课程设计
设计题目：ZK5125C型立式数控钻床工作台设计
课程名称：机电一体化系统设计课程设计
学院：机械工程专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：
年级：2013 任课教师：
2016年12月10日
贵州大学本科课程设计
诚信责任书
本人郑重声明：本人所呈交的课程论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。课程论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
特此声明。
论文（设计）作者签名：
日期：
型立式数控钻床工作台设计数据说明
第一章 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 工作台是用来配套立式数控钻床使用，需要承重的载荷不大，无切削力（工作台移动中不作切削），设计数据所要求的脉冲当量较小、定位精度一般。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丝杠螺母副的选用：
伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，选择滚珠丝杠螺母副，滚珠丝杠螺母副的传动精度高、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。
第二章 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
2.1.1 Y 方向导轨上移动部件的重量估算
按照导轨上面的移动部件的重量进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，工件的最大质量为800kg ，重量为7840N ，根据参考资料上的实例可以看出，工作台尺寸为230mm ×230mm 的除去工件重量的总重量大约为500N ，ZK5125C 型立式数控钻床工作台的尺寸为650mm ×300mm ，大约为实例的2倍，也就是除去工件重量的总重量大约为500N ×2=1000N ，所以总的重量为7840N+1000N ≈9000N ，估计重量为9000N 。 2.1.2 钻削力的计算
设零件的加工方式为立式钻削，采用硬质合金立钻刀。工件的材料为碳钢。立钻时的钻削力计算公式为：
F F f K f d C F yF zF =（2-1）
式中：f F 为轴向力，单位为N ；F C 为轴向力系数；d 为钻头直径，单位为mm ；F z 为轴向力指数；f 为每钻进给量，单位为mm/r ；F y 为轴向力指数；F k 为修正系数。
600=F C ，mm d 50=，0.1=F Z ，r mm f /4.0=，7.0=F Y ，1=F K
从而求得：N
F f 5684125
.0256007
.01
≈⨯⨯⨯=
2.1.3直线滚动导轨副的计算与选型
①滑块承受工作载荷m ax F 的计算及导轨型号的选取
工作载荷是影响直线导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支撑形式。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载荷为：
F G
F +=4
max （2-2）
式中：m ax F 为最大工作载荷；G 为移动部件的重量；F 为外加载荷。
N G 9000=，N F F f 5684== 从而求得：kN N F 934.7793456844
9000
max ≈=+=
根据工作载荷kN F 5.18max =，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG35型，其额定动载荷kN C a 5.32=，额定静载荷kN C a 2.470=。
任务书上规定工作台面的尺寸为650mm ×300mm ，X-Y 方向的加工范围为700mm ×350mm ，考虑工作行程留有一定的余量，选取导轨的长度为：Y 方向为1080mm 。
②距离额定寿命L 的计算
上述选取的KL 系列的JSA-LG35型导轨的滚到硬度为60HRC ，工作温度不超过100℃，每根导轨上配有两只滑块，精度等级为4级，工作温度较低，载荷不大。
50)(
3
max
⨯⨯=F C f f f f f L a W R C T H （2-3） 式中：L 为距离额定寿命，单位为km ；a C 为额定动载荷，单位为kN ；H f 为硬度系数；
F 为滑块上的工作载荷，单位为kN ；T f 为温度系数；C f 为接触系数；R f 为精度系数；
W f 为载荷系数。
0.1=H f ，0.1=T f ，81.0=C f ，5.1=W f ，9.0=R f ，5.32=a C ，934.7max =F 。
从而求得：km
L 40050)934.75.325.19.081.00.10.1(3
=⨯⨯⨯⨯⨯=
大于期望值50km ，故距离额定寿命满足要求。 2.1.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型
①最大工作载荷m F 的计算
根据任务书所说工作台移动中不作切削，所以滚动丝杠在运动中只需要克服滚动导轨的摩擦力。
G F m μ=（2-4）
式中：m F 为最大工作载荷；μ为滚动导轨的摩擦因数；G 为移动部件的总重量。
005.0=μ，N G 9000=
从而求得：N F m 459000005.0=⨯= ②最大动载荷Q F 的计算
设工作台的最快进给速度min /2000mm ，初选丝杠导程mm P h 5=，则此时丝杠转速
h
P v
n =
（2-5） 式中：n 为丝杠转速；v 为最快进给速度；h P 为丝杠导程。 从而求得：min /4005
2000
r n ==
。 6
01060nT
L =
（2-7） 式中：0L 为滚珠丝杠副的寿命；T 为使用寿命；n 为丝杠每分钟转速。 因为这个机床为数控机床，所以取h T 15000=，min /400r n =。
从而求得：3601015000
400606
0=⨯⨯=L 。
m H W Q F f f L F 30=（2-8）
式中：Q F 为最大动载荷；0L 为滚珠丝杠副的寿命；W f 为载荷系数；H f 为硬度系数；m F 为滚珠丝杠副的最大工作载荷。
3600=L ，2.1=W f ，0.1=H f ，N F m 45=
从而求得：N F Q 384450.12.13603=⨯⨯⨯=
③初选型号
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G 系列的2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器但螺母式，其公称直径为20mm ，导程为5mm ，循环滚珠为3圈×1列，精度等级为5级，额定动载荷a
C 为9309N ，
大于
Q
F ，满足要求。
④传动效率η的计算
])
(arctan[
0d P h
πλ=(2-9) 式中：0d 为公称直径，h P 为导程，λ为丝杠螺旋升角。
