(完整版)数控机床课程设计-X-Y数控工作台设计(完整图纸).docx

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1、课程设计任务书题目：数控工作台设计时间：2012年11月19日2012年12月29日，共六周要求：该工作台可安装在钻、铳床上用于钻孔或铳削加工。设计参数如下：X方向的脉冲当量为：0.01mm/step;最大钻孔直径15mm,铁刀直径的d132rm;齿数为4;加工材料为碳钢；工作台行程范围是：400mmX320mm,;最大快速移动速度为:3mmin,具体任务：1、 确定总体方案，绘制系统组成图一张(A3)2、 机械部分设计计算，选择适当的元器件；3、 画出XY工作台外形图和X向机械部分装配图一张(AO)4、 设计控制系统硬件电路，画出控制系统硬件电路图一张(A1)5、 编写设计说明书1分，(不少

2、于8000)级:生：指导老师:2012411月1前言42、课程设计的目的、意义及要求53课程设计的内容、74数控系统总体方案的确定85机械部分的设计96滚珠丝杠螺母副的选型和校核107导轨的选型和计算128驱动电机的选用139数控系统的设计1610心得体会2411参考书籍26设计目的数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上.同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高

3、O数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。数控技术不断的发展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志，数控技术的成熟也是当代科技发展的标志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决

4、实际问题能力的重要步骤。这个课程设计是以机电一体化的典型课题数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养自身具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在老师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。课

5、程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练.如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。说明书的内容应包括:课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1 .采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。2 .选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。3

6、 .精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。一。总体方案的确定1.1设计参数其设计参数如下表：最大铳刀直径中最大钻孔直径加工材料工作台加工范围（mm）最大移动速度32mm15mm碳钢X=400,y=3203mmin工作台102初选步进电动机和丝杠可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由i=&二,b为步进电机步距角，Lo为滚珠丝杠导程，6.为系统脉冲当量;360b,选电动机型号为55BF00

7、9,其步矩角%=0.9。选丝杠规格为2005-3(FYND)其导程为4mm,由传动比公式i=且4得i=9x4=i360X%3600.01故可用联轴器将电机与丝杠直接连接.1o3初定工作台尺寸查机电一体化设计手册，根据(GB/T1581996)选工作台T型槽尺寸如下：深度H=I5mm槽低宽度B=12mm槽宽A=6mmC=6mm槽数=5,间隔=4Omm由工作台加工范围400*320选工作台尺寸初定X向滚珠丝杠长度L=460mmIwhp50-60Lx+B+10203545二。机械部分的设计2o1传动系统X向等效转动惯量计算2o1.1机转子转动惯量j3d，l联轴器J=叱D回转体直径，L回转32g8体长

8、度，g重力加速度；Jd=0.0701kgcm22o1O2丝杠的转动惯量人=。-78乂。乜乂10-3这.加得32gJs=0.782434010-3=0.424kgcm22.1.3工作台转动惯量JG由于工作台材料为碳钢，故其质量为m=pv=7.81030.40.020.32=11.74JG=(-l-)2m=(O/)2X1174=0.(M73kg.cm2223.14由于联轴器的转动惯量小故可忽略不计2。1.4总转动惯量计算JZ=Jd+JS+Jg=0.07010.424O.O473=0.5414kgcm22.2工作载荷分析及计算铳削运动的特征是主运动为铳刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在

9、垂直于铳刀轴线方向缓慢进给（键槽铳刀可沿轴线进给）。铳刀的类型很多，但以圆柱铳刀和端铳刀为基本形式，此选用圆柱铳刀，铳刀材料选择高速钢。查金属切削手册常用铁刀介绍表，选择细齿锥柄立铳刀，其尺寸参数如下：d=32mm,齿数Z二4。2.2. 1查金属切削手册细锥柄立铁刀切削用量表得铳削速度v=20初min查铳工表24,初选町=0.03mm因此可得afZ200.03x4=382r / min查机械制造基础课程设计指导书表4-15立式铳床主轴转速表，选铳床型号X51,查其转速表并将转速圆整为=38(Wmin实际切削速度为=*=314x16x380=9.i血minIOOOIOOO故实际Of=0.0196

10、/77/27fZn4x3802.2o2根据机电一体化系统设计课程设计指导书表37得高速钢铳刀铳削公式为Fc=118a/85X2075XJ0-073apL0n0i3XZ查机电一体化系统设计课程设计指导书表3-8得铳削力系数C广118有B=II8x68.2X55X0.0296。X32x5=295.139N2o3进给工作台工作载荷计算有如下表格参数比值不对称铳削逆铳顺铳FJFz1.20.9FVlFZ0.30.8FCiFZ0.40.4故有纵向进给方向k=L2x295.I39=434J67NFiS=0.9295.139=275.625N工作台垂直进给方向O=O3x295.I39=8854NFvs=0.8

11、295.139=256.1IN工作台横向进给方向=FCS=0.4x295.139=118.0552.4滚珠丝杠螺母副的选型和校核2.4.1最大工作载荷的计算滚珠丝杠上的工作载荷晨为走刀抗力，移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。由于选择的导轨要求结构紧凑，间隙调整方便，摩损小，有良好的精度保持性且运动平稳，故选择直线滚动导轨，在此设计中还要求导轨能承受一定的颠覆力矩，所以选择燕尾导轨的实验公式进行计算，F111=kFL+f(Fv+2.+G)Z=I.4f=0.2将所得数据代入公式有：Fm=1.4434.167+0.2(256.11+0.2118.055+66.052)=683.97

12、4TV2o4o2最大动负载C的计算及主要尺寸滚珠丝杠最大运载荷C=VZX(X工，_60ntL=-IO6n=1000xv=1000x0.045=1L25r/minLo60l1.25 15000IO6=10.125106rC= V10.125 2683.974 = 3661.36N Ca= 7.747KN2.4o 3传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为=查得之=2。55,(或可由ZI =姐算出)tg + )0 = 10Do2o55,(2o55,+10,)=0.9462o4o 4刚度验算丝杠的拉压变形量的计算 满载时拉压变形量：FmX LEA683.974x46020.61043.1417.524

13、=0.00369/77/7?滚珠与螺纹滚道间的接触变形量必7,有预紧时多=00013dwfyjz2式中DW为滚珠直径,Dw = 2.381 nnZ为滚珠总数量ZE=ZX圈数X列数= 23x3x1 = 69个z=（詈普TF%为预紧力=/3= 683.974 / 3 = 227.991N2=0.0013 683.974/ 9.832.381 127.9919.8692=0.(X)12滚珠丝杠副刚度的验算丝杠总变形量S=在+2=0.00369+0.0012=0.00489nun变形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005=0.004890o005因此符合设计要求2.4o5压杆稳定性验算由机

14、电一体化系统设计课程设计指导书式3-28失稳时的临界载荷Fk为_fk2E1卜K32Ka丝杠截面惯量矩I=204/64=3190.29ZWn查表334,双推得,0=2.0F=21020.61043190.293002=49075N稳定性安全系数K=FK/E”=49075/683.974=71.9ma=4故丝杠符合要求2o5导轨的选型和计算由于选择的导轨为直线滚动导轨由机电一体化系统设计课程设计指导书3-36到表3-40L=50(CJj)3FmaXJw每个滑块的工作载荷Eq+F=号史+58=95.993N取硬度系数f=Oo53、f=kf=Qo81、f=2预设导轨寿命L=50km则根据此寿命可算出C1=32O67kN故选导轨型号GDA20SV符合要求，知其c=12.4KN2.6驱动电机的选用根据脉冲当量和最大静转矩初选择电机2.6.1步距角的选择已知脉冲当量为=0.01w/脉冲由公式心代入数据得%=0.01=3pz3601x3602o6.2步进电机输出转矩的选择查机电一体化系统设计课程设计指导书表4-3得步进电机启动转矩也与最大静转矩Mymax的关系有x=0.