XY双坐标联动数控工作台课程设计说明书

X-Y双坐标联动数控工作台课程设计说明书X-Y双坐标联动数控工作台课程设计说明书X-Y双坐标联动数控工作台课程设计说明书目录

1.课程设计目的.................................................12.课程设计任务.................................................1设计题目：..............................................1技术数据................................................1技术要求................................................13.整体结构设计.................................................1滚珠丝杠设计............................................2滚珠丝杠副的采用........................................3牢固性运算..............................................4压杆牢固性计算..........................................54.转动导轨.....................................................6计算行程长度寿命Ts.....................................6计算动载荷Cj..........................................65.步进电机的选择..............................................8步距角的确定............................................9步进电机转矩校核.......................................10频率校核...............................................126.总结........................................................127.参照文件....................................................131.课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上,进行机电系统设计的初等训练,掌握手册、标准、规范等资料的使用方法,培养解析问题和解决问题的能力,为今后的毕业设计打下优异的基础.2.课程设计任务设计题目：X-Y双坐标联动数控工作台设计技术数据工作台长×宽（mm）：450×310工作台重量(N)：3300行程(mm)：X=60－100；Y=50－100脉冲当量：技术要求（1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构（2）滚珠丝杠支撑方式：双锥-简支型（3）驱动电机为反应式步进电机（4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求除掉齿轮缝隙3.整体结构设计数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图以下列图:实质设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X导游轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y导游轨,上拖板与工作台固联,在Y导游轨上搬动.X、Y导轨方向互相垂直。.滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按转动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向缝隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。计算动载荷Cj式中:载荷系数—KF(见表1)硬度系数—KH(见表2)轴向工作载荷--Fa3300=4950N6额定寿命L=（60·n·T）/10=90h使用寿命—T=15000h见表31表1表2载荷性质KF实质硬度KHHRC平稳或轻度冲1～≥55击≥50轻度冲击～≥45较大冲击、振动～≥40表3种类一般机械一般机床数控、精美机械T(h)5000～100001000015000滚珠丝杠副的采用计算载荷FCKFKHKAmF查《机电一体化设计基础》表2-6取，KF查表2-7取KH查表2-4取D级精度查表2-8取KA取平均工作载荷Fm=4950NFc=1.3x1x1x4950=6435N计算额定动载荷计算值Can=100r/min使用寿命Lh=15000h2依照Ca选择滚珠丝杠副依照《机电一体化设计基础》表2-9汉江机床TC1型滚珠丝杠，若采用FC1型无密封圈滚珠丝杠，滚珠丝杠副额定动载荷C’a等于也许大于Ca的原则，采用，Ca=16083N的丝杠副数据：公称直径：D040mm导程：P=6mm螺旋角：244'滚珠直径：d0依照《机电一体化设计基础》表2-1公式得螺纹滚道半径：d0独爱距：Rd02丝杠内径：d1D02e2R4022滚珠丝杠副校核滚珠丝杠副还要受D0n的值的限制，平时要求D0n<7104mmr/minD0n4010040m0m0r/min47m1m0r/min所以丝杠副工作牢固牢固性运算3.3.1.计算临界转速nKnK9910fc2d1（r/min）(l)2式中临界转速系数—见表4长度系数—见表4d1—丝杠内径(mm)L—丝杠工作长度(mm)3取丝杠工作长度：Lx=450mmLy=310mm可知Y向临界速度最大÷（）2由于nknmax所以丝杠工作时不会发生共振表4支承方双推—自由双推—简支两端固定式系数fcu2-----s3~4——压杆牢固性计算2EIa（N）FKl)2(式中FK—临界载荷E—资料弹性模量对于钢×1011PaIa—丝杠危险截面惯性矩(m4)Iad143)46464-7临界载荷：÷（）24安全系数：S=Fk÷÷丝杠绝对安全，不会失稳丝杠采用无误，即采用型滚珠丝杠。4.转动导轨导轨是工作台系统的重要组成部分,由于转动导轨拥有定位精度高、低速无爬行、搬动轻盈等显然优点,故本工作台系统设计采用转动导轨.转动导轨应用最广的是滚珠导轨,按滚珠的循环方式分类,滚珠导轨又可分为滚珠不循环式和可循环式.在专业厂家生产的标准化转动导轨中,都为转动体可循环式.计算行程长度寿命TsTs=2Ls·n·60·Th/100(km)式中:Ls—工作单行程长度—往来次数(次/min)nxnp1001010-32Lsx2Th—工作时间寿命(h):Th=15000行程长度寿命：Tsx260计算动载荷CjFfw(Ts/k)1/3Cj=fTfcfHm式中F—作用在滑座上的载荷(N)F=3300*m—滑座个数5K—寿命系数一般取K=50kmfT—温度系数见表5fc—接触系数见表6fH—硬度系数见表7fw—负载系数见表8表5工作温度fT（0C）<1001100～150150～200200～250表6每根导轨上fc滑块数11234表7滚道表面硬度605855535045HRCFh1表8工作条件fw无冲击、振动V<15m/min1～较小冲击、振动V<60m/min～2较大冲击、振动V>60m/min2～分别由指导书表5、查得fT、fC、fH、fW另取滑座个数m=4;6寿命系数一般取k=50km;另取滑座个数m4寿命系数一般取k50km作用在滑座上的载荷Fx=33000；Fy=44000=51876N由机电一体化设计基础表2—13查得，应采用转动导轨型号为HJG—D25步进电机的选择在选择步进电机时应主要考虑以下几个方面:步距角可否适合系统脉冲当量的要求.步进电机转矩可否满足要求.步进电机起动频率及运行频率可否满足要求.步距角的确定0＝360i（度）t式中—工作台脉冲当量(mm/P)i—传动系统传动比t—滚珠丝杠导程(mm)t=6mmα=360°÷°依照《机械设计手册》初选型号55BYG005;由《机电一体化设计基础》图5-33、5-34查的：减速器采用2级传动传动比分别为i12:i2各传动齿轮齿数为：7Z120;Z240;Z320;Z450模数m=2齿轮宽b=20mm步进电机转矩校核空载起动时电机轴总的负载转矩TqTq=Tj+Tu+To式中1)Tj—惯性转矩Tj=J·εJ—电机轴总惯量(包括当量)ε—起动时角加速度由《机电一体化设计基础》书中式5-36分别计算各传动件的转动惯量，其中齿轮交织直径取分度圆直径：d1d322040mmd2240mm80d42501mm00丝杠内径分度圆：dsmm丝杠长度取L=410mm电动机总惯量：Jd4L32JZ1JZ3103432105kgm2JZ2103432104kgm2JZ4103432103kgm2834Js325kgm2JZ1+12JZ2JZ312JZ4JSP2Jdmi1i22i211210510410510310518042525104kgm2其中，是所用资料密度；d是分度圆直径；L是长度（齿宽）；P是导程；是工作台质量。其中工作台小刀架质量为m1,取m1=80kg取电动机轴自己转动惯量:Jm3kgm2则步进电机轴的总转动惯量：JJmJd343kgm2设步进电机空载启动时间50s，最大进给速度：vmax导轨摩擦系数空载启动时，电动机轴的惯性转矩：P=0.0036t=50电动机轴上的当量摩擦转矩：=1.54n.mi=5μ其中伺服进给链的总效率设滚珠丝杠螺母副的预紧力为最大轴向载荷的1/3，则因预紧力而引起，而折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为：=0.32n.mFo=2145N9其中0工作台的最大轴向负载折算到电动机轴上的负载转矩：则电动机空载启动时电动机轴总的负载转矩：则电动机正常工作时电动机轴总负载转矩：电动机最大静转矩Ts空载启动时所需电动机最大静转矩：÷按正常工作计算：在最大外载荷下工作时所需要电动机最大静转矩：÷由下表可查电机相数3456运行拍数3648510612CTS取二者最大的，故TS1TS步进电机的最大静转矩满足要求。10频率校核参照电机的矩—频特点曲线进行采用.原则：采用步进电机应使实质应用的启动频率、运行频率与负载转矩所对应的启动，运行工作点位于该曲线之下，才能保证步进电机不失频的正常工作。经校核满足要求。所以采用55BYG005型步进电机。6.总结经过本次课程设计，在设计过程中遇到好多问题，但经过思虑与谈论，一遍又一遍地检查找到了原因所在，我们欠缺知识与经验，实践出真知，我们不断发现错误，千锤百炼，不断领悟，不断获取。我们掌握了典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,,培养解析问题和解决问题的能力,为今后的