y工作台说明书.docx

广西科技大学数控机床课程设计说明书学院： 机械工程学院班级：机自 Y115 班姓名：陈秋梅学号： 202300104003指导教师： 李冰目录一、 设计目的1二、 设计要求1三、 设计内容和步骤1一总体设计方案1设计机构的性能要求1待改装钻床型号确实定1把握方式确实定3伺服系统确实定3工作台参数的初步选定3导轨的选型思路3滚珠丝杠选型思路4丝杠和电机连接零件的选取思路4支承座材料的选取4轴承类型的选取思路4二机械局部改装设计与计算5确定工作台的尺寸及其重量5滚珠丝杠参数计算与选型5滚动导轨参数计算与选型8步进电机参数计算与选型10联轴器的选择15支承座参数设计18轴承型号的选取18四、 设计总结18五、 参考文献181一、 设计目的通过本次设计，使我们全面地、系统地了解和把握数控机床的根本内容和根本学问，初步把握数控机床的设计方法，并学会运用手册标准等技术资料。同时培育我们学生的创意识、工程意识和动手力气。二、 设计要求1、改造后的钻床能够加工最大面积为 180×180 mm2 ，最大工件重量为 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。三、设计的内容和步骤一总体设计方案设计机构的性能要求:设计机构的性能要求有两个方面： a、是在静态性能方面：工作台到达确定的几何精度、定位精度以及重复定位精度，同时也要满足相应的刚度和强度要求。b 是在动态性能方面：工作台要满足速度和加速特性以及工作的稳定性等。待改装钻床型号确实定:由于改造后的钻床能够加工最大面积为 180×180 mm2 ，在预留装夹具的尺寸后，工作台的尺寸应当设计为 260×260 mm 2。依据改装后这个工作台的尺寸找出与它相对应的要改装钻床的型号。2图一钻床综合考虑选 Z4032 图一，满足工作要求。把握方式确实定：由于 X 、Y 工作台的位置把握承受步进电机数控系统， 由于工件相对刀具移动的过程中不进展钻削，故承受点位把握系统，要求是快速定位，保证定位精度。定位方式承受增量坐标方式。伺服系统确实定：数控XY 工作台要求孔的定位精度在±0.02mm 内，定位精度要求不高，应选择开环伺服把握系统可以满足要求。由于开环系统稳定性好，不存在位置检测和反响把握，构造简洁，调试和修理便利、本钱低。工作台参数的初步确定：3改装后的钻床工作台能够加工最大面积为180×180mm 的工件，所以在预留安装夹具的尺寸后，工作台应当设计为260mm× 260mm，考虑到工件的最大重量为 200kg，为了保证工作台的刚度和强度，选取工作台厚度为 25mm.估算工作台的尺寸为 260mm× 260mm×25mm。导轨的选项思路：选择的导轨应当具有摩擦系数小，动摩擦系数接近，不产生爬行现行现象，承载力气和刚度好等特点。所以我选择直线滚动导轨副。它具有动、静摩擦力之差很小，随动性极好，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度，能实现高定位精度和重复定位精度。滚珠丝杠选型思路：滚珠丝杠具有：传递效率高、摩擦系数小、运动灵敏、无爬行现象等优点。考虑到工作台用于数控钻床，要求加工精度比较好，低速运动平稳，所以我选滚动丝杠螺母副，并承受外循环方式。由于这种循环方式构造简洁，工艺性好，承载力气强，本钱低等优点。丝杠和电机连接零件的选取思路：由于由于要求设计的工作台属于轻载型工作台，工作台上的负载折算到电机上的转动惯量不是很大，所以电机与丝杠的连接用联轴器就可以满足要求。这样大大简化了主轴的构造，缩短传动链，提高了传动精度。同时有效地提高了主轴部件的刚度。4支承座材料的选取：选 HT200 做为支承座材料，其具有耐磨、减摩性好、抗振性强、铸造性能良好、切削加工性良好等优点。轴承类型的选取思路：由于丝杠主要受轴向力的作用，为了保证其高速、高精度牢靠性,承受一端固定，一端游动，可选用“前后支承均承受角接触球轴承和一个深沟球轴承支承”。这样既保证了轴向载荷和径向载荷。一 机械局部改装设计与计算 确定工作台的尺寸及其重量在教师给定的钻床能够加工最大面积参数中，我选择钻床能够加工最大面积为 180×180mm，考虑加工的时候要用夹具夹紧工件，每边留出装夹具的尺寸为 40mm，最终确定工作台尺寸为 260×260mm。因加工工件的最大重量为200kg ，考虑工作台的刚度和强度等因素。取工作台台面的厚度为 25mm。查阅有关资料， 我选灰铸铁HT200 做为工作台的材料，其优点是耐磨、减摩性好、抗振性强、铸造性能良好、切削加工性良好。其密度是7.2kg/m 3。由此可以计算工作台的重量为：M= r =7.2×260×260×25×10 -6 =12.168kg。本设计校核中总是考虑最危急的工况，由于工作台上下两轴的传动装置一样。由于下层传动装置受到的载荷比上层大很多。5所以以下方的滚珠丝杠为对象进展计算。除了上层工作台外，还应考虑支承座、轴承、轴承座、联轴器、电机、最大工件质量 200kg，以及夹具质量等部件后，估算工作台的总质量M 滚珠丝杠参数计算及选型：a、求出螺旋传动的计算载荷 Fc：=300kg。总F= K K KFCFLHm其中KF-为载荷系数，无冲击平稳运转：1.01.2; 一般冲击：1.21.5；有冲击和振动：1.5-2.5。依据这次设计机床的状况，我选KF=1.1。K-为硬度系数，滚道硬度 HRC58 ：1.0 ； 滚道硬度 HRCH55 ：1.11；滚道硬度 HRC50 ：1.56；滚道硬度 HRC45 ：2.4；滚道硬度40：3.85；参考文献【3】得滚珠丝杠的硬度应到达 60±2HRC，即滚道硬度HRC58。由于滚道的硬度跟丝杠相近，所以我选KH=1.0。K 为精度系数，精度等级C、D : 1.0；精度等级E、F：1.1，L精度等级G：1.25；精度等级H：1.43。由于滚珠丝杠螺母副精度等级的选择： 一般精度的数控机床可选用D 级精度，周密型数控机床选用C 级。所以选择KL=1.0F -为丝杠工作时的轴向压力。Fmm= Mgm总µ 为导轨的摩擦系数。M总为最下面的丝杠以上的全部重量。参考文献【1】 取摩擦系数µ=0.003。6所以Fm= Mgm =300×10×0.003=9N。总F= KK KFCFLHm=1.1×1.0×1.0×9=9.9Nb、额定动载荷及寿命计算：1确定丝杠使用寿命：假设滚动丝杠能工作 6 年，每年为 300 天,每天工作 10 小时则滚珠丝杠的运转寿命L =6×10×300=18000 hh取滚珠丝杠的平均转速nm=110r/min则C= 360n Lmh´ F = 360 ´18000 ´110´ 9.9 = 190.4Na1.67 ´104c16700依据Ca” 选择滚珠丝杠螺母副，按滚珠丝杠副的额定运动载荷Ca等于梢大于Ca” 的原则，参考文献【1】图二滚珠丝杠螺母副78图三滚珠丝杠参数考虑到各种因素，选用的滚珠丝杠的参数如下： 型号是WD2023-2.5´1/DL-300´400 滚动导轨参数计算与选型：一计算导轨的工作寿命 T ，要求不低于 6 年。h假设每天工作 10 小时，每年 300 天，使用 6 年，则：T =10×300×6=18000 hh二计算导轨行程长度寿命TST = 2TshL n /1000s其中L 为单向行程，n 为每分钟来回次数可取 4-6 次/分钟s9取L =0.2m，n=5s所以Ts=2×18000×0.2×5×60/1000= 2160km三计算导轨的额定动载荷 Ca由于导轨承受四个滑块，每根导轨上使用 2 个滑块，作用在导轨副上的压力M = Mg = 300 ´10 = 3000N总则每个滑座承受的工作载荷F = 1.2M = 900N4依据公式C3得：T = 6.25(sa )，FC= 3F 3 ´Ts9003 ´ 2160=3= 6595Na6.256.25依据额定动载荷Ca确定滚动导轨的型号和构造尺寸。查得：图四滚动直线导轨副其中HGH15CA 型号的导轨的Ca=11.38KN,能满足 6 年的使用要求，10所以选用HGH15CA 型号的滚动直线导轨，导轨的长度取 450mm。 步进电机的参数计算与选型：一由机床精度要求确定脉冲当量d 由于孔的定位精度为±0.02mm，假设电机的脉冲当量为 0.01由于用联轴器连接电机主轴和丝杆，所以传动比l =1所选的丝杆根本导程P=4mm，由公式a = 3600ld得，电动机的步距角a =360° ld=360° ´1´ 0.01= 0.9°pP4其中P 为丝杠的导程。二计算电机轴上的总当量负载转动惯量 J= J + J总1+ J2转子a丝杆的转动惯量 J1= pr d 4l32kg· m 2 其中： r 为丝杠密度，取7.8× 10 3直径， l 为丝杠的长度。kg/ m 3， d 为丝杆的等效由所选丝杠的型号得，d=20mm= 20 ´10-3 mm，l=400mm=0.4m 所以丝杠的转动惯量：r d4l3.14 ´ 7.8´103 ´ (20 ´10-3 )4 ´ 0.4J= 4.90 ´10-5 kg × m213232b 工作台、工件、夹具、支承座等折算到电机轴上的转动惯量：p4J= (22p)M´10-6 =2 ´ 300 ´10-6 = 12.171´10-5 kg ×m2总2 ´ 3.14c 电机转子的转动惯量小的场合，可无视不计。11所以电机轴上的总当量转动惯量J= J+ J总1=4.90×10 -5 +12.17×10 -52=17.07×10 -5kg· m 2三电机轴转矩的计算：a 空载启动时，电动机轴上的惯性转矩：T= Jj总2pl VDmaxptN·m其中： Dt 为电机加减速时间=0.1s；p 为丝杠导程m。Vmax为工作台快进速度=3.6m/min，换算为m/s；为传动比。所以T= j2pl Vmax= 17.07 ´10-5´ 2 ´ 3.14 ´1´ 0.06 = 16.07N ×mj总PDt4 ´10-3 ´ 0.1b 机轴上的当量摩擦转矩工作台及工件重量引起 为伺服传动链的总效率，可取 0.8。phT= 2phl´ Mgh =总0.0042 ´ 3.14 ´ 0.8´1´ 300 ´10 ´ 0.003 = 0.717 ´10-2 N × mc、因丝杠副预紧力引起的电机轴上的附加摩擦转矩：设预紧力为最大轴向载荷的1 ，h为滚珠丝杠螺母副未预紧时的传动效率，h030=0.9mT =p´ F´ (1-h 2 )02phl30´2´ (1- 0.9 )=0.0040.003´ 300 ´102 ´ 3.14 ´ 0.9 ´13= 4.538 ´10-4N·m空载启动时电机轴上的最大静转矩：T =T +T+Tqju012=16.07×10 -2 +0.717´10 -2 +0.045×10 -2=0.1683 N·m所选取的步进电机的最大静转矩TT >qs0.8660.1683= 0.866= 0.1943N × m依据步进电机的最大静转矩T > 0.1943N × mN·ms选择步进电机的型号，从网上查得：图五混合式步进电机型号步距角电压电阻电感L流距矩惯量量mmDegVAmHN.mN.mKg ²Kg110BYG2501420.98020060.455.9100.35.65.5110BYG250A1700.98020060.558.012.50.58.47.5110BYG250B1980.98020060.6710.0180.612.611110BYG250C2260.98020060.688.3220.716.813110BYG250D2540.98020060.799.7250.82115机身长电保持转定位转转动重图六 混合式步进电机型号选择的步进电机型号如下：110 BYG250 电机具体参数是：步距角：0.9 度，转动惯量：5.6kg·cm 2=5.6×10 -4kg·m 2 。13步进电机选型的时候，必需同时满足转动惯量及静转矩的要求。即应进展惯量匹配验算： 1 J总4Jm1， Jm为所选电机的转动惯量。1 J总 = 16.07 ´10-5 = 0.2871。4J5.6 ´10-4m说明惯量匹协作理。按电动机运行矩频特性曲线来确定最大运行频率，并应满足 f> f / = Vmax ( f / 为实际连续运行频率的最大值)。60d所选电机的矩频特性如图：110 BYG250110VAC0.9°7.5/17.2/26.8/45.6/64.5/83.5/102.5/12110 BYG250A110VAC0.9°12.3/112.2/212.1/410/67.5/86/104/12110 BYG250B110VAC0.9°15.5/115/213/411/68.5/87/104.5/12110 BYG250C110VAC0.9°18/116/214/412/610/88/105/12表一 矩频特性平均参考值由矩频特性曲线知道，电机的最大运行频率 f=12023HZ，依据V3.6 ´1000,”。故满足要求。f =max= 6000HZ60d60 ´ 0.01 联轴器的选择：f < f由于钻床具有较大的冲击、振动和转矩变化较大的工作载荷，严峻影响传动系统的工作性能。所以我选择微型狭缝弹性联轴器， 以缓冲、减振、补偿轴线偏移，改善传动系统工作性能。14参考文献【1】得联轴器的参数，如以以以以下图所示图七轮胎式联轴器图八轮胎式联轴器依据选出的电机和丝杠的参数，选出下面的微型狭缝弹性联轴器，因15为丝杠的轴直径为 12mm,电机轴直径为 16mm。 所以我选择LU1 轮胎式联轴器。 支承座参数设计：依据工作台的尺寸和所选导轨的长度确定支承座的长度，同时在为了保证装上滚珠丝杠后，以丝杆的螺母座不会遇到支承座的外表为依据确定支承座的高度 ，长宽高分别设为a、b、c， 所以a=480mm, b=220mm, c=120mm。 轴承型号的选取：(1) 由于滚珠丝杠承受一端固定，一端支承的支承方式。所以要选择两种类型的滚动轴承。固定端承受角接触球轴承，支承端承受深沟球轴承。轴承的参数是依据滚珠丝杠的轴端直径来确定的， 由于滚珠丝杠轴端直径为 15mm。参考文献【1】16图九角接触滚珠轴承选择型号为 7002C 型角接触轴承，其内径 d 为 15mm,大径 D 为32mm，厚度 B 为 9mm。图十 深沟球轴承选择型号为 6002 型的深沟球轴承，其内径为 15mm，大径 D 为32mm，厚度 B 为 9mm。17(2) 在滚珠丝杠的两端支撑座：图十一滚珠丝杠支撑座因丝杠对中安装问题，考虑综合因素，选用EK15 安放在固定端而EF15 安放在铰支端，确保滚珠丝杠的安装固定在准确的位置。18四设计总结:在刚开头设计时，遇到了很多困难，比方说工作台的尺寸大小设计，丝杠的选用，步进电机的选用，都遇到了不少麻烦，错一个就要换选一批，甚至一整套零件，在选用方面花费了不少功夫。在制图中， 自己对 CAD 软件的不生疏也凸显了出来，好的操作将能节约不少时间。在形形色色的实物图，设计一个适宜的 XY 数控工作台，自己走了不少弯路，也同时弄清楚了，整个设计过程留意的地方。避开以后在设计中消灭同样的问题。在此感谢帮助我的同学和教师，这次课程设计的完成，离不开教师和同学的指导、帮助和鼓舞。最终由于本人水平有限，所以设计过程有很多的缺乏，恳请李教师批判指正。五、参考文献：【1】.成大先主编，机械设计手册化学工业出版社。【2】.朱龙根主编，简明机械零件设计手册机械工业出版社。【3】.范云涨、陈兆年主编金属切削机床设计简明手册机械工业出版社。19