-Y数控机床工作台设计

《数控机床》课程设计说明书

设计题目：X-Y数控机床工作台设计

学

院：机械工程学院

专 业：机械工程数控技术方向

班 级：机械Y138班

学 号：201300107266

姓 名：李 强

指导老师：李

冰

2016年6月19日

设计任务

设计一套供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：

1、 立铣刀最大直径的d=15mm；立铣刀齿数Z=3；最大铣削宽度mmac15=；最大背吃刀量mmap8=；加工材料为碳素钢或有色金属。

2、 X、Z方向的定位精度均为±0.02mm。

3、工作台面尺寸为mmmm230230×，加工范围为mmmm250250×

4、工作台空载进给最快移动速度：min/3000maxmaxmmvvyx==，工作台进给最快移动

速度:min/400maxmaxmmvvyx==，加减速0.4s。

摘要

本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的X—Y数控工作台。设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的，本设计充分体现了机械零部件之间的连接、装配关系，同时也体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。

X-Y数控工作台设计包括总体方案的设计、机械零部件的计算与选型、 步进电机的选用、传动装置的设计。

本设计的经济型数控工作台精度并不高，采用开环系统；机械传动部分采用步进电机直接连接滚珠丝杠，从而驱动工作台进给。

关键词： 数控机床 开环系统 传动装置设计

Abstract

Now the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the

microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to

various domains technology development enormous promotion effect. A perfect

integration of machinery system, should contain the following several base elements:

Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing

measurement component, control and information processing part. The integration

of machinery is the system technology, the computer and the information processing

and management technology, the automatic control technology, the examination

sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on

multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive

systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of

machinery product toward the high performance, the intellectualization, the

systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction

develops.

key words: Integration of machinery foundation basic component elements

characteristic trend of development.

目 录

一、设计内容 ……………………………………………………………………………………………4

二、 设计主要步骤 …………………………………………………………………………4

（一） 确定设计总体方案 …………………………………………………………………………4

1、机械传动部件的选择 ………………………………………………………………4

2、方案的对比分析 ………………………………………………………………………5

3、最终设计方案 ……………………………………………………………………………5

（二） 机械传动部件的计算与选型 …………………………………………………………6

1、导轨上移动部件的重量估算 ……………………………………………………6

2、计算切削力 ………………………………………………………………………………6

3、滚珠丝杆传动的设计计算及效验 ………………………………………………7

4、步进电动机的传动计算及电机选用 ……………………………………………12

5、滚动导轨的设计计算 …………………………………………………………………18

（三）其余附件的选择 ………………………………………………………………………………19

（四） 控制系统的设计…………………………………………………………………………………21

第一章 致谢 ………………………………………………………………………………………………25

一、设计的目的

《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学理论知识，独立进行的设计训练，主要目的是：

1）通过本设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。

2）通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法及选用原则。

3）通过伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。

4）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。

5）锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。

二、设计主要步骤

（一） 确定设计总体方案

1、初拟机械传动部件方案：

方案一:

①、丝杠螺母副的选择： 滚珠丝杠（内循环）

②、导轨副的选择： 滑动导轨

③、伺服电动机的选择： 步进电机

④、减速装置的选择： 消隙式齿轮减速箱

方案二：

①、丝杠螺母副的选择： 滚珠丝杠（外循环）

②、导轨副的选择： 滚动导轨（滚珠）

③、伺服电动机的选择： 步进电机

④、减速装置的选择： 无（直接用联轴器将电动机与丝杠连接，变

速直接由脉冲频率来控制）

方案三：

①、丝杠螺母副的选择： 滚珠丝杠（外循环）

②、导轨副的选择： 滑动导轨（滚珠）

③、伺服电动机的选择： 步进电机

④、减速装置的选择：无

2、方案对比分析：

（1）丝杠螺母副的选择：

对于设计条件X、Y方向定位精度均为mm02.0±，由《数控机床系统设计》P99可得，丝杠的精度要比定位精度要高，可见只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，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。

经对比，最终选择内循环滚珠丝杠，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。

由于安装定位精度不是很高，故选用垫片消隙式进行调隙，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构。

⑵、导轨副的选择：

要设计的数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，对于设计任务精度要求为mm02.0±，要求精度较高，因此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，安装预紧方便等优点。

⑶、伺服电动机的选择：

为保证定位精度，选用步进电机作为伺服电机，由《数控机床系统设计》P107得，步进电机精度很高，开环接入也满足本设计精度要求，根据任务要求，空载最快移动速度为3000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电机，综合考虑之后选用的电机为混合式步进电机，提高产品经济性。

⑷、减速装置的选择：

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，如果要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。但步进电机本身就有调速功能，此处设计工作台很小，输出扭矩与惯量负载都很小，步进电机可以承受，所以此处不需要额外减速装置。

3、最终设计方案：

①、丝杠螺母副的选择： 滚珠丝杠（内循环）

②、导轨副的选择： 滚珠导轨

③、伺服电动机的选择： 步进电机（混合式）

④、减速装置的选择： 无

（二） 机械传动部件的计算与选型

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G=800N。

XY工作台如图所示:

X-Y数控工作台外形

2、 计算切削力

根据任务条件1、立铣刀最大直径的d=15mm；立铣刀齿数Z=3；最大铣削宽度mmac15=；最大背吃刀量mmap8=；加工材料为碳素钢或有色金属。

设铣刀为硬质合金铣刀，工件材料为碳素钢，由《切削用量简明手册》查阅

可知d=15mm的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下：

由《数控加工工艺与编程》P24表1-9查得，每齿进给量zf=0.15mm

由《数控加工工艺与编程》P24表1-10差得，粗取铣刀切削速度min/70mvc=

计算得min/1486π1000rdvnc==，查《切削用量简明手册》P111得,

取n=15000r/min

由《切削用量简明手册》P110表3.28查得立铣时切削力计算公式为：

fffffwqueyzxpFcndzafaCF0=