经济型数控铣床X-Y工作台设计.doc

课程设计说明书课程名称：专业综合课程设计设计题目：经济型数控铣床 X-Y 工作台指导老师：马爱兵设 计：朱海涛班 级：07 机制（3）班学 号：0715011317时间：2010 年 12 月 XX 日－20XX 年 XX 月 XX 日目录设计题目·············································2序言·················································3总体方案的确定·······································4机械部分的设计·······································6数控系统的设计······································18心得体会············································25参考文献············································25设计题目：800×200（工作台工作面积 长×宽 mm） 经济型数控铣床 x-y 工作台设计。

数控 x-y 工作台设计参数工作台行程（mm)工作台、夹具及工件重力（N)工作台快移速度（m/min)最大进给速度（m/min)规格x 纵向 y 纵向 x 纵向 y 纵向 x 纵向 y 纵向 x 纵向 y 纵向走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y 向相同启动加速时间ms定位精度 mm800×200560 160 2875 4600 18 18 0.6 0.6 1725/115030 +0.01-0.01 （参考资料的数据）800×200 560 160 2875 4600 18 18 0.6 0.6 1725/1150 30±0.01工作台行程 (mm) 工作台、夹具及 工件重力(N)工作台快移速 度(m/min) 最大进给速度 (m/min)规格X 纵向Y 横向X 纵向Y 横向X 纵向Y 横向X 纵向Y 横向走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力 x,y向相同(N) 启动加速时间ms定位精度mm（自己的数据）序言设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。

本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练如精密执行机构（或装置）的设计、计算机 I/O 接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。

2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计3.精密执行机构的设计主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等） ，进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量） 、加（减）速控制和误差计算4.学会使用手册及图表资料1.总体方案的确定1.1 设计参数系统定位精度为 0.01mm，其它设计参数如上表：工作台草图1.2 初选步进电动机和丝杠当传动比 i=1 时，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度由 i= (公式 2-1)，θ b 为步进电机步距角 Lo 为滚珠丝杠导程、 为系pbL360 p统脉冲当量选电动机型号为 55BF009，其步矩角 =b36.0选丝杠规格为 2004-3(FYND)　其导程为 10mm,由传动比公式 得 pbLi3601.i故可用联轴器将电机与丝杠直接连接1.3 初定工作台尺寸查《机电一体化设计手册》 ，根据(GB/T 158-1996)选工作台 T 型槽尺寸如下：深度 H=15mm槽低宽度 B＝12mm槽宽 A＝6mmC＝6mm槽数＝5，间隔＝40mm；由工作台加工范围 800*2008002002020初定滚珠丝杠长度 L＝980mmB 50~60 Lx+B+10~20 1081.4 系统组成框图为了满足以上技术要求，采取以下技术方案：（1）工作台工作面尺寸（长×宽）1250×320（2）工作台的导轨采用矩形导轨，与之相配的动导轨滑动面上贴得尔赛（Turcite-B）塑料软带。

同时采用斜镶条消除导轨导向面得间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑3）对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预拉伸4）采用伺服电动机驱动5）采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连2.机械部分的设计XA6132 的工艺数据：主轴转速 150~190r/min,刀具数据：端面铣刀，直径 φ125mm1.计算切削力（1）根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀的直径D=φ125mm）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率此时，铣刀的切削20 20 20B速度为 SmnDv /24.1109254.3103由已知的垂直最大切削力150vFzvF.NZ9.2一般 η=0.8310·vPeKWFze24.3对 取整处理则 =3.3KW 对 进行调整ePev NPFeZ03.2193(2)计算各切削分子根据表 2-1 可得工作台纵向切削力 F ,横向切削力 F 和垂向切削力 F 分别为:1cvF =0.4F =0.4×2129.03=851.61N1zF =0.95F =0.95×2129.03=2022.58NczF =0.55F =0.55×2129.03=1170.97Nvz2.导轨摩擦力计算（1)按公式计算在切削状态下的导轨摩擦 F 。

此时导轨动摩擦系数 μ=0.15，查表镶条紧z固力由差值法计算设在主电动机功率为 3.3KW 时，F =x Ngxx203.571.3x=1550 N F =1550 Ng则 =μ（W+F +F +F )=0.15(7475+1550+2022.58+1170.97)=1832.78 N Fgcv(3)按公式计算在不切削状态下的导轨摩擦力 F 和导轨静摩擦力 F0μ 0F =μ(W+F )=0.15×(7475+1550)N=1353.75 N0μ gF =μ （W+F )=0.2×(7475+1550)N=1805 N3.计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力（1）按公式计算最大轴向负载为 F =F +F =(851.61+1832.78)N=2684.39 Namx1μ(2)按公式计算最小轴向负载力 F minaF = F =1353.75Ni0μ4.滚珠丝杠的动载荷计算和直径估算1） 确定滚珠丝杠的导程根据已知条件，取电动机的最高转速 n =1500r/min,则由公式的maxL =0iv125083max2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷 F 快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定max为最小轴向 F 。

一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向min载荷 ， 分别可按下式计算：23= F +20% Fminaax= F +5% F3i=1353.75+0.2*2684.39=1890.63 N2=1353.75+0.05*2684.39=1487.97N 3F数控铣床滚珠丝杠的计算切削方式 轴向载荷/N 进给速度 时间比例/(%) 备注强力切削 2684.39 =0.61v10 =1Fmax一般切削（粗加工） 1890.39 =0.8230 = +20%2inmax精细切削（精加工） 1487.97 =13v50 = +5% 3Finmax快移和钻镗定位 1353.75 =184v10 =4in(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削条件下的转速 Ni min/60i/10.6301 rrLvni/8i/.8302 rrvmin/10i/1.303Lni/8in/8304 rrv(3)按公式计算滚珠丝杠螺母副的平均速度 m=mn nqnq*10*10321 min/260i/)1805246( in/)180530rrr(4)按公式计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷 FmF = =1531.691Nm3 3231 1nmmqFqnF3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷 aC（1）按预定工作时间估算。

查表得载荷系数 =1.3.已知初步选择的滚珠丝杠的精度为 2wf级，查表得精度系数 =1，查表得可靠性系数 =0.44，则由公式得af c= =30690.57NamCcawmhfFLn10·63（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以按公式估算最大轴向载荷查表 2-31 得：预加载荷系数 =4.5ef则， = =4.5×2684.39=12079.76NamCaxF（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷 amC取以上两种结果的最大值，即 =30690.57N4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 md2（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形已知工作台的定位精度为 30μm ，重复定位精度为 20μm，根据公式以及定位精度和重复定位精度的要求得： =（1/3~1/2）×20μm=（6.67~10）μm1ax=（1/3~1/4）×30μm=（10~7.5）μm2取上述计算结果的较小值，即 =6.67μmax（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 d2本机床工作台（x 轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式滚珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为L=行程 +安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度≈（1.2~1.4）行程+（25~30） 0L取 L=1.4×行程+30 =（1.4×560+30×12）mm=1144mm0L又∵ =1805N，由公式得，0F≥0.039· =21.70mmmd2max0LF5）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的 ， ， 初步选择 FFZD 型内循环垫片预紧螺母丝滚珠丝杠螺母副0LamCd2FFZD 4012-4，其共称直径 ，基本导程 ，额定动载荷 和丝杠底径 如下：00LaC2d=12mm， =40mm， =36500N＞ =30690.57 N0 aam=32.7mm＞ =21.70mm2dmd2故满足要求。

6）由公式确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 PF= =894.89Nmax317）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力（1）按。