X-Y数控工作台设计 - 图文(2)

侯磊：X－Y数控工作台结构设计

第3章 工作台机械装配图的绘制 ............................................................................................. 11 第4章 步进电动机驱动电源的选用 ......................................................................................... 12 参考文献 ......................................................................................................................................... 14 致 谢 ......................................................................................................................................... - 15 - 附 录 ......................................................................................................................................... - 16 -

- IV -

吉林化工学院课程设计说明书

金属切削机床课程设计任务书

一、 题目

X-Y数控工作台结构设计 二、 目的要求：

本课程培养学生应用基础理论知识和所学的专业知识，使学生掌握金属切削机床的传动部分结构设计方法、调整计算以及金属切削机床设计的相关知识； 培养学生具有对现代机床设备的使用、调整、维护及设计的专业能力，使学生可在机械工程领域从事机电产品设计、制造、开发与研究以及生产等工作的工程技术人才和高级应用型专门人才。

通过本次课程设计，学生要掌握X-Y数控工作台整体结构设计方法——导轨、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副的选择计算和绘图方法，以及伺服电动机等部件的匹配计算和选型。 三、 设计任务和工作量 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. 立铣刀最大直径d=15mm； 2. 立铣刀齿数Z=3； 3. 最大铣削宽度ae=15mm； 4. 最大背吃刀量ap=8mm； 5. 加工材料为碳素钢或有色金属；

6. X、Y方向的脉冲当量?x=?y=0.005mm/脉冲； 7. X、Y方向的定位精度均为?0.01mm；

8. 工作台面尺寸为255mm×255mm，加工范围为275mm×275mm； 9. 工作台空载最快移动速度?xmax=?ymax=3000mm/min； 10. 工作台进给最快移动速度?xmax =?ymax =400mm/min。

工作量（答辩需要提交的材料）：

1. 设计说明书一份 （同时提交设计计算手写草稿） 2. 绘制工程图一套 （用CAD绘图）

a、 装配图（A１图１张）

b、 零、部件图（Ａ０图１张，包含：滚珠丝杠幅、电机安装座、导轨、工作台面）

- 1 -

侯磊：X－Y数控工作台结构设计

四、 设计参考资料

1. 《机电一体化设计课程设计》，图书馆 2. 《机械零件》，教材 3. 《机电传动控制》，教材 4. 《金属切削机床》，教材 5. 《机械设计手册》，图书馆

- 2 -

吉林化工学院课程设计说明书

第1章 总体方案的确定

1.1 机械传动部件的选择

1.1.1 导轨副的选用

要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.1.2 丝杆螺母副的选用

伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量?0.01mm和的定位精度，滑动滑动丝杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到。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。

1.1.3 减速装置的选用

选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此，决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 1.1.4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，空载最快速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。 1.1.5 检测装置的选用

选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。

考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杆螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相同的型号与规格。

- 3 -

侯磊：X－Y数控工作台结构设计

第2章 机械传动部件的计算与选型

2.1 导轨上移动部件的重量估算

按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为800N。

2.2 铣削力的计算

设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。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为：

0.850.75?0.731.00.13 Fc?118aefzdapnZ (1)

今选择铣刀直径d=15mm，齿数Z=3，为了计算最大铣削力，在不对称铣削的情况下，取得最大铣削宽度ae?15mm，背吃刀量ap?8mm，每齿进给量fz?0.1mm，铣刀转速n=300r/min。则由(1)式求得最大铣削力：

0.850.75?0.731.00.13F?118?15?0.1?15?8?300?3N?1463N c

采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表3-5查得，结合图3-4a，

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?1609N，

Fe?0.38Fc?556N，Ffn?0.25Fc?366N。图3-4a为卧铣情况，现在考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力Fz?Fe?556N，受到水平方向的铣削力分别Ff和Ffn。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杆轴线方向），则纵向铣削力

Fx?Ff?1609N，径向铣削力Fy?Ffn?366N。

2.3 直线滚动导轨副的计算与选型

2.3.1 滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取

工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。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，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：

Fmax?G?F (2) 4其中，移动部件重量G=800N，外加载荷F?Fz?556N，代入式（2），得最大工作载荷Fmax?756N?0.756kN。

- 4 -

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库X-Y数控工作台设计 - 图文(2)在线全文阅读。