一种改装用数控XY平台机械部件设计含CAD图
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一种改装用数控 XY 平台机械部件设计摘要X-Y 数控工作台改装设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便并且能够保证一定的精度。本文主要对工作台的机械部分进行设计,对滚珠丝杠, 滚动导轨及步进电动机做了设计计算及选用,并也对轴承座和联轴器进行了分析 和选择,另外也利用 AutoCAD 进行了装配图的绘制,对其导轨座的设计及各零部件的安装也作了比较详细的说明。 针对滚珠丝杠的计算,通过对滚珠丝杠的动载荷及静载荷的计算,确定所要丝杠的动静载荷值,并选择。针对滚动导轨, 分别计算滚动导轨的动载荷及其工作寿命来确定滚动导轨的参数,并选取。针对步进电动机的选取,我分别作了其转动惯量和转动力矩的计算,根据所得的数 据作步进电动机的选择。关键词:XY 工作台步进电动机滚动导轨滚珠丝杠IIIABSTRACTX - Y numerical control table modified design is an open-loop control system, its structure is simple. Implementation is convenient and can guarantee the accuracy. This article mainly discusses the mechanical part design workbench, the ball screw, rolling guide and the stepping motor to do the design calculation and selection, and also analyses the bearing and coupling and choice, was also done using AutoCAD draw assembly drawings, the guide rail bridge design and installation of parts of also made a more detailed instructions. According to the calculation of ball screw, through the dynamic load of ball screw and the calculation of the static load, determine the value of dynamic and static load of a ball screw, and choose. In view of the rolling guide, dynamic load and the working life of the rolling guide are calculated respectively to determine the parameters of the rolling guide, and selection. In view of the stepper motor selection, I respectively for the calculation of moment of inertia and rotational torque, according to the data for the selection of the stepper motor.Keywords: XY worktablestepper motorrolling guideBall screw目录摘要IIABSTRACTIII第一章数控机床课程设计指导书11.1 、设计的目的11.2 、设计的内容及步骤11.2.1 、设计目的:11.2.2 、设计主要步骤11.2.3 设计的总体要求2第二章、绪论32.2 课题来源及意义32.2.1 数控机床XY 工作台设计依据32.2.2 课题的意义42.2.3 发展现状与发展趋势4第三章、总体方案的确定73.1 、机械传动部件的选择73.1.1 、导轨副的选用73.1.2 、丝杠螺母副的选用73.1.3 、伺服电动机的选用7第四章、机械部分改装设计计算84.1 、初步确定工作台的尺寸及其重量84.2 、传动系统设计84.3 、滚珠丝杠的设计计算及选择:94.3.1 、求出螺旋传动的计算载荷 FC. 94.3.2 、额定动载荷及寿命计算:94.3.3 、滚珠丝杠的选取:104.3.4 、滚道半径、偏心距、丝杠内径的计算124.3.5 、稳定性计算124.4 、滚动导轨参数计算与选型:134.4.1 、导轨的当量载荷14 4.4.2 、当量载荷:144.4.4、验算额定静载荷:154.5 、步进电机的设计计算和选用154.5.1 、计算系统在电机轴上的等效转动惯量:164.5.2 、电动轴转矩的计算:164.5.3 、步进电动机的选择:174.6 、联轴器的选择184.6.1 、联轴器的介绍:184.6.2 、联轴器的选择:184.7 、螺杆支撑座的选择:20第五章、总结21第六章、参考文献22V 第一章数控机床课程设计指导书1.1 、设计的目的通过本设计,使学生全面地、系统地了解和掌握机电一体化技术的基本内容 和基本知识,初步掌握机电一体化系统设计方法,并能学会运用手册、标准等技 术资料。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。1.2 、设计的内容及步骤题目:钻床改装用数控 XY 工作台设计1.2.1 、设计目的:设计一套简易数控 XY 工作台,固定在某一钻床的工作台上, XY 工作台的位置控制采用步进电机数控系统,通过上述方案将该普通钻床改装成简易的经济 型数控钻床。设计要求:1、改造后的钻床能够加工最大面积为 ABmm2 的工件,最大工件重量 200kg。2、数控 XY 工作台要求孔的定位精度在0.02mm 内,工作台快进速度为3.6m/min,加减速时间为 0.1 秒。1.2.2 、设计主要步骤1. 确定设计总体方案熟悉了原机床的操作过程及传动系统后,根据设计要求,以原钻床为基础保 留其主要结构基本不变,考虑如何将设计的 XY 工作台融入原机床机构,使得 XY 工作台的移动能够通过步进电机数控系统控制。数控系统采用何种方案等。2. 机械部分改装设计(XY 工作台的设计计算)1) 初步确定工作台尺寸及其重量2) 传动系统设计(脉冲当量的确定,传动比的确定,齿轮设计计算,各 传动轴及各部件转动惯量计算)3) 步进电机的设计计算与选用(可参考教材)64) 滚珠丝杠传动的设计计算(可参考教材及附注一FF、FFb 型内循环浮动式法兰型螺母或http:/www.njyigong.com/)5) 滚动导轨的设计计算计算导轨工作寿命Th(小时),假设要求寿命为 5 年以上。 计算导轨行程长度寿命 Ts(Km),Ts2Thlsn/103,其中 ls 为单向行程(m),n 为每分钟往复次数。 计算导轨的额定动载荷 Ca(N),可由公式 Ts6.25(Ca/F)3 求得。其中F 为每个滑座承受的工作载荷(N) 根据额定动载荷 Ca 确定滚动导轨的结构尺寸。(参见附注二GGB 型 四 R 单 圆 弧 滚 动 直 线 导 轨 副 尺 寸 系 列 或http:/www.njyigong.com/)3. XY 工作台装配图设计4. 编写设计说明书(不少于 20 页)。1.2.3 设计的总体要求课程设计题目由指导教师选定,经教研室主任审定签字后发给学生。 设计要求包括以下几个部分:1. 数控XY 工作台机械部分设计计算;2. 数控XY 工作台机械部分装配图设计(A0);3. 编写设计说明书(不少于 20 页)按教学计划规定,机电一体化课程设计总学时数为 2 周,其进度及时间大致分配如下:设计总体方案及系统总体设计的确定1 天机械部分计算、结构设计、装配图绘制57 天编写设计说明书12 天答辩1 天第二章、绪论我国现今工业发展的迅速程度和环境,发展我国机电数控技术及装备、提 高我国制造业信息化水平和国际竞争能力已非常重要。机电一体化这新兴学科有 其技术基础、设计理论和研究方法,只有对其充分理解,才能正确的进行这方面 的工作,机电一体化的目的重在多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源、 不断满足人们生活和生产的多样化需求。所以机电一体化的研究方法应该是从系 统的角度出发,采用现代化设计分析方法,充分发挥边缘科学技术的优势。2.2 课题来源及意义2.2.1 数控机床XY 工作台设计依据数控机床是用数控指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技 术。它广泛应用于机械制造和自动化领域,数控机床的应用不但给传统的制造业 带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控机床的不断发展和 应用领域的扩大,所以 X-Y 数控工作台设计对国计民生的一些重要行业(IT 汽车 轻工 医疗等)的发展起着越来越重要的作用。目前国内中小企业多采用经济型 X-Y 数控冲床系统,其加工速度 慢、编程复杂、人机界面不友好,因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制 和开发一套基于双单片机的 X-Y 数控冲床数控系统, 用于装配新冲床或对经济型 数控冲床进行改造,能够有效的改善人机界面、提高加工速度、方便操作人员编 写用户加工程序,对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义, 工作台是机床上必不可少的部件,工作台的自动化能大大减轻劳动强度,提高劳 动生产率。随着经济的发展,机械行业的许多普通机床和闲置设备,经过数控改 造以后,不但可以提高加工精度和生产率,而且能有效的适应多种品种,小批量 的市场需求,使之更有效的发挥经济效益和设计效益。总而言之,目前,X-Y 数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、 复合化、 智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化以成为数控机 床发展的趋势和方向。中国作为一个制作大国,主要还是依靠劳动力、价格、资 源等方面的优势,而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很 大。中国的数控产业不能安于现状,应该抓住机会不断发展,努力缩短与发达国 家之间的差距。力争早日实现 X-Y 数控机床产品从低端到高端、从初级产品到高精尖端产品制作的变更。2.2.2 课题的意义通过对该课题的设计能够正确运用机电系统的基本理论和相关知识,掌握机 电一体化系统的功能构成,特点和设计思想、设计方法、了解设计方案的拟定、 比较、分析和计算。掌握典型机械零部件和执行元件的计算、工作原理和软件编 程思想。当今世界,工业发达国家对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精、 高效、高自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。长期以来,欧、美、 亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随微电子、计 算机技术的进步,数控机床在 20 世纪 80 年代以后加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、 扩大市场的焦点。中国加入 WTO 后,正式参与世界市场激烈竞争,今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展,实是紧迫而又艰巨的任务。2.2.3 发展现状与发展趋势从20 世纪60 年代以前称为初期阶段,这个时期研制和开发还处于自发状态, 电 子技术还没有发展到一定水平,信息技术还处于萌芽阶段,因此机电技术还没广泛深入的发展。70 年代至 80 年代为蓬勃发展阶段,这一时期,计算机技术、控制技术、通讯技术的发展,微机电一体化的发展奠定了技术基础。到了 20 世纪 90 年代后期,机电一体化技术向智能化自动化迈进了新的阶段,机电一体化进入了深入发展的阶段。并出现了虚拟制造(VM)、敏捷制造(AM)快速成型制造(RPM)、并行工程(CE)等新技术。随着科学技术的发展,机电一体化已从原来的以机械为主的领域拓展到目前的汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金等多 项领域。机电一体化产业覆盖面非常广,而我们的人力物力财力和技术都是有限 的,因此我们在机电一体化产业发展时不能做到面面俱到,但应分清主次大胆取 舍,在机电产业做到可持续发展壮大。我国机械制造装备中较多的采用了数控机床、机器人、柔性制造单元和系统 高等技术的集成,来满足产品个性化和多样化的要求,以满足社会个消费群体的 不同要求。 目前机械技术已经发展到广泛采用微型计算机的阶段,今后也将不断出现“具有神经系统的机械”或“智能化的机械”。并且机电一体化技术贯穿 于工程系统设计之中,从简单的单参数显示,到复杂的多参数、舵机控制,从简 单的零件自动加工生产线,到各种现代机械设备的自动化生产等,机电一体化技 术已应用到不同层次、覆盖面很广的应用领域。数控机床综合运用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机 械结构等方面的技术成果具有高柔性、高精度与高自动化的特点,因此它提高了 机械制造的制造水平,解决了制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的浮 渣幸免零件加工,为社会提供了高质量、多品种及高可靠的机械产品取得了巨大 的经济效益,目前,数控技术已逐步晋级,数控车床在工业生产中得到了广泛的 应用,已成为机械自动化的一个重要发展方向。机电一体化是集机械、电子、光学、控制理论、计算机技术和信息技术等多 学科交叉融合的产物,大力推进制造业信息化、网络化和绿色环保化,大幅度提 高产品档次、技术含量和附加值,是机电一体化发展的重点方向。随着制造业生 产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求,使现代化数控系统装备的发 展呈如下趋势:1) 向高效、高速、高精度方向发展效率、质量是先进制造技术的主体,高速和高精度加工时制造技术永无止境 的追求。告诉。高精度加工技术可是数控系统能够进行高速插补、高实时运算, 在高速运行中保持较高的定位精度,极大地提高效率提高产品的质量和档次,缩 短生产周期和提高尺长竞争能力。2) 多功能复合化、柔性自动化的产品成为发展的主流从近几届国内外举办的国际机床展览上展出的装备情况来看,新颖的高技 术含量的展品逐年增加。国际上多功能复合加工机床的发展不再以简单的零件加 工为主,而是以结构复杂、形状各异的箱体类零件加工或更为复杂的零件加工为 发展趋势。展出的机床类型很多、有最新的复合加工机床、五轴加工机床、纳米 加工机床、新型并联加工机床等。展示出世界制造装备的精华,展示了世界制造技术发展的最新动向。3) 智能制造技术和智能化装备方向发展通过借助于现代的工具和方法,通过集成传统制造技术。计算机与自动化科 学、信息技术和人工智能等发展了一种新型的制造技术与系统,他将人工智能应 用与机械制造装备中,使机器智能化。及其职能化石智能之灾的主要研究内容之 一,他是智能制造系统的物理基础,包括智能加工机床、工具和材料传送、监测 和试验装备等,要求具有加工任务和加工环境的广泛适应性,能够在环境和自身 的不确定变化中自主实现最佳行为策略。数控系统智能化是面向世纪的先进制造 模式,当前智能机床是在数控机床和加工中心的基础上实现的,它与普通自动化 机床的主要区别在于除了具有数控加工功能外,还具有感知、推理、决策、控制、 通信、学习等智能功能。目前国外研究机构在产品结构越来越发杂,产品精度要 求越来越高等情况下,提高加工设备的智能型、可靠性和加工精度是提高企业竞 争力的主要途径。现代数控系统今后的发展将是以创新、提升、优化为主要模式, 未来的中国制造业已不能仅仅满足与“制造”,而是要进一步发展成为“智造”,即用知识、技术、头脑去创新、去创造。 第三章、总体方案的确定3.1 、机械传动部件的选择X Y 工作台中X 、Y 方向的移动, 可采用螺旋机械或齿轮齿条传动机构, 这两种均可把旋转运动变为直线运动。因为此机构以传递运动为主, 要求有较高的传动精度, 又要求结构紧凑, 所以选用螺旋机构。但常用的螺旋机构中丝杠和螺母之间的相对运动是滑动, 磨损较严重, 影响传动精度, 寿命短, 效率低,不能满足高速度、高效率和高精度等传动要求。为了使运动灵敏又能满足精度要求, 选用滚珠螺旋机构。滚珠螺旋传动是在螺杆和螺母间放人适当数量的滚珠, 使螺杆和螺母之间的摩擦由滑动摩擦变为滚动摩擦的一种传动装置。现采用了间隙可 调的滚珠丝杠传动。为使传动稳定可靠, 采用丝杠转动, 螺母带着工作台作移动的传动形式。螺母带着工作台在底座的导轨上移动, 因为运动部件重量不大, 切削力也不大, 行程较小, 所以确定采用有预加载荷双 v 形滚珠导轨。 数控X Y 工作台主要是对滚珠丝杠、滚珠导轨、步进电机的选择, 使其满足数控 X Y 工作台传动系统高速度、高效率、高精度的要求3.1.1 、导轨副的选用要设计数控钻床工作台,需要承受的载荷不大,而且脉冲当量小,定位精度 高,因此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,安装预紧方便等优点。3.1.2 、丝杠螺母副的选用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,需要满足 0.02 mm 的定位精度,滑动丝杠副无能为力,只有选用滚珠丝杆副才能达到要求, 滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可 消除反向间隙。3.1.3 、伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到 0.001mm,定位精度也未达到微米级,故本设计不必采用高档次的伺服电动机,因此可以选用一般的且适用的步进电动机。 以降低成本,提高性价比。8第四章、机械部分改装设计计算4.1 、初步确定工作台的尺寸及其重量根据设计要求,所取的能够加工的最大面积为 250 220mm2 ,最大工件的重量为 200kg 。因此我初定工作台的 270 270 40mm3 。工作台的材料为45 号钢, 其密度为 7 85 103 kg / m3 ,取 g = 9 8N / kg 。因此:(1) 、工作台(X 向托板)根据: G = rVg1G = 270 270 20 10-9 7.85103 9 8 224.32N(2) 、取Y 向托板=X 向托板G2 = 224.32N(3) 、上导轨座(连电机)重量初步取导轨座的长700mm ,宽为 200mm ,高为100mm ,因此3G = 700 200 100 10-9 7.85103 9 8 1077 02N所以根据上面所求,得 XY 工作台运动部分的总重量为:G运动部分 = G1+ G2 + G3 = 224.32 2 +1077.02 = 1525.66N根据要求所知,其最大加工工件为 200kg ,另外,还有丝杠、电机、联轴器等, 大约 3kg,因此:G总 = 200 9 8 +1525.66 + 3 9 8 = 3515.06N4.2 、传动系统设计:(1)、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量,应该小于等于工作台的位置精度,由于定位精度在 0.02mm 内,因此:d = 1 0.02 = 0.01mm 2由于是联轴器传动,因此它的传动比为i = 1 ,取丝杠的导程为 P = 5mm 10步距角a = 360dPi取标准 0.75= 360 0.01 = 0.725 1数控机床系统设计P111 公式 5-20,实际的脉冲当量d = Pia360= 5 1 0.75 = 0.0104mm 取d = 0.01mm 3604.3 、滚珠丝杠的设计计算及选择:由于钻床切削时产生的轴向切削力很小并且工作台是点位系统,滚珠丝杠 运动与静止时都不受由于切削而引起的轴向阻力,故切削力可忽略不计。因此 滚珠丝杠的负荷只有运动部件的重量所引起的摩擦阻力。4.3.1 、求出螺旋传动的计算载荷 FC :FC = KF KH KL Fm其中, KF 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:1.5-2.5KH 为硬度系数,滚道硬度HRC58:1.0;滚道硬度HRC55:1.11 滚道硬度HRC50:1.56;滚道硬度 HRC45:2.4;滚道硬度 HRC40:3.85KL 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:1.43Fm 为丝杠工作时的轴向压力, Fm = mm总g 为导轨的摩擦系数。m总 为最下面的丝杠以上的所有质量。所以取: KF= 1.1KH = 1.0KL = 1.0m = 0.001故: Fm = mFN= mG总 = 0.001 3515.06 = 3.52NFC = KF KH KL Fm = 1.11.0 1.0 3.52 = 3.872N4.3.2 、额定动载荷及寿命计算:初步确定滚珠丝杠的规格型号。选择的滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca ,必需大Ca C a =FC于等于其计算值Ca 额定动载荷(N);Lh 运转寿命(h);nm 螺杆的平均转速,取 90-110r/minFC 螺旋传动的计算载荷(N)取: Lh = 6年nm = 100r / min故: Lh = 6 300 8 = 14400haC C a =4.3.3 、滚珠丝杠的选取: 查http:/www.njyigong.com/ 3.872 = 66.97N 12根据动载荷和公称导程值的核对,最后选取的滚珠丝杠的型号为 FF1204-3 ,其公称直径为 d0 = 12mm ,公称导程为 L0 = 4mm ,动静载荷分别为Ca = 4KN 和C0a = 6.7KN 。滚珠直径 DW = 2.381mm ,刚度 208 N / mm ,外径 d1 = 11.3mm,丝杠底径 d2 = 9.5mm,循环圈数 3。4.3.4 、滚道半径、偏心距、丝杠内径的计算:滚道半径 R = 1.04 d02= 1.04 2.381 = 1.238mm 机械设计手册P1515 表215.216偏心距 e =0.707 R- d0 = 3.3610-2 mm机械设计手册P1515 表 15.2162丝杠内径 d3 = d0 + 2e - 2R = 9.6mm 机械设计手册P1515 表 15.2164.3.5 、稳定性计算:因螺杆较长,所以稳定性验算应用以下式求临界载荷:Fcr= p 2 EI(ml)2工程力学P173 式 102式中:E:螺杆材料的弹性模量,查工程力学P77 表 5.1,取E=200GPa I:螺杆危险截面的轴惯性矩:长度系数,查工程力学P174 表 10.1 得=1丝杠的有效长度是 270mm pd 4p (9.6 10-3 )424I = 3 =6464= 4.2 10-10 mm4机械零件设计手册P803所以 Fcr= p 2 EI(ml)2= p 2 200 109 4.2 10-10 (1 0.27)2= 11360.86N因为Fcr Fm= 11360.86 = 3.23103 2.5 4 3.52是安全的,稳定校核通过查机械零件设计手册P8033)、刚度验算按最不利的情况考虑,螺纹螺距因爱轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹d = 16T P2 + 4FP性变形方向是一致的,所以 1 s式中: l = arctanPpd0= arctanp 2Gd 415p 12pEd 21= 7.56otan r1 = m = 0.001 r1 = arctan 0.001 = 4.5oT = F d0 tan(l + r ) = 3.52 12 10-3tan(7.56o + 4.5o ) = 4.5110-3 N m1m 212查工程力学P77 表 5.1 得,=0.25, G =所以:E2(m +1)=2002(1+ 0.25)= 80GPa 1 d = 16T P 2 + 4FP22sp 2Gd 4pEd 2= 16 4.5110-3 (5 10-3 )2 106 +p 2 80 109 (9.5 10-3 )4= 1.92 10-4 + 8.47 10-4 = 1.04 10-34 3.52 5 10-3 106p 200 109 (9.5 10-3 )2每米螺纹度上的螺纹距离弹性变形为44、滚动导轨参数计算与选型:d = 1.04 10-3sP5 10-3= 2.08 10-1 mm / m导轨是数控机床的重要部件之一,且很大程度上决定数控机床的刚度,精度 与精度保持性。直线滚动导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成,如图:4.4.1 、导轨的当量载荷:GGB25 预加载荷类别为轻预载时,按机电一体化设计手册下册表 6.3-12 查得预紧力为 198.5N 。错误!未找到引用源。、错误!未找到引用源。是两个导轨滑块的受力。查机械零件设计手册P802 表 18-5 得m = 1.2F = F = 1 mG= 1 1.2 3515.06 = 1054.52Nab4总4F1 = F2 = 1054.52 +198.5 = 1253.03N4.4.2 、当量载荷:1253.023 + 1253.023FC = 3 = 1253.02N24.4.3 、计算额定动、静载荷:计算长度寿命:L = 50(Cf H fT fC )3FfW数控机床系统设计P185 式 7-28式中:fT 温度系数,取 fT = 1fC 接触系数,取 fC = 0.81fW 载荷系数,取 fW = 1.5f H 硬度系数,取 f H = 1.0C 额定动载荷,南京艺工网查得 GGB16AA 的额定动载C =8.51KN.8.51103 1.0 1 0.81 3L = 50 (1253.02 1.5) = 2466.41km1)、计算导轨的工作寿命Th (小时),要求寿命不低于 5 年,所以:Th = 6 300 8 = 14400h2)、计算导轨行程长度寿命 Ts(Km),Ts=2ThLsn/1000,其中:Ls 为单向行程(m),n 为每分钟往复次数;(可取 4 - 6 次/分钟)取 LS= 270mm = 0.27mn = 5T = 120Th LS n = 120 14400 0.27 5 = 2332.8kmS10001000所选用的导轨寿命比要求寿命要长,故所选导轨类型合格。经网址 http:/www.njyigong.cn/products_Content.asp?id=14 查得南京艺工网 , 选择 GGBAA/AL 四方向等载荷型滚动直线导轨副系列丝杠副滚珠。如下图所示:选择GGB16AA 型号,其额定基本静载荷C0 = 13.38KN .4.4.4 、验算额定静载荷:取安全系数错误!未找到引用源。,按下式验算 C0 F max其中 Fmax= F1= 1053.02N, C0 =F113.38 1031053.02= 12.71 f0满足要求4.5 、步进电机的设计计算和选用已知快进速度:umax = 3.6m/min丝杆导程:P = 5mm所以最高转速:nmax =umaxp 10-3= 720r / min最高频率: fnax =umax= 6000H 60 d 10-3Z4.5.1 、计算系统在电机轴上的等效转动惯量: 工作台快速移动时的等效转动惯量: u2= max M10-6J1 2pn总max 数控机床系统设计P123式 531式中: M总= 358.68kg, umax= 3.6m / min , nmax =umaxp 10-3= 720r / min代入上式解得: J= 3.6 103 358.68 10-6 = 2.27 10-4 kg m221 2 p 720 转动部件转换到电机轴上的等效转动惯量:2J = 0.77D4 L 10-12数控机床系统设计P123 式 530式中:D丝杆公称直径 12mm.L支座总长,L=700mm2代入算得: J = 0.77D4 L 10-12 = 0.77 124 700 10-12 = 1.12 10-5 kg m2因此总的转动惯量为:12总J= J + J = 2.27 10-4 +1.12 10-5 = 2.3810-4 kg m24.5.2 、电动轴转矩的计算:1) 、空载启动时,电动机的加速转矩: Ma表 5-5,式中的 n 为丝杠的最高转速T 为电机加减速时间(0.1s)所以:2.38 10-4 720= J总n9.6T数控机床系统设计P122Ma =9.6 0.1= 0.1785N m2) 、电机轴上的摩擦转矩:M= F0 S 10-3f2phi= 3515.06 0.001 5 10-32 p 0.8 1= 3.50 10-3N m 数控机床系统设计P122 表 5-5式中的h 为伺服传动链的总效率,查数控机床系统设计P122 表 5-5,取 0.8计算附加摩擦力矩:M = Fa max S2-33515.06 0.001 52-3-302phi(1 -h0 )10=2 p 0.8 1(1 - 0.9) 10= 0.66 10N m数控机床系统设计P122 表 5-5式中的h0 为滚珠丝杠示预紧时的效率,查数控机床系统设计P122 表 5-5, 取 0.9。0因此由述计算可知电动机的总的转矩为M = Ma + M f+ M = 0.1785 + 3.50 10-3 + 0.66 10-3 = 1.8310-1 N m4.5.3 、步进电动机的选择:查网址:http:/www.sunrise-electric.com/PRODUCTS/STEPMOTOR/SMSERIES/86BYG350F.HTM根据上述分析,最后我选定步距角为 0.6 度的型号为 86BYG350FB 的步进电动机, 其转矩为 4.0Nm我所需要的 0.183Nm,且转动惯量为 2.40kgcm我所需要的 2.38kgcm其外形结构及尺寸如下图所示:4.6 、联轴器的选择4.6.1 、联轴器的介绍:联轴器属于机械通用零部件范畴,用来连接不同机构中的两根轴(主动轴和 从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中,有些 联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成,分 别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接,是机 械产品轴系传动最常用的连接部件。4.6.2 、联轴器的选择:通过选择丝杠的型号和步进电机的型号结合推断出联轴器的尺寸大小并选 择相应的型号进行计算。丝杠轴端 d0 = 12mm ,电机轴端 d = 12mm ,通过机械零件设计手册P494 表 11-4 可以查出;根据轴径选择联轴器的规格型号为:YL1 刚性凸缘联轴器4.7 、螺杆支撑座的选择:根据滚珠丝杠的公称直径为 d0 = 12mm ,因此我先择的支撑座为两个角接触球轴承和相应的轴承座配合组成的螺杆支撑座:角接触球轴承:参数为:第五章、总结通过几个月的努力,翻译,查找资料,设定方案,论证方案严整性,并进行 进一步调整完善,最后确定设计框架,完成数控机床各零部件的计算工作。最后 进行cad画图工作,把设计的东西变成直观,清晰,立体的图面。本次课程设计 是数控机床系统设计的一次实践环节,是比较大的一次课程设计。这次课程设计 跨越机械和电气两大学科。在设计时要联系机械部分和电气控制部分作为一个有 机的整体来考虑,本次设计是一个机械和电气有机组合的系统。如果单方面考虑 其中一项必定是做不出来的。这次方案设计的主要内容包括有:滚珠丝杠,滚动导轨和步进电动机的计算 选取工作,轴承座、联轴器的选取。在对设计计算方面我利用四年书本知识,查 找的资料提供的严谨计算方案,并在导师严格的指导下,进行计算反复的验证工 作,最终完成对课程设计的完美要求。在设计工作台实用性方面,进行了大量的 研究、验证、论证、反复推论,大大提高了工作台工作稳定可靠的保证性。此外在导轨座,工作台及其配装的设计中,发散思维,并添加了一些自己对设计独特 的东西,使设计的东西,更加具有人性化,简易化,实用化。设计的灵魂,必定 要有其独到的一面,区别于其他普通基础设计,在此基础上升级,提升,使之更 加顺应工作需求,方便快捷简单,正是这个飞速发展的社会所必须的东西。通过这一次重要的课程设计,使我深刻的感到了理论和实践之间存在着巨大 的差异,只有理论没有实践,一切显得是那么苍白无力。实践是检验真理最好的 方法,理论的东西必须要经得住实践的验证,才能成为现实。才能完全使人对其 设计的理论所信服。只有理论没有实践的验证帮助,一切都只是空谈。通过实践, 我们会发现很多思考,计算,设计中出现的各种各样被忽视的漏洞,不足。并加 以改进、完善,不断重复这样的工作,才能更好的确保设计东西的严谨、可靠性。 每次遇到设计的瓶井,我都会去寻求导师的帮助。导师也会帮助我们屡清思路, 找出设计过程中可能会出现的问题,并给我们提供一些解决问题的方法途径。在 此特别感谢导师对我们的关心,照顾,指导。没有导师的辅助,我相信自己很难 完成这次课程的完美设计。是导师把我们的理论知识和实践有机的结合在一起, 让我们知道知识的伟大,用于实践是多么的赋有成就感、满足感。第一次深刻的 体会到知识的价值、作用。并更加激发我对这门专业的知识学习的渴望,在以后 的工作中我会继续学习,用知识改变生活,用知识创造美好。第六章、参考文献、主要参考资料:1成大先.机械设计手册(单行本)机械传动M.北京:化学工业出版社,2004 2濮良贵,纪名刚.机械设计(第七版)M.北京:高等教育出版社,20013刘鸿义.材料力学(第三版上、下册)M.北京:高等教育出版社,19914章日晋. 机械零件的结构设计M.北京:机械工业出版社,19815 冯辛安.机械制造装备设计M.北京:机械工业出版社,19996 常见机构的原理与应用编写组.常见机构的原理与应用M.北京:机械工业 出版社 7 邱宣怀.机械零件M.北京:高等教育出版社,19818 天津大学.机械零件手册M.北京:人民教育出版社,1981 9孙桓.机械原理M.北京:高等教育出版社,200610孟宪源.现代机构手册M.北京:机械工业出版社,1994 11吕仲文.机械创新设计M.北京:机械工业出版社,200412张春林,曲继芳。机械创新设计M.北京:机械工业出版社,2001 13于骏一,邹青机械制造技术基础M北京:机械工业出版社,200414 沈莲主编.机械工程材料M.北京:机械工业出版社,199915 OrlovP.FudamentalsofMechineDesign.Moscow:MirPub.1987 16SorsL.FatigueDesignofMachineComponents.Oxford:PergamonPress.1971 17KuehnleMR.ToroidalDriveCombinesConcepts.ProductEngineering.Aug.19 7918 数控机床系统设计, 北京: 化学工艺出版社19 机电一体化技术基础及应用上海: 机械工业出版社20 南 京 艺 工 http:/www.njyigong.com/ 21http:/www.shdaoquan.com/ 22http:/www.gzlink.com/25设计(XX)任务书、毕业设计(论文)题目: 一种改装用数控 XY 平台机械部件设计、毕业设计(论文)工作内容(从专业知识的综合运用、论文框架的设计、文献资料的收集和应用、观点创新等方面详细说明):通过本次设计,使学生全面地、系统地了解和掌握机电一体化技术的基本内 容和基本知识,初步掌握机电一体化系统设计方法,并能学会运用手册、标准等 技术资料。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。设计内容设计一套简易数控 XY 工作台,固定在某个钻床的工作台上,XY 工作台的位置控制采用步进电机数控系统,通过上述方案将该普通钻床改装成简易的经济型 数控钻床。设计要求:改造后的钻床能够加工的最大面积为:A*B mm2 的工件,最大工件重量:200kg. 数控XY 工作台要求孔的定位精度在+/-0.02mm 内,工作台快进速度为 3.6m/min, 加减速时间为 0.1 秒。本毕业设计课题主要研究工作内容:(1) 检索和阅读相关文献,撰写简易型压力机技术现状综述报告;(2) 结构设计与论证;(3) 建立与方案对应的三维结构图并生成二维工程图纸。毕业设计最终提交设计资料(文档):(1) 文献翻译 1 份,40000 以上(翻译“Control System Engineering”p51-57)(2) 开题报告 1 份;(3) 方案论证报告 1 份,三维设计图和二维工程图纸各 1 套;(4) 毕业设计论文 1 份。、进度安排:2014 年 10 月 20 日2013 年 11 月 9 日(3 周):选择题目,收集材料;2014 年 11 月 10 日2013 年 12 月 7 日(4 周):布置任务,明确目标、计划;2014 年 12 月 8 日2015 年 1 月 4 日(4 周):试验环境搭建,关键技术试验, 2015 年 1 月 5 日2015 年 2 月 5 日(4 周):方案研究,系统分析、设计;2015 年 2 月 6 日2015 年 3 月 11 日(5 周):继续前期工作,准备毕业设计中期院内检查;2015 年 3 月 12 日2015 年 4 月 1 日(3 周):后期完善调整,系统完整实现;2015 年 4 月 2 日2015 年 4 月 15 日(2 周):指导老师验收成果,毕业论文写作;2015 年 4 月 16 日2015 年 5 月 31 日(2 周):毕业论文预提交、修改、评阅、答辩。、主要参考资料:1成大先.机械设计手册(单行本)机械传动M.北京:化学工业出版社,2004 2濮良贵,纪名刚.机械设计(第七版)M.北京:高等教育出版社,20013刘鸿义.材料力学(第三版上、下册)M.北京:高等教育出版社,19914章日晋. 机械零件的结构设计M.北京:机械工业出版社,19815 冯辛安.机械制造装备设计M.北京:机械工业出版社,19996 常见机构的原理与应用编写组.常见机构的原理与应用M.北京:机械工业 出版社7 邱宣怀.机械零件M.北京:高等教育出版社,19818 天津大学.机械零件手册M.北京:人民教育出版社,1981 9孙桓.机械原理M.北京:高等教育出版社,200610孟宪源.现代机构手册M.北京:机械工业出版社,1994 11吕仲文.机械创新设计M.北京:机械工业出版社,200412张春林,曲继芳。机械创新设计M.北京:机械工业出版社,2001 13于骏一,邹青机械制造技术基础M北京:机械工业出版社,2004 14沈莲主编.机械工程材料M.北京:机械工业出版社,1999 15OrlovP.FudamentalsofMechineDesign.Moscow:MirPub.198716SorsL.FatigueDesignofMachineComponents.Oxford:PergamonPress.1971 17KuehnleMR.ToroidalDriveCombinesConcepts.ProductEngineering.Aug.19 7918 数控机床系统设计, 北京: 化学工艺出版社19 机电一体化技术基础及应用上海: 机械工业出版社20 南 京 艺 工 http:/www.njyigong.com/ 21http:/www.shdaoquan.com/ 22http:/www.gzlink.com/4学生姓名:(签名:),专业年级: 系负责人审核意见(从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核):专业负责人签字: , 年 月 日
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