數(shù)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)目的2</b></p><p><b>　　2設(shè)計(jì)要求2</b></p><p>　　3設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2</p><p>　　3.1數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案2</p>&l

2、t;p>　　3.1.1鉆床的性能及要求2</p><p>　　3.1.2鉆床的特點(diǎn)及分類3</p><p>　　3.2 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用的鉆床型號如下圖所示4</p><p>　　3.3數(shù)控機(jī)床的分類5</p><p>　　3.3.1按伺服系統(tǒng)分類5</p><p>　　3.4伺服系統(tǒng)的確定6<

3、;/p><p>　　3.4.1.伺服系統(tǒng)的發(fā)展6</p><p>　　3.4.2.伺服系統(tǒng)的分類7</p><p>　　3.5支承零件的選用7</p><p>　　3.5.1支承座特點(diǎn)7</p><p>　　3.5.3軸承選擇思路8</p><p>　　4機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算8<

4、/p><p>　　4.1工作臺的選用8</p><p>　　4.1.1工作臺材料選用8</p><p>　　4.2托板的計(jì)算10</p><p>　　4.3.導(dǎo)軌的確定10</p><p>　　4.4滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)10</p><p>　　4.4.1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)11</p&g

5、t;<p>　　4.4.2滾珠絲杠的選用11</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠的計(jì)算11</p><p>　　4.5.滾珠絲杠動載強(qiáng)度及壽命計(jì)算13</p><p>　　4.6.滾珠絲杠的型號選擇14</p><p>　　5.導(dǎo)軌的選用14</p><p>　　5.1滾動導(dǎo)軌15<

6、/p><p>　　5.1.1滾動導(dǎo)軌的分類15</p><p>　　5.1.2滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式15</p><p>　　5.1.3滾動體結(jié)構(gòu)類型15</p><p>　　5.2滾動導(dǎo)軌參數(shù)計(jì)算16</p><p>　　5.2.1導(dǎo)軌工作壽命計(jì)算16</p><p>　　5.2.2導(dǎo)軌額定動

7、載荷16</p><p>　　6.1步進(jìn)電機(jī)的選用19</p><p>　　6.1.1步距角計(jì)算19</p><p>　　6.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量19</p><p>　　6.1.3工作臺、工件等折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量20</p><p>　　6.1.4電機(jī)軸上總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣20</p>

8、<p>　　6.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算20</p><p>　　6.2.1空載啟動時，電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩20</p><p>　　6.2.2電機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩21</p><p>　　6.2.3附加摩擦轉(zhuǎn)矩21</p><p>　　6.2.4空載啟動時電機(jī)軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩21</p><p>　　6.3

9、步進(jìn)電機(jī)選型23</p><p>　　7.聯(lián)軸器的選擇23</p><p>　　7.1聯(lián)軸器介紹23</p><p>　　7.2聯(lián)軸器選擇23</p><p><b>　　7.3軸承座24</b></p><p><b>　　摘要26</b></p>

10、<p><b>　　結(jié)束語27</b></p><p>　　附錄 一些關(guān)鍵零件的尺寸28</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　工業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)是我國的主力軍，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)

11、揮著重要的作用，進(jìn)入21世紀(jì)以后，制造業(yè)產(chǎn)出量已經(jīng)處于世界的領(lǐng)先地位，被稱之為“世界制造工廠”在制造業(yè)取得好的成績的同時，也有著許多的問題，比如產(chǎn)品的生產(chǎn)依舊是勞動密集型，工人的勞動量大，產(chǎn)品自主研發(fā)薄弱，只是制造大國還不是制造強(qiáng)國。</p><p>　　然而，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也越來越快，對產(chǎn)品的要求也越來越高，一些老舊的生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)不能滿足社會的需求了，這無形中便提高了生產(chǎn)設(shè)備的要求。就目前我國

12、的國情而言，其制造業(yè)雖有很大的規(guī)模，但還有一些小型的企業(yè)，因?yàn)楦鞣N因素的制約，仍然無法使用一些世界上先進(jìn)的設(shè)備，無法滿足產(chǎn)品的需要，因此形成了一種惡性循環(huán)。</p><p>　　制造生產(chǎn)中，大部分的產(chǎn)品生產(chǎn)是通過數(shù)控設(shè)備完成的，數(shù)控設(shè)備具有效率高，節(jié)省勞動力，可以獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)，掌握數(shù)控機(jī)床內(nèi)容與知識有很重要的意義，本說明書，通過改裝一個鉆床的工作臺，使其成為簡易的數(shù)控工作系統(tǒng)，讓我們更了解數(shù)控設(shè)備的特

13、點(diǎn)。</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過設(shè)計(jì)一套簡易的數(shù)控工作臺，初步掌握數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對今后的學(xué)習(xí)及工作儲備一定的理論知識，也能培養(yǎng)自己的動手能力。</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1要求鉆床的最大加工面積為24

14、0×180，工件的重量不能超過200kg。</p><p>　　2數(shù)控X Y工作臺要求孔的定位精度在±0.02mm內(nèi)</p><p>　　3快進(jìn)速度為3.6/min,加速時間為0.1s。</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟</b></p><p>　　3.1數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案</

15、p><p>　　數(shù)控機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案包括：數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，機(jī)電控制箱及外圍電路設(shè)計(jì)；機(jī)床主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四部分。這里主要要求是對X、Y工作臺的設(shè)計(jì)。其中包括傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌的選用與計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)的選型。</p><p>　　對工作臺的設(shè)計(jì)要求可歸納為以下幾個方面：</p><p>　?、倬哂休^高的幾何精度、傳動精度、定位精度。</p>&

16、lt;p>　?、诳拐裥砸茫幸欢ǖ膭偠?，具有大的鉆削力</p><p>　　③要能實(shí)現(xiàn)輔助操作和自動化的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　就普通工作臺與數(shù)控工作臺而言，在設(shè)計(jì)中，對其要求基本上是相同的，比如傳動精度，幾何精度抗振性，切削力等。但是具體要求的程度是不一樣的，數(shù)控機(jī)床在這些方面的要求要比普通機(jī)床的要求高出很多。</p><p>　　3.1.1鉆床的性

17、能及要求</p><p>　　在機(jī)械加工中，孔在很多的零件上都有被使用，對孔的結(jié)構(gòu)要求也各異，如：有的設(shè)計(jì)要求加工成螺紋孔、有的要求加工成光孔，有的要求加工成盲孔，</p><p>　　有的則要求加工成通孔。同時，對孔徑、孔深、公差等級表面粗糙度等，也有著較大的差異，因此，孔的加工除了用車床外，還可以用鉆床加工。</p><p>　　本課題的要求是設(shè)計(jì)一個簡易的工作

18、臺把它固定在鉆床上，該工作臺由數(shù)控系統(tǒng)控制，通過此方案，將普通機(jī)床改裝成簡易的數(shù)控鉆床。</p><p>　　3.1.2鉆床的特點(diǎn)及分類</p><p>　　常用的鉆床有臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。三種鉆床都有著共同的特點(diǎn)，加工時，主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，與沿軸線方向上的進(jìn)給運(yùn)動，而工件則固定在工作臺上靜止不動。選用鉆床時，一般根據(jù)鉆床的鉆孔范圍及有效加工面積來選用。</p>&l

19、t;p><b>　?。?）.臺式鉆床</b></p><p>　　臺式鉆床是一種小型的鉆孔加工設(shè)備，具有輕巧靈活等特點(diǎn)，適合用于小型零件上的孔加工，孔的加工直徑一般在12mm以下，工件的裝夾，多以平口虎鉗為主，鉆削時主要靠手轉(zhuǎn)動手柄進(jìn)行加工。主軸的變速調(diào)節(jié)，需要打開鉆床頂端的保護(hù)蓋，手動改變皮帶在塔形帶輪上的連接方式。</p><p><b>　?。?

20、）.立式鉆床</b></p><p>　　立式鉆床的主軸與臺式鉆床的主軸也是一樣的，固定不動，在鉆孔時，必須要讓孔的軸線與主軸的軸線對中才能加工。立式鉆床適合用于中小型孔的加工，孔的直徑一般不大于50mm。立式鉆床加工的方法基本與臺式鉆床相同。本課程設(shè)計(jì)中，根據(jù)課程設(shè)計(jì)中給出的機(jī)床參數(shù)，此次的課程設(shè)計(jì)選用的鉆床為立式鉆床。</p><p><b>　?。?）.搖臂鉆床

21、</b></p><p>　　搖臂鉆床主要由立柱，橫梁主軸箱部分，工作臺及機(jī)架組成，在加工是=時，將工件裝夾在工作臺上，工作臺固定不動，通過轉(zhuǎn)動橫梁與移動主軸來調(diào)整加工位置，因此搖臂鉆床適合加工大型且孔多的工件。</p><p>　　3.2 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用的鉆床型號如下圖所示 </p><p>　　圖3-1立式數(shù)控鉆床</p><

22、;p>　　表3-1Z4032型立式鉆床參數(shù)</p><p>　　3.3數(shù)控機(jī)床的分類</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，我國的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)形成一種品種齊全，規(guī)格繁多的結(jié)構(gòu)。從而數(shù)控機(jī)床的分類也形成多種多樣的局面。通常最基本的分類方法不外乎四種，一種是按加工方式與工藝用途分類，一種是按運(yùn)動軌跡分類，一種是按伺服系統(tǒng)分類，最后一種是控制系統(tǒng)的功能分類。此次設(shè)計(jì)任務(wù)中將重點(diǎn)介紹按伺服

23、控制系統(tǒng)的分類。</p><p>　　3.3.1按伺服系統(tǒng)分類</p><p><b>　　開環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　不具備檢測功能的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制方式如圖（3-1）所示：數(shù)控裝置經(jīng)控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號，通過脈沖信號使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，常應(yīng)用于一些經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，考慮到此次設(shè)計(jì)的為簡易經(jīng)

24、濟(jì)型機(jī)床，因此采用開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)，是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有位置檢測裝置，通過檢測絲杠的移動，來進(jìn)行控制。其示意簡圖如下所示：</p><p><b>　　cnc</b></p><p>　　插補(bǔ)指令+

25、 +</p><p><b>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動部件位置上直接裝有檢測裝置，通過檢測實(shí)際的位置移動量，與原來的位移值進(jìn)行比較，用比較的差值控制移動部件。閉環(huán)控制的精度主要取決于檢測裝置的精度，因此，此種控制系統(tǒng)價格昂貴，對機(jī)床的要求也高。其示意簡圖如下所示：<

26、;/p><p>　　3.4伺服系統(tǒng)的確定</p><p>　　伺服系統(tǒng)的作用是接收（CNC）指令，并經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換與放大，再經(jīng)過運(yùn)算處理，控制機(jī)械傳動部分工作。伺服系統(tǒng)的性能直接影響機(jī)械裝置的工作精度，響應(yīng)速度，及其平穩(wěn)性。</p><p>　　伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元，驅(qū)動元件、機(jī)械部件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測裝置注冊組成，目前，數(shù)控機(jī)床上的驅(qū)動元件一般是采用電動機(jī)驅(qū)動，已經(jīng)

27、很少使用液壓伺服系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型機(jī)床一般采用步進(jìn)電機(jī)，中高檔數(shù)控機(jī)床大多采用直流電機(jī)或交流電機(jī)。</p><p>　　3.4.1.伺服系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　伺服機(jī)構(gòu)最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，在上個世紀(jì)中期，伺服機(jī)構(gòu)的技術(shù)就已經(jīng)取得很大的進(jìn)長，當(dāng)時主要用于炮彈的位置跟蹤，對調(diào)速要求不高，所以只有位置反饋，沒有速度反饋。</p><p>　　到二十世紀(jì)后期以后，伺服機(jī)構(gòu)

28、開始在數(shù)控機(jī)床上使用，當(dāng)時主要采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，隨著科技的發(fā)展，如今伺服系統(tǒng)也越來越先進(jìn)。</p><p>　　3.4.2.伺服系統(tǒng)的分類</p><p>　　伺服系統(tǒng)的分類有很多種：具體的有按調(diào)節(jié)理論分類；按使用執(zhí)行元件分類；按被控制對象分類；按反饋比較控制方式分類。這里主要介紹按調(diào)節(jié)理論分類。</p><p>　　按調(diào)節(jié)理論的分類又可以分為開環(huán)伺服系統(tǒng)，半閉環(huán)伺

29、服系統(tǒng)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）開環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)是不帶有位置反饋的系統(tǒng)，其位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度與絲杠、齒輪等傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度。開環(huán)伺服系統(tǒng)的精度一般較低，定位精度一般為±0.02mm，當(dāng)采用螺距誤差補(bǔ)償和傳動間隙補(bǔ)償后，其精度可達(dá)±0.01mm。</p>

30、<p>　　所以，開環(huán)伺服系統(tǒng)適用于一些定位精度不高，傳動精度不高的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床。</p><p>　?。?）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)</p><p>　　半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是指反饋信號不是取自機(jī)床的最末端，而是從伺服電機(jī)或滾珠絲杠上取得的，使得最末端的工作臺或刀架之間的誤差無法得到反饋，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能檢測數(shù)控機(jī)床傳動的部分誤差。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)輕便，調(diào)試容易的特點(diǎn)，被廣泛

31、應(yīng)用于中小型機(jī)床上。</p><p><b>　　（3）閉環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　與開環(huán)伺服系統(tǒng)不同，閉環(huán)伺服系統(tǒng)直接從機(jī)床的末端（工作臺或刀架)檢測裝置上獲得反饋信號。反饋信號來自工作臺或機(jī)床刀架的實(shí)際位置，所以得到的位置精度與傳動精度都比較高。全閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜調(diào)整技術(shù)難度大，價格昂貴，因此只用于大型、精密數(shù)控機(jī)床。</p>&l

32、t;p>　　3.5支承零件的選用</p><p>　　3.5.1支承座特點(diǎn)</p><p>　　支承座的首要功能是起承載作用,機(jī)床在工作時，會產(chǎn)生很大的力與振動，支承座要承受著一定的鉆削力，摩擦力與重力。在選用時，要求支承座具有一定的剛度，抗振性，與抗壓性等。</p><p>　　前面有提到過，支承座的選用要使用減振，抗壓材料，且支承座的體積較大，要考慮到相應(yīng)

33、的制造工藝，因此選用戶口鑄鐵HT150。</p><p>　　3.5.3軸承選擇思路</p><p>　　軸承的主要作用是支承，一般分為滑動軸承與滾動軸承，機(jī)械上常用的是滾動軸承，一般由內(nèi)圈，外圈滾動體與保持架組成。考慮到滾珠絲杠的安裝，采用的形式是一端固定一端自由，這種結(jié)構(gòu) 常用于小型機(jī)床及使用要求不高的場合。這采用深溝球軸承，既可以承受一定的軸向力，也可以承受一定的徑向力。</p

34、><p>　　4機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　圖4-1為X、Y工作臺</p><p><b>　　4.1工作臺的選用</b></p><p>　　4.1.1工作臺材料選用</p><p>　　工作臺在加工中，起到承載工件的作用，同時鉆床在鉆削加工時，受到的軸向力比較大，要求材料具有消振抗

35、壓性，工作臺在工作中需要頻繁的移動，還要有一定的耐磨性，選用灰鑄鐵HT150作為鉆床的工作臺。</p><p>　　表4-1 一些常用件的選擇</p><p>　　本表格摘自GB/T.9439-1988</p><p>　　工作臺的選用一般根據(jù)被加工零件的尺寸來選擇，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一般確定的工作臺的尺寸要比所能加工的最大工件的尺寸多出30mm（單邊尺寸）。此次設(shè)計(jì)

36、中，要求工件的最大面積為240×180mm因此按照經(jīng)驗(yàn)值工作臺的尺寸要略大于工件的尺寸為300×240mm。查表4-1得出工作臺的厚度選用30mm。</p><p>　　表4-2一些常用金屬密度的選擇（單位：kg/m³）</p><p><b>　　工作臺的質(zhì)量為</b></p><p><b>　　——

37、為質(zhì)量</b></p><p><b>　　——為體積</b></p><p><b>　　——為密度</b></p><p>　　=0.3m×0.24m×0.03m×7×=15.12kg</p><p><b>　　4.2托板的計(jì)算&l

38、t;/b></p><p>　　托板分為上托板與下托板，其作用是用來支承導(dǎo)軌及工作臺。托板的結(jié)構(gòu)為板料，為節(jié)省材料，托板中間要開通槽。開槽寬度根據(jù)導(dǎo)軌的寬度確定。查表4-1選用HT150，考慮到工作臺的尺寸，因此初步設(shè)定托板的尺寸長、寬、高分別為600mm×300mm×80mm,密度按4-2選取。開槽尺寸為600mm×160mm×80mm</p><

39、;p>　　=(0.6×0.3×0.08×7×) -（0.6×0.16×0.08×）=47.04kg</p><p>　　考慮到托板分上下兩塊因此=2×47.04=94.08kg</p><p><b>　　4.3.導(dǎo)軌的確定</b></p><p>　　導(dǎo)軌為

40、標(biāo)準(zhǔn)件，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值算出尺寸，然后在按表5-2查實(shí)際尺寸，數(shù)控根據(jù)托板的尺寸，一般要比托板短，導(dǎo)軌的寬度與托板相同，高度初步確定為30mm因此導(dǎo)軌的長、寬、高分別為500mm×65mm×40mm。材料按表4-1選HT150。導(dǎo)軌安裝在托板上，每塊托板上有兩塊導(dǎo)軌，因此</p><p>　　=4×（0.5×0.065×0.04×7×）=36.4k

41、g</p><p>　　4.4滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　4.4.1特點(diǎn)</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，他具有以下特點(diǎn)。</p><p>　　①摩擦損失小，傳動效率高，滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動效率可達(dá)0.92~0.96，是普通滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)的3~4倍&

42、lt;/p><p>　　②運(yùn)動平穩(wěn)，摩擦力小，靈活度高，由于滾珠絲杠是動摩擦，因此摩擦阻力小，傳動平穩(wěn)，運(yùn)動靈活。</p><p>　　③磨損小，壽命長，維護(hù)簡單。</p><p>　?、茌S向剛度高，反向定位精度高，由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，定位精度好。</p><p>　?、轁L珠絲杠的有專業(yè)的廠生產(chǎn)

43、，選用配套方便。</p><p>　　4.4.1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)</p><p>　　滾珠絲杠副的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。</p><p><b>　?。?）.內(nèi)循環(huán)</b></p><p>　　滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副摩擦損失小，傳動效率高，適用于各種高靈敏高剛度的精密定位

44、系統(tǒng)。但重載荷，大導(dǎo)程的絲杠不宜采用。</p><p><b>　　(2).外循環(huán)</b></p><p>　　滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。外循環(huán)的滾珠絲杠螺母副剛性差，易磨損，只適用于一般要求的機(jī)床。</p><p>　　4.4.2滾珠絲杠的選用</p><p>　　滾珠絲杠主要起傳動作用，在上述的章節(jié)

45、中有介紹過滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用場合，考慮到此次改裝的為一個簡易數(shù)控工作臺，因此，在選用滾珠絲杠螺母副的時候，要選用適用于小型且要求精度不高的機(jī)床，這里使用的是采用外循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母副。</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠的計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠,在選用時，首先根據(jù)動載強(qiáng)度計(jì)算或靜載強(qiáng)度計(jì)算來確定尺寸規(guī)格，然后對剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。</p><p&

46、gt;　?。?）.絲杠工作時的軸向壓力</p><p><b>　　——軸向壓力</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　g取10N/kg。</b></p><p>　　為導(dǎo)軌摩擦系數(shù),在計(jì)算絲杠的軸向壓力時，要求出導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，導(dǎo)軌的類型

47、不同，其摩擦系數(shù)也不一樣，一般情況下，普通導(dǎo)軌直線運(yùn)動型的導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.002~0.003.</p><p>　　為最下面絲杠以上總的質(zhì)量。</p><p>　　=工件質(zhì)量+工作臺質(zhì)量+導(dǎo)軌質(zhì)量+托板質(zhì)量</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=200+15.12+94.08+36.4=345.

48、6kg。</p><p>　　考慮到電機(jī)，夾具等因素，取400kg.</p><p><b>　　因此=</b></p><p>　　=400×10×0.003=12N</p><p>　?。?）.螺旋傳動的計(jì)算載荷</p><p>　　滾珠絲杠在使用過程中，需要頻繁的轉(zhuǎn)動，改

49、變反向，要求具有好的耐磨性，高的強(qiáng)度硬度，還要具備高的抗疲勞強(qiáng)度及足夠的韌性，絲杠的材料采用滾動軸承鋼，最終熱處理后的硬度可達(dá)60HRC左右。常用的滾動軸承鋼有G15、G15SiMn,其中前者用于小型機(jī)床的滾珠，滾柱及重要的傳動件。（按照此條件選擇4-2中的）</p><p>　　滾珠絲杠的選用包括精度選擇、尺寸規(guī)格，支承方式等幾個方面。</p><p><b>　　——螺旋傳動

50、載荷</b></p><p><b>　　——載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　——硬度系數(shù)</b></p><p><b>　　——精度系數(shù)</b></p><p>　　因此=1.2×1×1×12=14.4N</p&

51、gt;<p><b>　　表4-1載荷系數(shù)</b></p><p>　　表4-2硬度系數(shù)及硬度影響系數(shù)</p><p><b>　　精度系數(shù)</b></p><p>　　絲杠精度的選用普通數(shù)控機(jī)床選用D級精度，精密型數(shù)控機(jī)床選用C級精度。</p><p>　　4.5.滾珠絲杠動載強(qiáng)度及

52、壽命計(jì)算</p><p>　　在選擇絲杠螺母時，一般先根據(jù)動載強(qiáng)度計(jì)算或靜載強(qiáng)度計(jì)算來確定其尺寸規(guī)格，然后再對剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。</p><p>　　在選擇時，選定的滾珠絲杠螺母副的額定動載荷必須不能小于其計(jì)算值。</p><p>　　=14.4277.88N</p><p>　　——額定動載荷（N）</p><p&g

53、t;　　——螺桿的平均轉(zhuǎn)速（取90-110r/min)</p><p><b>　　——運(yùn)轉(zhuǎn)壽命（h)</b></p><p>　　_螺旋傳動的計(jì)算載荷（N）</p><p>　　表4-3各類機(jī)械預(yù)期工作時間</p><p>　　4.6.滾珠絲杠的型號選擇</p><p>　　在選擇絲杠螺母時，一

54、般先根據(jù)動載強(qiáng)度計(jì)算或靜載強(qiáng)度計(jì)算來確定其尺寸規(guī)格，然后再對剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)得出的結(jié)果，滾珠絲杠的型號選用SFU1605-4額定動載荷為780，靜載荷為1790。</p><p><b>　　5.導(dǎo)軌的選用</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床上都會有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的主要功能是起導(dǎo)向和承載作用，具有一定的抗壓與抗

55、振性，同時還要有耐磨性與一定的剛度，根據(jù)前述表4-1，導(dǎo)軌的材料選用HT150.</p><p><b>　　表5-1導(dǎo)軌的選用</b></p><p>　?、倥佬?爬行是指在機(jī)械運(yùn)動中滑動摩擦副的從動件在勻速驅(qū)動和一定摩擦條件下產(chǎn)生的周期性時停時走或時慢時塊的運(yùn)動現(xiàn)象.</p><p><b>　　5.1滾動導(dǎo)軌</b>

56、</p><p>　　根據(jù)課題設(shè)計(jì)的要求,采用滾動導(dǎo)軌.滾動導(dǎo)軌的特點(diǎn)及應(yīng)用場合如表5-1所示。</p><p>　　5.1.1滾動導(dǎo)軌的分類</p><p>　　滾動導(dǎo)軌的分類可按滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式，滾動體類型分。</p><p>　　5.1.2滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　直線滾動導(dǎo)軌副&l

57、t;/b></p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌副由長導(dǎo)軌和帶有滾珠的滑軌組成，在各個方向都能承受載荷，這種導(dǎo)軌是機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造工藝輕便。</p><p><b>　　滾動導(dǎo)軌塊</b></p><p>　　采用循環(huán)的滾子，與機(jī)床床身導(dǎo)軌配合使用。此種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌多用于承載能力較大的機(jī)床，相對直線導(dǎo)軌副復(fù)雜。</p><

58、p>　　5.1.3滾動體結(jié)構(gòu)類型</p><p>　　滾動體類型分為滾珠，滾柱，滾針等。</p><p><b>　?。?）滾珠導(dǎo)軌</b></p><p>　　滾珠導(dǎo)軌摩擦力小，承載能力較差，一般應(yīng)用于小載荷的機(jī)床。</p><p><b>　?。?）滾柱導(dǎo)軌</b></p>

59、<p>　　滾柱導(dǎo)軌為線接觸，承載能力較大，多用于承載能力大的機(jī)床。</p><p><b>　?。?）滾針導(dǎo)軌</b></p><p>　　滾針導(dǎo)軌尺寸小結(jié)構(gòu)緊湊，但制造精度要求高，摩擦因數(shù)大，適用于導(dǎo)軌尺寸受限的機(jī)床。</p><p>　　這里選用直線滾動導(dǎo)軌副，滾動體用滾珠。</p><p>　　5.2滾

60、動導(dǎo)軌參數(shù)計(jì)算</p><p>　　5.2.1導(dǎo)軌工作壽命計(jì)算</p><p>　　-導(dǎo)軌工作壽命（小時），要求壽命不低于5年。</p><p>　　假設(shè)該導(dǎo)軌工作壽命為8年，每天工作10小時，一年365天，考慮到休息日與節(jié)假日，實(shí)際工作天數(shù)為320天，則=8×10×320=25600h</p><p>　　-單向行程（m

61、)，在上面的章節(jié)中，已經(jīng)求出導(dǎo)軌的總體尺寸，其長度為700mm，因此，在此處，單向行程取550mm</p><p>　　N-每分鐘往返次數(shù)（取4-6次/分鐘），在制造加工業(yè)，生產(chǎn)效率多以秒為單位，同時，考慮到導(dǎo)軌的往返次數(shù)，以分鐘計(jì)算會造成浪費(fèi)，因此將其化成秒</p><p>　　則導(dǎo)軌行程長度壽命為：</p><p><b>　　=</b>&

62、lt;/p><p><b>　　=8448k.m</b></p><p>　　5.2.2導(dǎo)軌額定動載荷</p><p><b>　?。?）鉆床切屑力</b></p><p>　　在計(jì)算導(dǎo)軌的動載荷時，首先要先求出鉆床切屑力，切屑力，是在刀具在加工過程中產(chǎn)生的作用在工件上大小相等方向相反的力，也就是材料抵

63、抗刀具切削的阻力。鉆床切削力的計(jì)算，有多種方法，一是根據(jù)切削速度、進(jìn)給力、工件轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等計(jì)算。二是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和估計(jì)切屑力來計(jì)算，這里采用第二種方法。</p><p>　　鉆床的切屑力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，一般取鉆床工作臺重量的1~1.2倍。</p><p>　　因此=1.2×15.12×10=181.44N。</p><p>　　假設(shè)每個導(dǎo)軌上有兩

64、個滑塊，則總的滑塊數(shù)為4。</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1029.61N</b></p><p>　?。?）導(dǎo)軌額定動載荷</p><p><b>　　=1029.61</b></p><p>　　11378N1

65、1.4kN</p><p>　?。?）根據(jù)導(dǎo)軌的額定動載荷確定導(dǎo)軌型號。</p><p>　　選擇四方向等載荷型滾動直線導(dǎo)軌副型號為GGB20AA,其有關(guān)數(shù)據(jù)如下</p><p><b>　　圖5-1四方向?qū)к?lt;/b></p><p>　　GGB型編號規(guī)則及含義 </p><p>　　GGB A

66、A/AAL四方向等載荷型滾動直線導(dǎo)軌副</p><p>　　6.1步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的機(jī)電執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動由脈沖信號控制，精度由步距角控制，轉(zhuǎn)動的步距角越小，精度越高。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一般應(yīng)用于開環(huán)伺服系統(tǒng)，主要用于精度要求較低的中小型機(jī)床。步進(jìn)電機(jī)的使用，要解決以下幾個問題：電機(jī)軸的載荷計(jì)

67、算，電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算。</p><p>　　6.1.1步距角計(jì)算</p><p><b>　　-步距角</b></p><p>　　-脈沖當(dāng)量，脈沖當(dāng)量的精度要高于工作臺的定位精度。在本設(shè)計(jì)中，給出的工作臺定位精度為±0.02mm。因此的值選0.01，</p><p>　　-傳動比，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，絲杠轉(zhuǎn)動

68、一定范圍，這里取值為1。</p><p>　　,P-絲杠導(dǎo)程 mm。由表4-5可知絲杠導(dǎo)程為5mm。</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　==0.36</b></p><p>　　6.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　

69、　-絲杠密度7.8，</b></p><p>　　d為絲杠等效直徑，按照絲杠的型號，查出絲杠直徑為φ16mm，</p><p>　　I-絲杠長度，導(dǎo)軌的長度按在前面章節(jié)已經(jīng)算出，為700mm，按照經(jīng)驗(yàn)值，絲杠長度取600mm。</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　=&

70、lt;/b></p><p>　　6.1.3工作臺、工件等折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　-按照前面計(jì)算得出的結(jié)果取400kg。</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　=2.5</b></p><p>　?。姍C(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣性

71、小，忽略不計(jì)）。</p><p>　　6.1.4電機(jī)軸上總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣</p><p><b>　　=+2.5</b></p><p><b>　　=2.8</b></p><p><b>　　6.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算</b></p><p>　　6.2.1

72、空載啟動時，電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　（Nm)</b></p><p>　　為電機(jī)加減速時間(0.1s)</p><p>　　為絲杠導(dǎo)程(m)取0.01m。</p><p>　　為工作臺快進(jìn)速度,（設(shè)計(jì)要求給出，3.6m/min, 0.06m/s)</p><p><

73、b>　　為傳動比</b></p><p>　　=2.80.106Nm</p><p>　　6.2.2電機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　工作臺及工件重量引起</p><p>　　為伺服傳動鏈的總效率，取0.8.</p><p>　　= =0.0119N.m</p><p

74、>　　6.2.3附加摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　絲杠副預(yù)緊力引起的電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時的傳動效率（取0.9）</p><p>　　（設(shè)預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3）則</p><p><b>　　==7.56N.m</b></p><p>　　

75、6.2.4空載啟動時電機(jī)軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　=0.106+0.0119+7.56=0.12N.m。</p><p>　　所選取的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩需滿足： </p><p><b>　　0.135</b></p><p>　　表6-1步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p><b&

76、gt;　　6-2外形安裝尺寸</b></p><p>　　6-2步進(jìn)電機(jī)外形圖</p><p>　　初選步進(jìn)電機(jī)型號為90BYG5501。</p><p><b>　　6.3步進(jìn)電機(jī)選型</b></p><p>　　在選型時必須同時滿足轉(zhuǎn)動慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求，即應(yīng)進(jìn)行慣量匹配驗(yàn)算：</p>&l

77、t;p>　　根據(jù)上表初選步進(jìn)電機(jī)型號為90BYG5501，，經(jīng)驗(yàn)算，不符合，電機(jī)型號要另選。</p><p>　?。樗x電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量）</p><p>　　另選后的電機(jī)型號為90BYG5502.</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的最大運(yùn)行頻率f滿足：</p><p><b>　　7.聯(lián)軸器的選擇</b></p

78、><p><b>　　7.1聯(lián)軸器介紹</b></p><p>　　聯(lián)軸器聯(lián)軸器的功用是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩軸(主動軸和從動軸)使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的零件在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。</p><p><b

79、>　　7.2聯(lián)軸器選擇</b></p><p>　　上述中我選用的電機(jī)轉(zhuǎn)動在軸直徑為14，因此我選用的聯(lián)軸器為CS-GH-50C。</p><p>　　表7-1聯(lián)軸器的選用</p><p><b>　　7.3軸承座</b></p><p><b>　　圖7-2軸承座外觀</b>&l

80、t;/p><p>　　表7-2軸承座的選用</p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑為16mm，因此我先擇的軸承座為：</p><p><b>　　EK-12</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個簡易的數(shù)控XY工作

81、臺，固定在某一鉆床上，該工作臺的移動由步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制，通過此次的課程設(shè)計(jì)，能夠全面多方位掌握數(shù)控機(jī)床的基本知識與內(nèi)容， 并懂得使用手冊及技術(shù)資料。</p><p>　　關(guān)鍵詞：X、Y工作臺 步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲杠 滾動導(dǎo)軌 </p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，此次設(shè)

82、計(jì)的內(nèi)容是改裝一個數(shù)控X Y工作臺，使其成為一個簡易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床，其中包括總體的方案及機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，計(jì)算，在實(shí)際工作過程中，還有很多的知識欠缺，經(jīng)驗(yàn)不足等，比如第四章中，工作臺，導(dǎo)軌托板尺寸的確定，常常需要經(jīng)驗(yàn)值確定，當(dāng)計(jì)算的質(zhì)量過大時，在最后電機(jī)的選用有可能會不合適，這時就得重新改變尺寸，或者另外選擇絲杠型號在進(jìn)行電機(jī)選用。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為絲杠計(jì)算，導(dǎo)軌計(jì)算及步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算，本書中

83、涉及到的圖表，一部分取自《數(shù)控功能部件用指導(dǎo)手冊》與《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)指南》，另一部分取自百度文庫。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，首先的感謝老師的指導(dǎo)與同學(xué)的指正和幫助從而及時改正錯誤。</p><p>　　由于自身的能力不足及知識欠缺，以及一些無法預(yù)見的因素，因此設(shè)計(jì)中會出現(xiàn)一些想不到的問題，還請老師批評斧正。</p><p>　　附錄 一些關(guān)鍵零

84、件的尺寸</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[ 1 ] 付承云.數(shù)控功能部件選用指導(dǎo)手冊. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[ 2 ] 文懷興.夏田數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南 北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[ 3 ] 楊賀來 數(shù)控機(jī)床.北京.清華大學(xué)出版

85、社，2009</p><p>　　[ 4 ] 李玉平 張洪濤 機(jī)械制造基礎(chǔ). 北京.郵電大學(xué)出版社，2012</p><p>　　[ 5 ] 文懷興.夏田 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2014</p><p>　　[ 6 ] 楊可楨 李仲生等 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 北京.高等教育出版社 2013</p><p><b>