二坐标数控工作台设计【全套CAD图纸】【原创机械课程设计】

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目录
一、机电专业课程设计目的 1
二、机电专业课程设计的任务和要求 1
三、X轴方案及参数计算 2
1． 方案拟定 2
2.  X轴步进电机参数确定及选择 3
3、X轴圆柱斜齿轮传动设计 6
4．几何尺寸计算 10
四、X轴机械结构总体设计计算 10
1.X轴滚珠丝杠设计计算 10
2.X轴滚动导轨设计计算 13
五、Y轴方案及参数计算 14
1.Y轴步进电机参数确定及选择 14
2.Y轴联轴器选择 17
六、Y轴机械结构总体设计计算 17
1.Y轴滚珠丝杠设计计算 17
2.Y轴滚动导轨设计计算 20
七、绘制装配图 21
八、电气原理图设计 22
1.典型数控工作台电气原理图的说明 22
九、参考文献： 25

一、机电专业课程设计目的
本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6）绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。
二、机电专业课程设计的任务和要求
在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和行程。
设计具体要求完成以下工作：
（1）工作台装配图一张（0号）  
（2）控制电器图一张（1号）            
（3）设计说明书一份（10～20页 ）                  
所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。
三、X轴方案及参数计算
1．方案拟定
方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。
（1）驱动控制方式   由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。
（2）传动形式确定
工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。
工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。
工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。
2.  X轴步进电机参数确定及选择
X参数选定与计算
vx=2.0 m/min=0.033m/s，Fx=120 N，Px=Fxvx=3.96W
1）脉冲当量选择
初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角α=0.36°,初定脉冲当量δ=0.004mm/p,
丝杠导程tsP=5 mm,中间齿轮传动比i为:  
i=(αtsP)／(360δ)=0.36×5／(360×0.004)=1.25
由i确定齿轮齿数为Z1=24,Z2=30；模数m=2mm，齿宽B1=16mm,B2=15mm(计算过程见4)
2)等效传动惯量计算(不计传动效率)
小齿轮转动惯量 Jg1=(πd14b1ρ)／32={[π(4.978)4×1.6×7.85×10-3]／32}kg.m2 =0.76×10-4 kg.m2
式中：钢密度ρ=7.85×10-3 kg/cm3
同理,大齿轮转动惯量 Jg2=1.7×10-4 kg.m2
由书表3-13初选滚珠丝杠 CDM2005-2.5
得到 d0=20 mm  l=490 mm
滚珠丝杠转动惯量 Js=(πd04lρ)／32={[π(2)4×49×7.85×10-3]／32}×10-4 kg.m2      =0.6×10-4 kg.m2
拖板及工作物重折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重之和约为 10+2=12kg
Jw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2  
=12×(5×10-3／2π) 2÷(1.25)2kg.m2  
=4.86×10-6 kg.m2
因此,折算到电机轴上的等效转动惯量Je
Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2    
=76×10-6 +4.86×10-6 +(170×10-6 +60×10-6) ÷(1.25)2    
=2.2806×10-4 kg.m2  
3)等效负载转矩计算(以下为折算到电机轴的转矩)
由书式(4-7)~(4-9)可知:
Mt=[(Fx+μFy) tsP]/(2πηi)
= [(120+0.06×120) × 0.005]/(2π×0.8×1.25)
=0.101N.m
Mf= (Ff tsP)/(2πηi)
= (μW tsP)/(2πηi)
=(0.06×13×9.8×0.005)/ (2π×0.8×1.25)
=0.00609N.m
上述式中η为丝杠预紧时的传动效率取 η=0.8，μ为摩擦系数取0.06  
nmax=（Vmax /δ）×(α/360°)=250 r/min   取起动加速时间tα=0.03 s
初选电动机型号90BF006 ,其最大静转矩 Mjmax=2.156N·m,转动惯量Jm=2.257×10-4 kg·m2, fm=2400Hz.
故M0=(Fp0tsp)÷(2πηi) ×(1-η02)
= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η02)  
=[(1/3) ×120×0.005]÷(2π×0.8×1.25) ×[1-(0.9)2]
=0.0061 N.m
式中 Fp0  — 滚珠丝杠预加负荷,一般取Fx/3
    Fx — 进给牵引力(N)
    η0 — 滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取0.9
J =( Je +Jm)