18-X-Y数控运动工作台设计【尺寸450X350mm】【CAD图纸+word说明书】
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数控
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毕业设计（论文） 控运动工作台设计 设计（论文）题目： 控运动工作台设计 学 院 名 称： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 2013 年 月 日 要 数控车床的纵 横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的 光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的 常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运 动，完成工作台在X、 轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。 关键词： 设计；过程；功能 C is a of NC NC of -Y C by a to a on , Y on by to C V 目 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 . 1 题研究意义 . 1 控运动工作台应用 . 1 第 2 章 控运动工作台设计要求 . 2 计主要要求 . 2 合作业内容 . 2 第 3 章 控运动工作台机械系统设计 . 3 冲当量选择 . 3 作台外形尺寸及重量估算 . 3 动导轨副的计算与选择 . 4 珠丝杠副的 载荷计算 . 5 动效率计算 . 7 定性验算 . 7 度验算 . 8 珠丝杠精度等级确定 . 8 动导轨副的防护 . 10 线滚动导轨副的计算、选择 . 11 V 机至丝杠之间齿轮减速传动设计 . 13 效转动惯量计算 (不计传动效率 ) . 16 机的计算选型 . 16 轴器选择 . 17 结 论 . 18 致 谢 . 19 参考文献 . 20 1 第 1 章 绪论 题研究意义 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平 械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家 )2000 年统计资 料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平 :即使在国内市场也面临着严峻的形势 :一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 控运动工作台 应用 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产 由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 数控车床的纵 横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的 光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的 常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在 X、 轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工 作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。 2 第 2 章 控运动工作台 设计要求 1、设计可实现 X/Y 向数控运动工作台 2、数控运动驱动力源采用交流伺服电机 3、工作台尺寸 450X/Y） 4、工作台（ X/Y）工作行径 400/300 5、脉冲当量 X/Y 冲 6、 X 向最高工作进给速度 200mm/、 X 向最高空载快进速度 300mm/、工件 最大重量（包括夹具）为 400、工作寿命每天 8 小时，连续工作 5 年， 250/年 10、进给机械系统均采用滚动丝杠和滚动导轨副 合作业内容 1、数控十字工作台装配图一张 (提供打印并签名） 2、设计说明书一份（主要内容 1 电机选型计算（脉冲当量 2 滚动丝杠选型与计算 3 滚动导轨选型计算 3 第 3 章 控运动工作台机械系统设计 冲当量选择 脉冲当量 p 是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于脉冲当量 X/Y 冲 由已知设计参数 初定脉冲当量 =p 作台外形尺寸及重量估算 3作台简图 已知题设要求：工作台尺寸 450X/Y） 取 X 向导轨支撑钢球的中心距为 350 向导轨支撑钢球的中心距为 230计工作台简图如下 ： X 向拖板（上拖板）尺寸： 长 宽 高 350 230 50 重量：按重量 =体积材料比重估算 23 5 0 2 3 0 5 0 1 0 7 . 8 1 0 3 1 4 N Y 向拖板（下拖板）尺寸： 350 230 50 23 5 0 2 3 0 5 0 1 0 7 . 8 1 0 3 1 4 N 上导轨座（连电机）重量： 4 2 2 3( 2 2 0 1 4 0 3 8 2 1 5 5 8 ) 7 . 8 1 0 1 0 1 . 1 1 0 1 0 7 ()N 夹具及工件重量： 400 4000N。 作台运动部分的总重量：约 4735N。 动导轨副的计算与选择 根据给定的工作台运动部 件的总重量及负载和估算的 和 计算导轨的静安全系数 ，式中： 导轨的基本静额定载荷 工作载荷 P=W)； 般运行状况 )， 动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导 轨： 因系统受中等冲击 ,因此取 ， 735 ,0 . 5 ( )O S L X Z X YC f W 0 9 0 9 根据计算额定静载荷初选导轨 : 、导轨型式： 圆形截面滚珠导轨 、导轨长度 丝杠有效行程 由 3表 5得 0 知工作台尺寸 450X/Y） 已知工作台（ X/Y）工作行径 400/300 上导轨（ X 向） 取动导轨 长度 450动导轨行程 400l 支承导轨长度 + 2 0 4 5 0 4 0 0 + 2 0 = 8 7 0BL l l 5 下导轨（ Y 向） 取动导轨长度 350l 动导轨行程 300支承导轨长度 + 2 0 3 5 0 3 0 0 + 2 0 = 6 7 0BL l l 上导轨 受力 4 0 0 0 + 3 1 4 = 4 3 1 4 ( ) 下导轨的 受力 4735 珠丝杠副的 载荷计算 、最大动负载 Q 的计算 3 f f P 式中： 等冲击时为 58 时为 查表得系数 1f ， 1 ，寿命值 : 66010 查表得使用寿命时间 T= 82505 =10000h，初选丝杠螺距 t=5丝杠转速 m i 03001 0 0 01 0 0 0 3-m a x （ X 向最高空载快进速度 300mm/ 所以 4510 100007560 6 1 4f G 当 ()f 当 当 量 摩 擦 系 数 1 . 4 1 4 0 . 0 1 4 3 1 4 6 1 ( )N 1 4f G 当 ()f 当 当 量 摩 擦 系 数 6 1 4f G 当 1 . 4 1 4 0 . 0 1 4 7 3 5 6 7 ( )N 所以最大动负荷 66111453 86711453 N 根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为 : 其型号为： 其基本参数如下 : 其额定动载荷为 14205N 滚珠循环方式为外循环螺旋槽式 ,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式 . 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 7 公称直径0d 20距 t 触角 045 钢球直径 纹滚道法向半径 R 心距 e ( 2 ) s i d 纹升角 0d 0433 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) bd d d 杆内径1d e R 杆接触直径2c o d d 母螺纹外径 D 0 22D d e R 母内径（外循环）1 0 . 2 0 . 2 5 5 ) bD d d动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为：)( tg =10 ，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 00 4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 . 9 6t 定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 8 度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：1 (故用 60622 2 21 . 6 5 1261 2 5 1 . 8 2 0 . 51 2 0 . 6 1 0 2 . 1 41 2 5 2 . 6 2 10 . 52 0 . 6 1 0 ( / )3 . 1 4 ( ) 2 . 1 46 . 1 2 1 0c C C M 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 0641 0 0 1 0 01 0 . 56 . 1 2 1 0 1 2 . 2 4 1 0 1 2 . 2 4 lL u m E 级精度丝杠允许的螺距误差 =15 m/m。 珠丝杠精度等级确定 （ 1） 由 机械电子工程专业课程设计指导书 表 5得 ,选择外循环插管式 （ 2） 预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙 ,避免间隙引起的空程 ,从而提高传动精度 . 由 机械电子工程专业课程设计指导书 表 5得 ,采用双螺母垫片预紧方式。 2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列 由 机械电子工程专业课程设计指导书 工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数 为 为颠覆力矩影响系数，一般取 课题中取 （ 1） 由 机械电子工程专业课程设计指导书 表 5得 0 2） 根据有效行程内的平均行程允许偏差 00350103=机械电子工程专业课程设计指导书表 5 : 精度等级为 ）滚珠丝杠副支承形式选择 9 滚珠丝杠主要承受轴向载荷 ,应选用运转精度高 ,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承 其次才是径向约束。 由机械电子工程专业课程设计指导书表 5得 ,采用一端固定一端游动 (承形式 . 5）滚珠丝杠副的选择 高速或较高转速情况 按额定动负荷 (60(106)1/3 式中 N) N)，取进给抗力和摩擦力之和的一半 . 120+20)/2=r/ 50r/h). 查考 机械 电子工程专业课程设计指导书 表 5 5000 h. 查 机械电子工程专业课程设计指导书 表 5 查 机械电子工程专业课程设计指导书 表 5 .0 查 2表 5 查 2表 5 .0 查 2表 5 计算得 3h 表 30 表 3 3）滚珠丝杠副校核 （ 1） 对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠 ,应进行压杠稳定性校核计算 . 不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷 ,用 示 010(中 取 400 mm 2 底径 ,查 43 17.6 mm 全系数，取 1/3 3593N 2） 910(中 取 同时验算丝杠另一个临界值 0833=7500 =21（ u 1） (dauH2(1/3) （ 1） t=(由 1表 10材料弹性影响系数 （ 2） .(由 1图 10 )选取区域系数 由 1表 10取齿宽系数 d （ 3） .（由 1图 10得 0. 8，则 a 4） j=1 已知 V=珠丝杠的基本导程 P=5 )(/360) =(1000/(60) =250 r/以 002501(2830015) 09 14 1/i=09/08 (5).（由 1图 10得接触疲劳寿命系数 6).（由 1图 10得小 齿轮接触疲劳强度极限 00齿轮的接触疲劳强度极限 507)安全系数 S=1 H1 =00/1 516H2 =50/1 H= （ H1+H2） /2 =8)1=06Px/b）、计算 （ 1） 21（ u 1） (dauH2(1/3) =2 （ 2（ 1/3） 2)v=601000) m/s （ 3)b 及模数 b=1=24=h= b/h= 4) dZ14 5)，查 1表 10使用系数 据 v=m/s ,7 级精度， 由书图 10得动载系数 由书表 10得 计算公式：+0-3b = b/h=由书图 10得 由（ 1表 10得 载荷系数 K= 6） d1=)(1/3)= 1/3） = 7)mn=d11=24=15 3）、 a)(2(F)(1/3) （ 1） K=v 2） =（ 1图 10得螺旋角影响系数 3） 1/4/2/0/ 4） 1表 10出 ,因为（书图 10齿轮弯曲极限强度 00齿轮 380（书图 10弯曲疲劳寿命系数 安全系数 S=F1 =F2 =304 5） 齿轮 F1 、 F2并加以比较 F1=F2=04 取大齿轮数据 b)(2(F)(1/3) =22/（ 42（ 1/3） =对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数 于齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取 2 可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算得的分度圆直径 8来计算应有的齿数，于是有 Z1=82 24，则 i4 30 4几何尺寸计算 （ 1） a=(2)2(24+30)2/（ 2 以圆整为56 2） 2)a=24+30) 2/(256) = 因 值改变不多，故参数 、 不必修正 （ 3） 齿轮分度圆直径 16 1mn/42/mm 2mn/02/= 4） b=以取 5易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，所以小齿轮约为 6效转动惯量计算 (不计传动效率 ) 小齿轮转动惯量 32=440 32 =0-4 中 钢密度 =0-3 kg/理 ,大齿轮转动惯量 0-4 查设计手册初选滚珠丝杠 得到 0 l=430 珠丝杠转动惯量 32=(2)4430 3210-4 =0-4 w=(w/g)(2) 2 i 2 =12(2) 2 0-4 =0-6 此 ,折算到电机轴上的等效 转动惯量 e= s) i 2 =0-4 机的计算选型 查设计指导书 (4(4知 : (2i)= (180+40)(2f= (Ff (2i)= (W (2i)=(210 (2述式中 丝杠预紧时的传动 效率取 =为摩擦系数取 )(/360)=(2000/(60)=833 r/起动加速时间 s 初选 60电动机 (2i) (1 (1/3(2i) (1 =(1/3) 180(2中 珠丝杠预加负荷 ,一般取 给牵引力 (N) 17 0滚珠丝杠未预紧时的传动效率 ,取 =( 0-4 0-4 0-4 a=( 2(60 q= m m m 从计算可知 , 大 ,作为初选电动机的依据 . 足所需转矩要求 . 4)步进电机动态特性校验 说明惯量可以匹配 综上所述 ,可选 60 森创交流伺服 电机 。 （参考网） 轴器选择 联轴器除联接两轴并传递转矩外，有些还有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器
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