确定。

9、支承座材料的选取支承座的选型应考虑抗震性和刚度方面,材料故选用20#钢(参考《工程材料与机械设计基础》第六章-55页)。

10、轴承类型的选取思路在本次设计中,轴承用于支承滚珠丝杠。

而因工作台定位精度的要求,所以对丝杠的刚度要求较高,本设计选用两端装双重止推轴承及深沟球轴承(固定-支承式)如图(b )。

故选用深沟球轴承和推力球轴承。

(c )(二)机械部分改装设计与计算1、确定承载台的尺寸及其重量(由于X 、Y 方向的尺寸相同,所以X 、Y 向所用的拖板类型也相同)承载台的数量为2块。

(1)承载台尺寸为:mm 30mm 270mm 270⨯⨯(2)承载台质量m 1:v m ρ= (cm 3/g 4.7=ρ)218700030270270=⨯⨯=V (mm 3)2187=V (cm 3)∴1618321874.71=⨯==V m ρ (g )即kg kg m 16183.161≈=2、拖板参数设计(由于X 、Y 方向的尺寸相同,所以X 、Y 向所用的拖板类型也相同)(1)拖板材料:托板要求有较好的抗震性能和较高的刚度,故选用与承载台相同的材料,牌号为HT150。

(2)拖板的尺寸:拖板的尺寸选择为:mm 60mm 270mm 580⨯⨯拖板的质量m 2:因为拖板中间还有一深为35mm 宽210mm 的凹槽,故对拖板进行近似计算,保守估计按高度为40mm 来计算ρV m = (cm 3/g 4.7=ρ)且cm mm mm mm mm V 335832583200030270580==⨯⨯= kg kg g g V cm cm m 4299.414.419905832/2.7332≈==⨯==∴ρ3、工作台板的参数和设计 (1)工作台板因工作时承受一定的冲击和震动,故选用选用牌号为HT150的灰铸铁。

(2)工作台板尺寸为:mm mm mm 45270270⨯⨯(3)工作台板的质量:V m ρ=kg V m 2433≈=∴ρ(4)具体尺寸图样:图(d )4、滚动导轨参数计算与选型(1)滚动导轨的工作寿命T h :设计要求滚动导轨的寿命不低于五年,按现三班制计算,所以导轨的工作寿命h T 43800243655h =⨯⨯≥(2)计算导轨的行程寿命T s :8615km 8614.72km 6/1000600.27438002n/10002s h s ≈=⨯⨯⨯⨯==L T T(3)计算导轨的额定动载荷C a :每块承载台由四个滑块支承,导轨的选用按载荷最大的来选用。

总的载荷F 总为最下面的四个滑块之上所有部件以及工件的重量的总和和切削力的和。

已知最下面四个滑块所承载的部件和工件有:承载台质量为kg m 161=,数量为2;拖板质量为kg m 422=,数量为1;工作台板质量为kg m 243=;步进电机质量假设为kg m 34=,数量为1;工件最大重量为kg m 2005=;丝杠质量估计为kg m 46=,数量为1;支承座的质量保守估计为kg m 107=,数量为一套;夹具质量设为kg m 158=;切削力等效为1.1倍工作板台的重量,即N F Z k 260=;导轨及滑块的质量为kg m 29=,数量为两套。

kg 34033422987654321圆整为将总总m m m m m m m m m m m kg =++++++++=NN F m G Z k 38003660圆整为总总=+= a由公式:325.63)(25.6)(T F F C a S C T a S =⇒= 325.64325.6)()(T G T F S S C a 总== kNN6.106.10572)()43800(325.68615≈=÷=经比较后,选用LG20KL2F0型的滚动导轨和滑块。

长度定为580mm ,每根导轨上装两个滑块。

其参数如下:图(e)表(三)5、滚珠丝杠参数计算与选型(1)参数计算a、求出螺旋传动的计算载荷F CN g N g m F m 17k /10kg 340005.0=⨯⨯==总μ F K K K F m L H F C ⨯=N4.20170.10.12.1=⨯⨯⨯=式中:K F ---为载荷系数,无冲击平稳运转:1.0-1.2 一般冲击:1.2-1.5;有冲击和振动;1.5-2.5K H ---为硬度系数,滚道硬度HRC ≥58, 1.0;滚道硬度HRC ≥55, 1.11;滚道硬度HRC ≥50, 1.56;滚道硬度HRC ≥45, 2.4;滚道硬度HRC ≥40, 3.85K L ---为精度系数,精度等级C 、D , 1.0;精度等级E 、F , 1.1;精度等级G , 1.25;精度等级H ,1.43F m ---为丝杠工作时的轴向压力,Fm=m 总g μ μ为导轨的摩擦系数、m 总为最下面的丝杠以上的所有质量。

b 、计算动载荷及寿命应选择的滚珠丝杠副的额定动载荷C a ,必须大于等于其计算值'C a :FC C Ca a L n hm 367.160104⨯='〉kN53.072.5274.2010367.143800110604≈=⨯=⨯⨯⨯C a ----额定动载荷(N );n m ----螺杆的平均转速,取90-110r/min L h ----运转寿命(h ); F C ----螺旋转动的计算载荷(N )考虑到性能及安装等要求,经过比较筛选后,丝杠的选用深圳赛瑞德精工机械技术有限公司产的BSG187轴端标准化滚珠丝杠。

其参如下:图(f)6、轴承的选型轴承选用深沟球轴承和一对角接触球轴承深沟球轴承型号选6003型参图(g)/item.htm?id=6813999759角接触轴承的选型号为7002AC46102型的角接触球轴承,其参数如下:图(h)/item.htm?id=59368634197、步进电机参数计算与选型 (1)步距角的确定:已知滚珠丝杆的导程为5mm ,又根据题目对工作台的定位精度在±0.02内的要求,又根据一般开环系统机床的脉冲当量一般在02.0-005.0之间。

由此可以对电机的步距角进行计算:SS λδλααδ3603600=⇒=44.136.0~οοα=⇒式中:δ为脉冲当量,取0.005mm-0.01mmS 为丝杠导程,取4mmλ为电机与丝杠之间的传动比,此处为1.0 注:一般步进电机的步距角在336.0~οο之间(2)电机轴上总的负载转动惯量:由机床电机轴上的总当量负载转动惯量---J J J J 转子总++=21 ①丝杠的转动惯量:1053247.08.732176.510002010d 434-⨯⨯⨯⨯⨯=÷==)(ππρl J(m 2*kg )其中:ρ为丝杠密度取m 31/kg 8.710⨯,d 为丝杠的等效直径(m ),l 为丝杠长度(m )。

②工作台、工件、夹具、支承座等折算到电机轴上的转动惯量:10622p 2-•=M J 总)(π )(m 2kg *101056255.2134025--⨯=⨯⨯=)(π101010455218.2055.2176.5---⨯≈+⨯+⨯=++=J J J J 转子总 )(m 2kg * 其中:M总为总的质量,kg ;P 为丝杠导程,mm*电机转子的转动惯量小的场合,可忽略不计。

(2)步进电机转矩的计算①空载启动时,电机轴上的惯性转矩:t P 2j max∆=V J T πλ总 (Nm )20.031.271.021652510=⨯⨯=-π(N •m )其中:Δt 为电机加减速的时间(=0.1s ); P 丝杆导程(m )V max 为工作台快进速度(=3.6m/min,换算为m/s ); λ为传动比.②电机轴上的当量摩擦转矩(工作台级工件重量引起):μπληπλημg m2p m2总==FT P(m •N ) 005.010340108.01253⨯⨯⨯=⨯⨯⨯-πμT 016.0= (m •N ) 其中:η为伺服传动链的总效率,可取0.8.③因丝杠副预紧力引起的点击走上的附加摩擦转矩; 设预紧力为最大轴向载荷的1/3)1(2320ηπλη-=F mP T (N •m )109.0423178.0125075.6)1(103-⨯⨯⨯⨯=-=-πT (N •m )其中: η0为滚珠丝杠螺母副为预紧时的传动效率(=0.9)。

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