X-Y数控工作台设计说明书06培训讲学.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。X-Y数控工作台设计说明书06-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月一、总体方案设计1.1设计任务题目：XY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XY数控工作台，主要参数如下：1）工作台面尺寸C×B×H156mm×166mm×26mm；2）底座外形尺寸C1×B1×H1356mm×356mm×256mm；3）工作台加工范围X=106mm，Y=106mm；4）X、Y方向的脉冲当量均为0.005mm、脉冲；X、Y方向的定位精度均为±0.01mm；5）负载重量G=230N；6）工作台空载最快移动速度为3m/min；工作台进给最快移动速度为1m/min。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；10）最大背吃刀量。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）控制系统的设计图1-1系统总体框图二、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×材料比重估算（45钢密度7.85g/立方厘米）工作台面尺寸：156mm×166mm×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：代入上式得：FC=118×200.85×0.10.75×20-0.73×101×3000.10×3N1595N其中，每齿进给量，铣刀转速，可直接带入计算。采用立铣刀进行圆柱铣削时，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：=1754.5N；=606.1N；=398.75N。现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力，受到水平方向的铣削力分别为纵向铣削力（丝杠轴线方向），径向铣削力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XY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，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为=1720N。其中，移动部件重量为G，外加载荷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，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）为。已知移动部件的总重量G，按矩形导轨进行计算，查表，取倾覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为：=1.1×1754.5+0.005×(606+399+500)=1938N、最大动载荷的计算工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度，初选丝杠导程，则此时丝杠转速=200r/min取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入，得丝杠寿命系数=180查表，取载荷系数，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数，代入式，求得最大动载荷=×1.2×1.0×1938=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，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10螺距接触角钢球直径螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）见表2-1。、传动效率计算式中：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脉冲，滚珠丝杠的导程，初选步进电机步距角。、步进电机快速空载启动时转轴所承受的负载转矩的计算=15.34N.m其中是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。=2.24N.m=30×10-3kg.cm2式中：折算到电机轴上的惯性负载（kg.cm2）；步进电机转轴的转动惯量（kg.cm2）；齿轮1的转动惯量（kg.cm2）；齿轮2的转动惯量（kg.cm2）；滚珠丝杠的转动惯量（kg.cm2）；M移动部件质量（kg）。对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算式中：D圆柱零件直径（cm）；L零件长度（cm）。所以电机轴转动惯量很小，可以忽略。=1.25设步进电机由静止到加速至所需时间为，传动链总效率为=13.1N.m步进电机最大工作负载状态下转轴所承受的负载转矩的计算=44.1N.m是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩；是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。=31.0N.m=13.1N.m=44.1N.m、步进电机的最高工作频率=10000HZ查表选用两个45BF005-型步进电机。电机的有关参数见表2-2。表2-2步进电机参数型号主要技术数据外形尺寸重量步距角最大静转距最高空载启动频率()相数电压电流外径长度轴径45BF005-0.7519.630003272.545584112.5、确定齿轮传动比因步进电机步距角，滚珠丝杠的导程，要实现脉冲当量，在传动系统中应加一对齿轮降速传动。齿轮传动比选，。2.6、确定齿轮模数及有关尺寸因传递的扭距较小，取模数，齿轮有关尺寸见表2-3。表2-3齿轮尺寸122512149.5-3252722.5-317.5-