xy工作臺(tái)數(shù)控改造課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)目的··························&

2、#183;·········1</p><p>　　二、設(shè)計(jì)要求······················

3、;··············2</p><p>　　三、設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟·················

4、;·········3</p><p>　?。ㄒ唬┛傮w設(shè)計(jì)方案······················

5、······3</p><p>　　1、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求·························

6、;·3 </p><p>　　2、待改裝鉆床型號(hào)的確定························3</p><p>　　3、控制方式的確

7、定······························4</p><p>　　4、伺服系統(tǒng)的確定·

8、·····························4</p><p>　　5、工作臺(tái)參數(shù)的初步選定·

9、3;······················5</p><p>　　6、導(dǎo)軌的選型思路·········

10、;·····················5</p><p>　　7、絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路·········

11、;·······7</p><p>　　8、滾珠絲杠選型思路························

12、;····7</p><p>　　9支承座材料的選取···························

13、···7</p><p>　　10、軸承類型的選取思路·························7</p><

14、;p>　?。ǘC(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算·················8</p><p>　　1、確定承載臺(tái)的尺寸及其重量·········

15、3;···········8</p><p>　　2、拖板參數(shù)設(shè)計(jì)····················

16、·············8 </p><p>　　3、工作臺(tái)板的參數(shù)和設(shè)計(jì)···············

17、83;·········9</p><p>　　4、滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)計(jì)算與選型·····················

18、····10</p><p>　　5、滾珠絲杠參數(shù)計(jì)算與選型·······················12</p><p&

19、gt;　　6、軸承的選型··································

20、3;14</p><p>　　7、步進(jìn)電機(jī)參數(shù)計(jì)算與選型······················15</p><p>　　8、聯(lián)軸器的選擇··

21、83;·····························19</p><p>　　9、支承座參數(shù)設(shè)計(jì)·

22、83;····························20</p><p>　　四、設(shè)計(jì)心得···

23、··································21</p>&l

24、t;p>　　五、參考文獻(xiàn)··································&

25、#183;··22</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，能夠全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本內(nèi)容和基本知識(shí)，初步掌握數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)方法，并能學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料。同時(shí)，培養(yǎng)相應(yīng)的創(chuàng)新意識(shí)、工程意識(shí)和動(dòng)手能力。</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)要求&

26、lt;/b></p><p>　　、改造后的鉆床能夠加工最大面積為的工件,最大工件重量200kg；</p><p>　　、數(shù)控XY工作臺(tái)要求孔的定位精度在mm內(nèi)，快進(jìn)速度為3.6m/min，加減速度時(shí)間為0．1秒。</p><p>　　三 設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟</p><p><b>　?。ㄒ唬┛傮w設(shè)計(jì)方案</b>&l

27、t;/p><p>　　1、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求</p><p>　　（1）、改造后的鉆床能夠加工最大面積為的工 件,最大工件重量200kg；</p><p>　　（2）、數(shù)控XY工作臺(tái)要求孔的定位精度在mm內(nèi)，快進(jìn)速度為3.6m/min，加減速度時(shí)間為0．1秒。</p><p>　　2、待改

28、裝鉆床型號(hào)的確定:機(jī)床樣式如圖（a）</p><p><b>　　圖(a)</b></p><p><b>　　表(一)</b></p><p><b>　　3、控制方式的確定</b></p><p>　　因?yàn)槭倾@床改裝成為數(shù)控鉆床，所以選用點(diǎn)位控制。</p>&

29、lt;p><b>　　4、伺服系統(tǒng)的確定</b></p><p>　　依據(jù)題目要求，要求把普通鉆床改裝成建議的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床。所以經(jīng)過(guò)對(duì)各種伺服系統(tǒng)特點(diǎn)的比較，決定選用開環(huán)伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)符合一般精度要求以及經(jīng)濟(jì)性良好，符合題目要求。如下圖：</p><p><b>　　圖（b） </b></p><p>　　5、承

30、載臺(tái)參數(shù)的初步選定</p><p>　　（1）尺寸：依題目要求，加工面積為190mm*190mm。而根據(jù)平時(shí)經(jīng)驗(yàn)，加工時(shí)考慮到工件要用夾具進(jìn)行夾緊，故工作臺(tái)的工作面的尺寸要比最大加工面積的尺寸每邊大30-40mm，所以選定工作太尺寸為270mm*270mm*30mm。</p><p>　　（2）材料：工作臺(tái)在工作狀態(tài)下受到一定的沖擊和振動(dòng)，所以工作臺(tái)選用牌號(hào)為HT150的灰鑄鐵。HT350

31、具有鑄造性能良好、切削性能良好、減摩性好、減振性強(qiáng)及缺口敏感性低等諸多優(yōu)點(diǎn)。（參考《工程材料與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第65頁(yè)；密度為）</p><p><b>　　6、導(dǎo)軌的選型思路</b></p><p>　　根據(jù)題目中最大工件的的質(zhì)量為200kg，故應(yīng)選用重載型導(dǎo)軌。經(jīng)過(guò)參考《數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)》8.4.1（208-211頁(yè)），經(jīng)過(guò)比較，選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦

32、系數(shù)小于0.005，動(dòng)摩擦系數(shù)很接近。在網(wǎng)上查找后，選擇KL標(biāo)準(zhǔn)寬型滑塊及導(dǎo)軌。</p><p><b>　　圖（c）</b></p><p><b>　　表(二）</b></p><p>　?。ㄗⅲ褐本€滾動(dòng)導(dǎo)軌及滑塊的參數(shù)來(lái)源于深圳市賽瑞德精工技術(shù)有限公司，網(wǎng)址為：http://www.szbsg.com/product

33、.asp）</p><p>　　7、絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路</p><p>　　絲桿和電機(jī)之間直接按傳動(dòng)比為1.0來(lái)設(shè)計(jì)，即電機(jī)未經(jīng)任何外在的變速裝置而通過(guò)聯(lián)軸器直接與絲桿連接在一起。所以絲杠和電機(jī)之間的連接零件只有聯(lián)軸器，即選用聯(lián)軸器把絲杠和電機(jī)連接起來(lái)。</p><p>　　8、滾珠絲杠選型思路</p><p>　　滾珠絲桿的導(dǎo)程初

34、選為5mm以內(nèi)，其余參數(shù)因數(shù)據(jù)不全所以在初選是無(wú)法確定，在機(jī)械部分設(shè)計(jì)再加以確定。</p><p>　　9、支承座材料的選取</p><p>　　支承座的選型應(yīng)考慮抗震性和剛度方面，材料故選用20#鋼（參考《工程材料與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第六章-55頁(yè)）。</p><p>　　10、軸承類型的選取思路</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，軸承用于支承

35、滾珠絲杠。而因工作臺(tái)定位精度的要求，所以對(duì)絲杠的剛度要求較高，本設(shè)計(jì)選用兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-支承式）如圖（b）。故選用深溝球軸承和推力球軸承。 </p><p><b>　?。╟）</b></p><p>　　（二）機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　1、確定

36、承載臺(tái)的尺寸及其重量（由于X、Y方向的尺寸相同，所以X、Y向所用的拖板類型也相同）</p><p>　　承載臺(tái)的數(shù)量為2塊。</p><p>　?。?）承載臺(tái)尺寸為： </p><p><b>　?。?）承載臺(tái)質(zhì)量：</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p>

37、;<p><b>　　()</b></p><p><b>　　()</b></p><p><b>　　（g）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　2、拖板參數(shù)設(shè)計(jì)（由于X、Y方向的尺寸相同，所以X、Y向所用

38、的拖板類型也相同）</p><p>　?。?）拖板材料：托板要求有較好的抗震性能和較高的剛度，故選用與承載臺(tái)相同的材料，牌號(hào)為HT150。</p><p><b>　?。?）拖板的尺寸：</b></p><p><b>　　拖板的尺寸選擇為：</b></p><p>　　拖板的質(zhì)量：因?yàn)橥习逯虚g還有

39、一深為35mm寬210mm的凹槽，故對(duì)拖板進(jìn)行近似計(jì)算，保守估計(jì)按高度為40mm來(lái)計(jì)算</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　且</b></p><p>　　3、工作臺(tái)板的參數(shù)和設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）工作臺(tái)板因工作時(shí)承受一定的沖擊和震動(dòng)，故選用選用牌號(hào)為HT

40、150的灰鑄鐵。</p><p>　　（2）工作臺(tái)板尺寸為：</p><p>　?。?）工作臺(tái)板的質(zhì)量：</p><p>　?。?）具體尺寸圖樣：</p><p>　　圖（d） </p><p>　　4、滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)計(jì)算與選型</p><p>　?。?）滾動(dòng)導(dǎo)軌的工作壽命：</

41、p><p>　　設(shè)計(jì)要求滾動(dòng)導(dǎo)軌的壽命不低于五年，按現(xiàn)三班制計(jì)算，所以導(dǎo)軌的工作壽命</p><p>　　（2）計(jì)算導(dǎo)軌的行程壽命：</p><p>　?。?）計(jì)算導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷：</p><p>　　每塊承載臺(tái)由四個(gè)滑塊支承，導(dǎo)軌的選用按載荷最大的來(lái)選用?？偟妮d荷為最下面的四個(gè)滑塊之上所有部件以及工件的重量的總和和切削力的和。</p&g

42、t;<p>　　已知最下面四個(gè)滑塊所承載的部件和工件有：承載臺(tái)質(zhì)量為，數(shù)量為2；拖板質(zhì)量為，數(shù)量為1；工作臺(tái)板質(zhì)量為;步進(jìn)電機(jī)質(zhì)量假設(shè)為，數(shù)量為1；工件最大重量為；絲杠質(zhì)量估計(jì)為，數(shù)量為1;支承座的質(zhì)量保守估計(jì)為，數(shù)量為一套；夾具質(zhì)量設(shè)為；切削力等效為1.1倍工作板臺(tái)的重量，即；導(dǎo)軌及滑塊的質(zhì)量為，</p><p><b>　　數(shù)量為兩套。</b></p><

43、;p><b>　　a</b></p><p><b>　　由公式:</b></p><p>　　經(jīng)比較后，選用LG20KL2F0型的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑塊。長(zhǎng)度定為580mm，每根導(dǎo)軌上裝兩個(gè)滑塊。</p><p><b>　　其參數(shù)如下：</b></p><p><b&g

44、t;　　圖（e）</b></p><p><b>　　表（三）</b></p><p>　　5、滾珠絲杠參數(shù)計(jì)算與選型</p><p><b>　　（1）參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　a、求出螺旋傳動(dòng)的計(jì)算載荷</p><p>　　式中： ---為載荷系數(shù)

45、，無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)：1.0-1.2</p><p>　　一般沖擊：1.2-1.5；有沖擊和振動(dòng)；1.5-2.5</p><p>　　---為硬度系數(shù)，滾道硬度HRC58， 1.0；滾道硬度HRC55, 1.11；滾道硬度HRC50， 1.56；滾道硬度HRC45, 2.4;滾道硬度HRC40， 3.85</p><p>　　---為精度系數(shù)，精度等級(jí)C、D， 1.0；

46、精度等級(jí)E、F， 1.1；精度等級(jí)G， 1.25；精度等級(jí)H，1.43</p><p>　　---為絲杠工作時(shí)的軸向壓力，F(xiàn)m=g</p><p>　　為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)、m總為最下面的絲杠以上的所有質(zhì)量。</p><p>　　b、計(jì)算動(dòng)載荷及壽命</p><p>　　應(yīng)選擇的滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷，必須大于等于其計(jì)算值：</p>

47、<p>　　----額定動(dòng)載荷（N）；</p><p>　　----螺桿的平均轉(zhuǎn)速，取90-110r/min</p><p>　　----運(yùn)轉(zhuǎn)壽命（h）； </p><p>　　----螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)的計(jì)算載荷（N）</p><p>　　考慮到性能及安裝等要求，經(jīng)過(guò)比較篩選后，絲杠的選用深圳賽瑞德精工機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)的BSG18

48、7軸端標(biāo)準(zhǔn)化滾珠絲杠。其參如下：</p><p><b>　　圖(f)</b></p><p><b>　　6、軸承的選型</b></p><p>　　軸承選用深溝球軸承和一對(duì)角接觸球軸承</p><p>　　深溝球軸承型號(hào)選6003型參</p><p><b>　

49、　圖（g）</b></p><p>　　http://item.taobao.com/item.htm?id=6813999759</p><p>　　角接觸軸承的選型號(hào)為7002AC46102型的角接觸球軸承，其參數(shù)如下：</p><p><b>　　圖（h）</b></p><p>　　http://it

50、em.taobao.com/item.htm?id=5936863419</p><p>　　7、步進(jìn)電機(jī)參數(shù)計(jì)算與選型</p><p>　?。?）步距角的確定：</p><p>　　已知滾珠絲桿的導(dǎo)程為5mm，又根據(jù)題目對(duì)工作臺(tái)的定位精度在0.02內(nèi)的要求，又根據(jù)一般開環(huán)系統(tǒng)機(jī)床的脈沖當(dāng)量一般在之間。由此可以對(duì)電機(jī)的步距角進(jìn)行計(jì)算：</p><

51、p>　　式中：為脈沖當(dāng)量，取0.005mm-0.01mm</p><p>　　S為絲杠導(dǎo)程，取4mm</p><p>　　為電機(jī)與絲杠之間的傳動(dòng)比，此處為1.0</p><p>　　注：一般步進(jìn)電機(jī)的步距角在之間</p><p>　?。?）電機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　由機(jī)床電機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載

52、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量---</p><p><b>　?、俳z杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　其中：為絲杠密度取，d為絲杠的等效直徑（m），l為絲杠長(zhǎng)度（m）。</p><p>　?、诠ぷ髋_(tái)、工件、夾具、支承座等折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p>

53、<p>　　其中：為總的質(zhì)量，kg；P為絲杠導(dǎo)程，mm*電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的場(chǎng)合，可忽略不計(jì)。</p><p>　　（2）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　①空載啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。∟m）</b></p><p><b>　?。∟m）</b>

54、;</p><p>　　其中：Δt為電機(jī)加減速的時(shí)間（=0.1s）;</p><p><b>　　P絲桿導(dǎo)程（m）</b></p><p>　　為工作臺(tái)快進(jìn)速度（=3.6m/min,換算為m/s）；</p><p><b>　　為傳動(dòng)比.</b></p><p>　?、陔姍C(jī)軸

55、上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩（工作臺(tái)級(jí)工件重量引起）：</p><p><b>　　（）</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　其中：為伺服傳動(dòng)鏈的總效率，可取0.8.</p><p>　?、垡蚪z杠副預(yù)緊力引起的點(diǎn)擊走上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩；</p><p>　

56、　設(shè)預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3 </p><p><b>　?。∟m）</b></p><p>　?。∟m） </p><p>　　其中： 為滾珠絲杠螺母副為預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率（=0.9）。</p><p>　　空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩：</p><p><

57、b>　　（Nm）</b></p><p>　　所選取的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：</p><p><b>　?。∟m）</b></p><p>　　（3）型號(hào)確定：選用90BYG350C型步距角為的步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下.</p><p><b>　　圖（i）</b></p&

58、gt;<p><b>　　表（四）</b></p><p><b>　　表（五）</b></p><p><b>　　參數(shù)來(lái)源：</b></p><p>　　http://www.sunrise-electric.com/PRODUCTS/STEPMOTOR/SMSERIES/90BYG

59、.HTM</p><p><b>　　匹配驗(yàn)算： </b></p><p>　　·精度驗(yàn)算：,定位精度可達(dá)0.016mm，符合改裝后定位精度在0.02mm內(nèi)的要求。</p><p>　　·步進(jìn)電機(jī)選型的時(shí)候，必須同時(shí)滿足轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配驗(yàn)算：</p><p>　　為所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

60、量</p><p>　　·由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線確定電機(jī)的最大運(yùn)行頻率f，并應(yīng)滿足： Hz </p><p>　　為實(shí)際連續(xù)運(yùn)行頻率的最大值</p><p>　　8、聯(lián)軸器的選擇：選用YL1聯(lián)軸器ST2-□30-1214型，具體參數(shù)下。 </p><p>

61、<b>　　圖（j）</b></p><p>　　參數(shù)來(lái)源：http://item.taobao.com/item.htm?id=8073392319&ad_id=&am_id=&cm_id=&pm_id=</p><p><b>　　圖（k）</b></p><p><b>　　

62、9、支承座參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)參考形狀</b></p><p>　　遠(yuǎn)電機(jī)端： 近電機(jī)端： </p><p>　　圖（l） 圖（m）&l

63、t;/p><p>　　支承座是用與支承絲桿的支承不件，其尺寸參數(shù)要考慮到絲杠的中心高，及絲杠螺母副的位置。</p><p>　　·絲杠遠(yuǎn)離電機(jī)端的支承座的基本尺寸為：</p><p>　　10、傳動(dòng)座的參數(shù)及設(shè)計(jì)：見CAD圖</p><p><b>　　圖（n）</b></p><p>&l

64、t;b>　　設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　這次設(shè)計(jì)是上大學(xué)以來(lái)的僅次次于畢業(yè)設(shè)計(jì)的一次設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)相對(duì)于我自己來(lái)說(shuō)是有一些難度的，而且也很繁瑣。因?yàn)樵谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中有很多地方是之前已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的，到了后面驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)達(dá)不到要求，而又得改動(dòng)，往往這一改動(dòng)就會(huì)牽涉到很多地方。這體現(xiàn)了設(shè)計(jì)工作的先假設(shè)后驗(yàn)證再改動(dòng)的特點(diǎn)。雖然這次設(shè)計(jì)很累，但確實(shí)能讓人學(xué)到很多的東西，也讓我了解到了很多關(guān)于設(shè)計(jì)

65、的一些常識(shí)和技巧。在剛開始選擇一些部件如滾珠絲杠、導(dǎo)軌等部件的時(shí)候，還以為是自己想要多長(zhǎng)就要多長(zhǎng)，可是在經(jīng)過(guò)查找和比較后才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)這些東西都是有著自己的規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)的，比如每種絲杠的長(zhǎng)度都是一定的，并不是說(shuō)我們?cè)O(shè)計(jì)者想要多長(zhǎng)的行程就選多長(zhǎng)的滾珠絲杠，而是只能選擇有著與之相近螺紋長(zhǎng)度的絲杠，然后在調(diào)整拖板的長(zhǎng)度。導(dǎo)軌也是類似。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中，遇到了很多之前沒有遇到過(guò)的問(wèn)題。開始的是后是問(wèn)題越來(lái)越

66、多，有時(shí)候一天就找了老師很問(wèn)了好幾次的問(wèn)題，但隨著老師的耐心講解，問(wèn)題也就越來(lái)越少，而學(xué)到的新知識(shí)也隨之增加。為我們?cè)谠O(shè)計(jì)方面打開了一扇大門，豐富了我們關(guān)于設(shè)計(jì)的知識(shí)，為我們以后從事于相關(guān)的行業(yè)打下了一個(gè)良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí)也鞏固了所學(xué)到的理論知識(shí)，讓我們能把所學(xué)到的知識(shí)在這次設(shè)計(jì)中得以驗(yàn)證和運(yùn)用，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，加強(qiáng)了我們對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用以及動(dòng)手實(shí)踐的能力。</p><p>　　總而言之，這次設(shè)計(jì)讓我們

67、受益匪淺。雖然比較辛苦，但的確是能學(xué)到東西，這是一個(gè)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，我們應(yīng)該把握好每一次實(shí)踐的機(jī)會(huì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]《互換性與技術(shù)測(cè)量》 中國(guó)計(jì)量出版社出版 由廖念釗、古瑩菴、莫雨松、李碩根、楊興駿編著。</p><p>　　[2]《機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》高等教育出版社出版 由華中

68、理工大學(xué)王昆、重慶大學(xué)何小柏、同濟(jì)大學(xué)汪信遠(yuǎn)主編。</p><p>　　[3]《數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)》化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心出版 由楊繼昌、李金伴主編。</p><p>　　[4]《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 高等教育出版社出版 由楊可楨、程光蘊(yùn)、李仲生主編。</p><p>　　[5]《工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)》 化工工業(yè)出版社出版 由陶亦亦、潘玉嫻主編，由戈曉嵐、姜左主審。<