XY数控机床设计说明书

1《数控机床》课程设计说明书设计题目：X-Y数控机床工作台设计学院：机械工程学院专业：机械自动化班级：机自Y126学号：201200608003姓名：王舒恒指导老师：李冰课程设计2摘要当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。关键字：机电一体化组成要素滚珠丝杠滚动导轨步进电机AbstractNowtheworldelectronictechnologyrapidlyexpand,themicroprocessor,themicrocomputerobtainthewidespreadapplicationinvariousareaoftechnology,tovariousdomainstechnologydevelopmentenormouspromotioneffect.Aperfectintegrationofmachinerysystem,shouldcontainthefollowingseveralbaseelements:Basicmachine,powerandactuationpart,implementingagency,sensingmeasurementcomponent,controlandinformationprocessingpart.Theintegrationofmachineryisthesystemtechnology,thecomputerandtheinformationprocessingandmanagementtechnology,theautomaticcontroltechnology,theexaminationsensingtechnology,theservodrivetechnologyandthemechanicalskillandsoonmulti-disciplinaryareaoftechnologysynthesisoverlappingtechnology-intensivesystemsengineering.Newgeneration'sCNCsystemthiskindofmodelintegrationofmachineryproducttowardthehighperformance,theintellectualization,thesystematizationaswellasthefeatherweight,themicrominiaturizeddirectiondevelops.keywords:Integrationofmachineryfoundationbasiccomponentelementscharacteristictrendofdevelopment.目录第一章前言………………………………………………………………………………1第二章设计主要步骤…………………………………………………………………2第一节确定设计总体方案…………………………………………………………2一、机械传动部件的选择……………………………………………………2二、方案的比较及确定……………………………………………………2第二节机械传动部件的计算与选型………………………………………………3一、导轨上移动部件的重量估算……………………………………………3二、计算切削力………………………………………………………………4三、滚珠丝杆传动的设计计算及效验………………………………………5四、步进电动机的传动计算及电机选用……………………………………10五、滚动导轨的设计计算……………………………………………………17六、其余附件的选择…………………………………………………………18第三章致谢………………………………………………………………………………21参考文献……………………………………………………………………………………21第一章前言当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围覆盖很多领域。《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的：一、通过设计，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想关知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。二、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、设计计算及选用的方式。三、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式。四、培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想。五、锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力。第二章设计主要步骤第一节确定设计总方案一、机械传动部件的选择方案一：（一）、丝杠螺母副的选择，选用滚珠丝杠内循环方式。（二）、导轨副的选用，选用直线滚动运动导轨。（三）、伺服电动机的选用，选用步进电动机。方案二：（一）、丝杠螺母副的选择，选用滚珠丝杠外循环方式。（二）、导轨副的选用，选用直线滚动运动导轨。（三）、伺服电动机的选用，选用交流伺服电动机。方案三：（一）、丝杠螺母副的选择，滑动丝杠副。（二）、导轨副的选用，选用圆周运动导轨。（三）、伺服电动机的选用，选用直流伺服电动机。二、方案的比较及确定（一）、螺母副的选择伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和±0.02mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。这样能达到较高的精度要求，而且其摩擦力小，传动效率高，传动平稳，灵敏度高，低俗无爬行，轴向刚度高，反向定位精度高，磨损小，寿命长，维护简单，传动具有可逆性，不能自锁，同步性能好，有专业厂生产，选用配套方便。同时选用内循环的形式，这样滚珠的回路短，滚珠的数目少，流畅性好，摩擦力小，传动效率高，且径向尺寸紧凑，轴向精度高，但此种循环不能用于多头螺纹传动，回珠器槽复杂。由于定位精度不高，故选用垫片调隙式调隙方式，这种调隙方式结构简单，刚性好，装卸方便。由于工作台最快移动速度min/3000maxmaxmmvvyx，所以转速不高，故可以采用一般的安装方法，即一端固定，一端游动的轴承配置方式。（二）、导轨副的选用要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。（三）、伺服电动机的选用定位精度未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性/价比。根据以上比较，方案一比较合适，所以选择方案一。第二节机动传动部件的计算与选型一、导轨上移动部件的重量估计根据给定的有效行程,估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。XY工作台如图所示:X-Y数控工作台外形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、滚珠丝杆副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为800N。二、计算切削力根据设计任务，加工材料为碳素钢或有色金属及如下参数：立铣刀最大直径d=15mm立铣刀齿数z=3最大切削宽度Ca=15mm最大背吃刀量ca=8mm设零件的加工方式为立式加工，采用硬质合金铣刀，工件材料为碳素钢，由查是《简明切削手册》表3-1式选用硬质合金铣刀由表3-17表3-27查的最大切削参数如下：每齿进给量mm23.0fZ铣刀转速n=1875r/min查表3-28的立铣刀的切削时的切削力计算公式为：cFFFFFFwaueyzxpFckndzafaCF0代如上式得：1166cF采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由查得，各铣削力之间的比值范围如下：fF/cF=(1.0~1.2)取1.1fnF/cF=(0.2~0.3)取0.25eF/cF=（0.35~0.4）取0.38考虑逆铣时的情况，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：NFFcf6.12821.1（与丝杠轴线平行）NFFce8.44338.0（与工作台面垂直）NFFcfn5.29125.0（与丝杠轴线垂直）考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力zF，受到水平方向的铣削力分别为fF和fnF，今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力xF，径向铣削力为yF。6.1282fxFFNFFez08.443三、滚珠丝杠传动的设计计算及效验（一）、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，滚动导轨上的摩擦系数查《数控机床系统设计》（文怀兴、夏田北京：北京化工出版社，2005.）中P170可知u=0.0025—0.005,现取u=0.005，求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：)(GFFuFFzyxeq=1282.6+0.005×(291.5+443.08+800)=1291N（二）、最大计算动载荷的确定设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程P=6mm,则此时丝杠转速eqn=v/P=100/3r/min。预计滚珠丝杠的工作5年,每年算300天，每天工作8小时，由此得使用寿命为：5300812000hT根据《数控机床系统设计》（文怀兴、夏田北京：北京化工出版社，2005.）中P100，公式5—4得：'66010eqnTT其中T——使用寿命12000hN——循环次数eqn——滚珠丝杠的当量转速80r/min求得：2410120003100606'T（610r）查《数控机床系统设计》（文怀兴、夏田北京：北京化工出版社，2005.）中P99，表5-1、5-2得，受中等冲击载荷取值范围1.2~1.5df，现取1.3df，滚道硬度为60HRC时，硬度影响系数取值1.0hf，由《数控机床系统设计》（文怀兴、夏田北京：北京化工出版社，2005.）中P99，式5-33'cdheqCTffF代入数据得：4841129113.1243cC(三)、规格型号的初选根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查网上生产该型号的生产厂家的资料，选择佛山市南海区中森精密机械有限公司DFU02506-4型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副，其公称直径为25mm，导程为6mm，循环滚珠为3圈×2系列，精度等级取5级，螺母安装尺寸L=105mm，额定动载荷为11921N，大于最大计算动载荷cC=4841N，满足要求。滚珠丝杠螺母副几何参数（单位mm）名称符号计算公式和结果丝杠滚道公称直径0d25螺距P6钢球直径wd3.969偏心距e0.0449e丝杆丝杠外径1d24.6丝杠底径2d22.7螺杆接触直径zdc