xy 工作台说明书

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： 201100104003

指导老师： 李冰

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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

①设计机构的性能要求 ………………………………..……...1

②待改装钻床型号的确定…………………………………..….1

③控制方式的确定…………………………………………..….3

④伺服系统的确定………………………………………..…….3

⑤工作台参数的初步选定………………………………..…….3

⑥导轨的选型思路………………………………………..…….3

⑦滚珠丝杠选型思路………………………………………..….4

⑧丝杠和电机连接零件的选取思路……………….……….….4

⑨支承座材料的选取………………………………………..….4

⑩轴承类型的选取思路……………………………………..….4

（二）机械部分改装设计与计算…………..………………….5

①确定工作台的尺寸及其重量…………………………...……5

②滚珠丝杠参数计算与选型…………………….………..……5

③滚动导轨参数计算与选型……………………………..…….8

④步进电机参数计算与选型……………………………..……10

⑤联轴器的选择…………………………………………..……15

⑥支承座参数设计 ………………………………………..…..18

⑦轴承型号的选取………………………………………......…18

四、 设计总结…………………………………………………….…........18

五、 参考文献……………………………………………………….…....18

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一、 设计目的

通过本次设计，使我们全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识，初步掌握数控机床的设计方法，并学会运用手册标准等技术资料。同时培养我们学生的创新意识、工程意识和动手能力。

二、 设计要求

1、改造后的钻床能够加工最大面积为180×1802mm，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

①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：工作台达到一定的几何精度、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。

②待改装钻床型号的确定:

因为改造后的钻床能够加工最大面积为180×1802mm，在预留装夹具的尺寸后，工作台的尺寸应该设计为260×2602mm。根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。

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图（一）钻床

综合考虑选Z4032图（一），满足工作要求。

③控制方式的确定：

因为X、Y工作台的位置控制采用步进电机数控系统，由于工件相对刀具移动的过程中不进行钻削，故采用点位控制系统，要求是快速定位，保证定位精度。定位方式采用增量坐标方式。

④伺服系统的确定：

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，故选择开环伺服控制系统可以满足要求。因为开环系统稳定性好，不存在位置检测和反馈控制，结构简单，调试和维修方便、成本低。

⑤工作台参数的初步确定：

4 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，工作台应该设计为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。

⑥导轨的选项思路：

选择的导轨应该具有摩擦系数小，动摩擦系数接近，不产生爬行现行现象，承载能力和刚度好等特点。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。

⑦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，并采用外循环方式。因为这种循环方式结构简单，工艺性好，承载能力强，成本低等优点。

⑧丝杠和电机连接零件的选取思路：

因为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结构，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。

5 ⑨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。

⑩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、高精度可靠性,采用一端固定，一端游动，可选用“前后支承均采用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） 机械部分改装设计与计算

① 确定工作台的尺寸及其重量

在老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，最后确定工作台尺寸为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/m3。由此可以计算工作台的重量为：

M=∨=7.2×260×260×25×610=12.168kg。

本设计校核中总是考虑最危险的工况，因为工作台上下两轴的传动装置相同。由于下层传动装置受到的载荷比上层大很多。

6 所以以下方的滚珠丝杠为对象进行计算。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总=300kg。

② 滚珠丝杠参数计算及选型：

a、求出螺旋传动的计算载荷Fc：

CFLHmFKKKF

其中FK----为载荷系数，无冲击平稳运转：1.0—1.2; 一般冲击：1.2—1.5；有冲击和振动：1.5---2.5。

根据这次设计机床的情况，我选FK=1.1。

HK---为硬度系数，滚道硬度HRC≥58 ：1.0 ； 滚道硬度HRC≥55 ：1.11；滚道硬度HRC≥50 ：1.56；滚道硬度HRC≥45 ：2.4；滚道硬度≥40 ：3.85；

参考文献【3】得滚珠丝杠的硬度应达到60±2HRC，即滚道硬度HRC≥58。由于滚道的硬度跟丝杠相近，所以我选HK=1.0。

LK为精度系数，精度等级C、D : 1.0；精度等级E、F：1.1，

精度等级G：1.25；精度等级H：1.43。

因为滚珠丝杠螺母副精度等级的选择： 普通精度的数控机床可选用D级精度，精密型数控机床选用C级。

所以选择LK=1.0

mF---为丝杠工作时的轴向压力。mFg总

µ为导轨的摩擦系数。总为最下面的丝杠以上的所有重量。

参考文献【1】 取摩擦系数µ=0.003。

7 所以mFg总=300×10×0.003=9N。

CFLHmFKKKF=1.1×1.0×1.0×9=9.9N

b、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hL=6×10×300=18000 h

取滚珠丝杠的平均转速mn=110r/min

则NFLnCchma4.1909.91670011018000601067.160334

根据'aC选择滚珠丝杠螺母副，按滚珠丝杠副的额定运动载荷aC等于梢大于'aC的原则，参考文献【1】

图（二）滚珠丝杠螺母副

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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WD2004-2.51/DL-300400

③ 滚动导轨参数计算与选型：

＜一＞计算导轨的工作寿命Th，要求不低于6年。

假设每天工作10小时，每年300天，使用6年，则：

hT=10×300×6=18000 h

＜二＞计算导轨行程长度寿命ST

2/1000shsTTLn

其中sL为单向行程，n为每分钟往返次数（可取4-6次/分钟）

10 取sL=0.2m，n=5

所以sT=2×18000×0.2×5×60/1000= 2160km

＜三＞计算导轨的额定动载荷aC

因为导轨采用四个滑块，每根导轨上使用2个滑块，已知作用在导轨副上的压力N300010300g总MM

则每个滑座承受的工作载荷NMF90042.1

根据公式36.25()asCTF ，得：

NTFCsa659525.6216090025.63333

根据额定动载荷aC确定滚动导轨的型号和结构尺寸。

查得：

图（四）滚动直线导轨副

其中HGH15CA型号的导轨的aC=11.38KN,能满足6年的使用要求，