(整理)X-Y数控工作台设计说明书06.

1、精品文档 滨州学院自动化系 数控机床课程设计说明书 设计题目： X-Y数控工作台机电系统设计 班级： 08机械三班 姓名: 指导教师： 孙鲁青 滨州学院自动化系 机械设计制造及其自动化 三班 2011年5月 、总体方案设计 1.1设计任务 题目：X Y数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的 X Y数控工作台，主要参数如下： 1）工作台面尺寸 Cx BX H= 156mM 166mrK 26mm 2）底座外形尺寸 C1X B1X H1= 356mX 356mnX 256mm 3）工作台加工范围 X=106mm Y=106mm 4）X、丫方向的脉冲当量均为0.005mm脉冲；

2、X、丫方向的定位精度均为土 0.01mm 5）负载重量 G=230N 6）工作台空载最快移动速度为 3m/mi n；工作台进给最快移动速度为1m/mi n。 7）立铣刀的最大直径 d=20mm 8）立铣刀齿数Z=3; 9）最大铣削宽度a 20mm ； 10）最大背吃刀量ap = 10mm。 1.2总体方案确定 （1）机械传动部件的选择 导轨副的选择 丝杠螺母副的选择 减速装置的选择 伺服电动机的选择 检测装置的选择 （2）控制系统的设计 精品文档 数控箱密工作台 图1-1系统总体框图 、机械系统设计 2.1、导轨上移动部件的重量估算 重量：按重量=体积X材料比重估算（45钢密度7.85g/立方

3、厘米） 工作台面尺寸：156mm X 166mrX 26mm 重量：53N 上导轨座（连电机）重量 300N: 夹具及工件重量147N: X-Y工作台运动部分的总重量G=500N 2.2、铣削力的计算 零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。查表 得立铣刀的铣削力计算公式为： Fc =118a085fZ）75dJ73ap0 n0.10Z 代入上式得：R=118X 200.85 X 0.1 0.75 X 20-0.73 X 101X 300010 X 3N 1595N 其中，每齿进给量fz =0.1mm ,铣刀转速n =300r/min，可直接带入计算。采 用立铣刀进行圆

4、柱铣削时，各铣削力之间的比值可查表得出，考虑逆铣时的情况， 可估算三个方向的铣削力分别为：Ff = 1.1Fc=1754.5N; Fe =0.38 Fc=606.1N; Ffn =0.25Fc=398.75N。 现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力 Fz = Fe，受到水平方向的铣削 力分别为纵向铣削力Fx二Ff （丝杠轴线方向），径向铣削力Fy二Ffn 2.3、直线滚动导轨的参数确定 、滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 本设计中的X Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑 最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的 G 最大垂直方向载荷为

5、FmaxF =1720N。 4 其中，移动部件重量为G,外加载荷F二Fz 根据计算出的工作载荷，初选符合要求的直线滚动导轨副的型号。 根据任务规定工作台面尺寸，加工范围及工作台整体尺寸的要求，选择导轨的 长度为 、额定寿命的L的校核计算（略） 2.4、滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时 的情况计算。 、最大工作载荷Fm的计算 在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）为Fx，受到横向 的载荷（与丝杠轴线垂直）为Fy，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）为 Fz 0 已知移动部件的总重量G,按矩形导轨进行计算，查表，取倾覆力矩影响系

6、数 K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数亠=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为： Fm 二 KFx（Fz Fy G） =1.1 X 1754.5+0.005 X （606+399+500） =1938N （2）、最大动载荷Fq的计算 工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=1000mm/min，初选丝杠导程 Ph =5mm，则此时丝杠转速 n =v / Ph=200r/min 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L。=60nT/105，得丝杠寿命系数 L0 =180 查表，取载荷系数fW =1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH =1.0，代 入式 Fq =3 L fW f

7、H Fm，求得最大动载荷 Fq=3 180 X 1.2 X 1.0 X 1938=13130N 、初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表，选择济宁博特精密丝杠制 造有限公司生产的G系列2005-3型，其额定动载荷为，大于Fq，满足要求。 表2-1 滚珠丝杠螺母副几何参数 名称 符号 计算公式和结果 螺纹滚道 公称直径 d 10 螺距 t 4 接触角 P 45 钢球直径 dq 2 螺纹滚道法面半径 R R=0.52dq =1.04 偏心距 e e=(R-dq/2)si nB =0.03 螺纹升角 V tr Y =arctg=7.26 螺杆 螺杆外径 d d =d0 -(0.20.

8、25)dq =9.5 螺杆内径 di d =d0 +2e-2R = 7.98 螺杆接触直径 dz dz = d0 -dqcos P =8.59 螺母 螺母螺纹外径 D D =d -2e + 2R = 12.02 螺母内径（外循环） Di D1 =d+(0.20.255)dq =10.5 见表2-1 、传动效率计算 tg tg() tg7.26； tg(7.26；0.2) = 0.973 式中：摩擦角； 丝杠螺纹升角 2.5、步进电机的选用 、步进电机的步距角: 根据系统脉冲当量0.005mm/脉冲，滚珠丝杠的导程R = 5mm，初选步进 电机步距角:=0-75。 、步进电机快速空载启动时转轴所

9、承受的负载转矩 Teqi的计算 Teqi = Ta max Tf =15.34N.m 其中Tamax是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；Tf是移动 部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。 eq 2 二 Jeqnm 60ta -=2.24N.m n Ji J2 J3M 兀 a 、2 32 =30 x 10 kg.cm 180 丿 式中：Jeq 折算到电机轴上的惯性负载（kg.cm2）; J0步进电机转轴 的转动惯量（kg.cm2） ； J1齿轮1的转动惯量（kg.cm2）; J2齿轮2的转动 惯量（kg.cm2）； J3滚珠丝杠的转动惯量（kg.cm2）; M移动部件质量（kg）

10、。 对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算 J =0.78 10”D4L kgUcm2 式中：d圆柱零件直径（cm； l零件长度（cm）o 所以 出=0.78 10 1.74 0.5 =3.26 10 kgUsm2 J2 =0.78 10 2.84 0.5 = 23.9 10“ kgUsm2 J3 =0.78 10- 14 5 =3.9 10- kgjcm2 电机轴转动惯量很小，可以忽略。 nm Vmax ：3 0.75 360 p= 360 0.005 =1.25 设步进电机由静止到加速至nm所需时间为ta = 0.4s，传动链总效率为=0.7 Tf 叫Fz GM 2二 i =13.1N.

11、m 步进电机最大工作负载状态下转轴所承受的负载转矩Teq2的计算 Teq2 =Tt Tf =44.1N.m Tt是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩；Tf是移动部件运动时折算到电 动机转轴上的摩擦转矩。 FfPh Tt- - =31.0N.m 2二 i T- 珂Fz G)R 2- i =13.1N.m Teq =maxTeq1,Teq2 =44.1N.m 、步进电机的最高工作频率 max 1000Vmax 60 p 1000 3 60 0.005 HZ =10000HZ 查表选用两个45BF005-U型步进电机。电机的有关参数见表 2-2 表2-2 步进电机参数 主要技术数据 外形尺寸(mm) 重量 型号 步 距 角 (: 最 大静 转距 )(NLJcm ) 最咼空 载启动 频率 (step/s ) 相 数 电压 (V) 电流 (A) 外径 长度 轴径 (N) 45BF005- 0. 19.6 3000 3 27 2. 45 58 4 11 n 75 5 2.5、确定齿轮传动比 因步进电机步距角:=0.75，滚珠丝杠的导程 Ph = 5mm，要实现脉冲当量 p -0.005mm/step，在传动系统中应加一对齿轮降速传动。齿轮传动比 . 乙 p 360；0.005 36012 i 一 Z2 一 : Fh- 0.75 5 _25 选乙=1