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钻床改装用数控XY工作台设计【180X180mm2】【优秀数控机床设计含15张CAD图纸】

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装配图.dwg
轴承端盖1.dwg
轴承端盖2.dwg
轴承端盖3.dwg
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钻床改装 数控 xy工作台 数控机床设计 数控机床 钻床改装用数控XY工作台设计
资源描述:

钻床改装用数控XY工作台设计

X-Y数控工作台改装设计全套课程毕业设计

钻床改装用数控XY工作台设计【180×180mm2】【优秀数控机床设计含15张CAD图纸】

【32页@正文7800字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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摘要

X-Y数控工作台改装设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便并且能够保证一定的精度。

本文主要对工作台的机械部分进行设计,对滚珠丝杠,滚动导轨及步进电动机做了设计计算及选用,并也对轴承座和联轴器进行了分析和选择,另外也利用AutoCAD进行了装配图的绘制,对其导轨座的设计及各零部件的安装也作了比较详细的说明。

针对滚珠丝杠的计算,通过对滚珠丝杠的动载荷及静载荷的计算,确定所要丝杠的动静载荷值,并选择。

针对滚动导轨,分别计算滚动导轨的动载荷及其工作寿命来确定滚动导轨的参数,并选取。

针对步进电动机的选取,我分别作了其转动惯量和转动力矩的计算,根据所得的数据作步进电动机的选择。

关键词:XY工作台  步进电动机  滚动导轨  滚珠丝杠

目录

摘要- 1 -

一、 课程设计的目的- 2 -

二、设计要求- 2 -

三、 课程设计的内容和步骤- 2 -

(一)、总体设计方案- 2 -

(二)、机械部分改装设计- 3 -

1、数控机床机构性能应满足以下要求:- 3 -

2、待改装钻床型号的确定- 4 -

3、运动控制方式的确定- 5 -

4、伺服系统的确定- 5 -

5、工作台参数的初步选定- 6 -

6、导轨的选定思路- 6 -

7、滚珠丝杠选型思路- 7 -

8、丝杠和电机连接零件的选取思路- 8 -

9、支承座材料的选取- 8 -

10、轴承类型的选取思路- 8 -

(三)、机械部分改装设计的计算部分- 9 -

1、确定工作台的尺寸及其重量- 9 -

2、支承座参数设计- 10 -

3、 滚珠丝杠参数设计与选型计算- 10 -

4、 滚动导轨参数设计与选型计算- 15 -

5根据额定动载荷Ca确定滚动导轨的型号及结构尺寸- 19 -

6、步进电机参数设计与选型计算- 20 -

7、联轴器的选择- 27 -

8、 轴承座的选择- 28 -

四、设计总结- 30 -

五、参考文献- 31 -

课程设计的目的

   根据课堂讲授内容,我们做相应的自主练习,消化课堂所讲解的内容。通过本次设计,使我们全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识,初步掌握数控机床的设计方法,并学会运用手册标准等技术资料。同时培养我们学生的创新意识、工程意识和动手能力。


内容简介:
1 广西工学院机械工程系 机电一体化系统设计 课程设计任务书 设计题目: 钻床改装用数控 XY 工作台设计( 200*210mm2) (B) 班 级: 姓 名: 指导教师: 教研室主任: 设计要求: 设计要求包含以下几个部分: 1、数控 XY 工作台机械部分的设计计算 2、数控 XY 工作台机械部分装配图设计( A1) 3、基于运动控制卡的控制系统硬件系统设计图(附在说明书中) 4、编写设计说明书(不少于 18 页) 广西工学院 机电一体化教研室 2010-12-20 nts 2 目录 摘要 -1 一、设计目的 -2 二、设计要求 -2 三、机械部分改装设计计算 -2 1、初步确定工作台的尺寸及其重量 -3 2、传动系统设计 -3 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 -4 4、滚动导轨的计算与选择 -7 5、步进电动机的计算与选型 -10 6、联轴器的 选择 -14 7、轴承座的选择 -15 四、总结 -17 五、参考文献 -18 nts 3 钻床改装用数控 XY 工作台设计 摘要 X-Y 数控工作台改装设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便并且能够保证一定的精度。 本文主要对工作台的机械部分进行设计,对滚珠丝杠,滚动导轨及步进电动机做了设计计算及选用,并也对轴承座和联轴器进行了分析和选择,另外也利用 AutoCAD 进行了装配图的绘制,对其导轨座的设计及各零部件的安装也作了比较详细的说明。 针对滚珠丝杠的计算,通过对滚珠丝杠的动载荷及静载荷的计算,确定所要丝杠的动 静载荷值,并选择。 针对滚动导轨,分别计算滚动导轨的动载荷及其工作寿命来确定滚动导轨的参数,并选取。 针对步进电动机的选取,我分别作了其转动惯量和转动力矩的计算,根据所得的数据作步进电动机的选择。 关键词: XY 工作台 步进电动机 滚动导轨 滚珠丝杠 一、设计目的 通过设计一套简易的数控 XY 工作台,对加深对数控机床的认识有很大的帮助,同时也了解机电一体化的一些基本知识,并能够初步掌握机电一体化系统设计方法,对于今后的理论及工作起到打基础的作用,也能培养自己的创新意识和动手能力。 二、设 计要求 1、改造后的钻床能够加工最大面积为 200 210 的工件,最大工件重量为 150。 2、数控 XY 工作台要求孔的定位精度在 mm02.0 内,工作台快进速度为 2m/min,加减速时间为 0.2 秒。 三、机械部分改装设计计算 机械部分设计的内容包括:滚珠丝杠的设计计算及选择、滚动导轨的设计计算及先择,步进电动机的设计计算及先择,联轴器的选择,轴承座的选择,并通 CAD 设计其导轨座的外形,计算选取适当的尺寸,另外也作了装配图,适于所设计工作台的安装。 其中各部分的计算及选择如下所示: nts 4 计算及说明 结果 1、初步确定工作台的尺寸及其重量 根据设计要求,所取的能够加工的最大面积为 200 210,最大工件的重量为 150kg。因此我初定工作台的 315240240 mm 。工作台的材料为 45 号钢,其密度为 33 /1085.7 mkg 。(取 kgNg /8.9 )因此: 1.1、 工作台( X 向托板) kgm 78.61085.715240240 .31 NG 47.669 . 81085.710152402401 39 1.2、取 Y 向托板 =X 向托板 kgmm 78.612 NG 47.662 1.3、上导轨座(连电机)重量 初步取导轨座的长 mm400 ,宽为 mm150 ,高为 mm30 ,但导轨座中间有一大空缺,空缺部分大约 280 70 30mm3。因此 kgm 52.9108.71030)70280150400( 393 NG 24.938.952.93 所以根据上面所求,得 XY 工作台运动部分的总重量为: NGGGG 18.22624.93247.66321 根据要求所知,其最大加工工件为 kg200 ,另外,还有丝杠、电机、联轴器等,大约 3kg,因此: m4=3kg NG 58.172518.2268.9)3150( 总 2、传动系统设计 2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量,应该小于等于工作台的位置精度,由于定位精度在 mm02.0 内,因此: mm01.002.021 由于是联轴器传动,因此它的传动比为 1i ,取丝杠的导程为 mmP 5 步距角 72.015 01.0360360PI 取标准 0.75。 实际的脉冲当量 mmPI 0104.0360 75.015360 kgm 78.61 NG 47.661 NG 47.662 kgm 78.62 NG 24.933 kgm 52.93 G=226.18 NG 2370总 =0.01 =0.75。 =0.0104mm nts 5 计算及说明 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 由于钻床切削时产生的轴向切削力很小并且工作台是点位系统,滚珠丝杠运动与静止时都不受由于切削而引起的轴向阻力,故切削力可忽略不计。因此滚珠丝杠的负荷只有运动部件的重量所引 起的摩擦阻力。 3.1 求丝杠的静载荷cF已知其计算公式: MLHFc FKKKF 式中的 KF:载荷系数,取 1.1 KH:硬度系数,取 1.0 KL:精度系数,取 1.0 FM:丝杠工作时的轴向阻力 根据: NFF ZM 73.158.17 2500 1.0 其中 为淬火钢的摩擦因数 (查数控机床系统设计 P182) 。 因此: NFKKKF MLHFc 9.173.1111.1 3.2、确定动载荷及其使用寿命 根据丝杠动载荷公式: CFLnC 41067.1式中: C :额定动载荷 n:丝杠的最高转速 L :使用寿命 FC:静载荷 根据: hL 1 4 4 0 068300 式中的 n 丝杠的最高转速,因题目中所给其工作台快进的速度为 min/2m ,因此其计算为: m in/4005/21000/1000 m a x rPVn 所以: NFLnC C 28.359.157.181067.1 4 FM=1.73N FC=1.9N C=35.28 3.3 滚珠丝杠的选取 查 /UploadFiles/20108279559380.pdf nts 6 安装尺寸根据动载荷及动载荷和公称导程值的 核对,最后选取的滚珠丝杠的型号为 FFB2005-2 ,其公称直径为 20mm,公称导程为 5mm,动静载荷分别为 6.4KN 和 12.2KN。 计算及说明 结果 3.4、滚道半径、偏心距 在上图中查得,钢球直径为 3.5mm,丝杠底径为 16.9mm。 滚道半径 mmdR 82.12 5.304.1204.1 偏心距 mmdRe 31095.445s in)2 5.382.1(45s in)2( 3.5、稳定性计算 因螺杆较长,所以稳定性验算应以下式求临界载荷:22)( lEIF a 式中: E:螺杆材料的弹性模量, 查材料力学表 2-2,取 E=200GPa Ia:螺杆危险截面的轴惯性矩 :长度系数,查机电一体化设计手册得 =1 丝杠的有效长度是 240mm 49434 10464 )109.16(64 mdI a NlEIF acr 52 99222 109.7)24.01( 10410200)( R=1.82mm E=4.95 10-3 Ia=4 10-9m4 Fcr=7.9 105N nts 7 计算及说明 4109.773.1 1037.1 McrFF2.54 是安全的 3.6、刚度过验算 按最不利的情况 考虑,螺纹螺距因爱轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向是一致的,所以 2141221 416EdFPGdPTs 式中: 623205a r c t a na r c t a n 0 dP001.0tan 1 5.4001.0ar c tan1 mNDFT m 3101 1038.1)6235.4t a n (22073.1)t a n (2 查材料力学表 2-2 得, =0.25, G P aEG 80)25.01(2 200)1(2 所以: 46239634392623321412211099.1109.11058.8)109.16(102001010573.14)109.16(108010)105(1038.1164164 EdFPGdPTs每米螺纹度上的螺纹距离弹性变形为 mmP s /1098.3105 1099.1 234 查 滚动螺旋 4、滚动导轨的计算与选择 滚动导轨副的结构介绍 滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成,如图: = 623 5.41 mNT 31 1038.1 41099.1 s nts 8 4.1、导轨的型号 查机电一体化技术手册 1 卷下册 6 篇 3 章,选用 GGB20BA 型导轨;表 6.3-11,选择导轨精度等级为 4 级,每个托板有两条导轨,每条导轨有两个滑块。由于丝杠的直径为 20mm,跟根机电一体化技术手册所给的选用方法,选用导轨的规格为 20。查机电一体化技术手册表 6.3-12 和表 6.3-13 选 择导轨的预加载荷为普通载荷 P=287.5N。导轨是承受力的主要部件,除工件外、工作台外,还有钻床的切削力,钻床的切削力约为 100N。 4.2、导轨的受力分析 A=70, b=80。当机床没有切削时, Na bGF a 7.1047702 8558.17252 总Na baGF b 5.1910702 )8570(58.17252 )( 总 当机床在切削时候, N)(a )bFGF a 4.1108702 8510058.17252( 切总N)(a ba)FGF b 2.2021702 )8570(10058.17252 )( 切总 NPFF b 7.23085.2872.20211 NPFF b 21985.2875.19102 当量载荷: NllllFlFLF c 7.2254)21987.2308(21)(1 3 333232131 查得 GGB 型号规格为 20 的导轨的动载荷为 11.6KN。 4.3 计算导轨的寿命 : 50)(3 cwct FCf ffL式中: ft:温度系数。查机电一体化技术手册表 6.3-3,取 ft=1 fc:接触系数。查机电一体化技术手册表 6.3-4, fc=0.81 fw:载荷系数。查机电一体化技术手册表 6.3-5, fw=1.2 寿命 kmFCfffL ccwct 1.2 0 9 450)7.2 2 5 4 106.112.1 81.01(50)( 333 NF 7.23081 NF 21982 NFc 2254 kmL 2094 nts 9 根据题目要求所知其寿命要在 6 年以上,一年 300 天,一天 8 小时;假设每分钟走6 个行程,则 kmL h 2.1 2 4 41024.066083 0 06 3 所选用的导轨寿命比要求寿命要长,所以合格。 kmLh 2094 滚动导轨的选择 查 /html/gund/g2/c/ggb/ba.htm 我选定的导轨副的型号为 GGB20BA,其尺寸见上图。 nts 10 计算及说明 结果 5、电机 5.1、负载惯量的计算 丝杠的转动惯量45433402107.3)220(103 0 01085.721)2(2121mkgdlmRJ 丝 工作台的转去惯量25232432121065.1)2105)(352.9278.6()2)()2(mkgpmmmmpmJ台 工件的转动惯量 25232 105.9)2 105(1 5 0)2( mkgpmJ 工工2555 1035.51065.1107.3 mkgJJJ 台丝空 24555 1049.11065.1105.9107.3 mkgJJJJ 台工丝切 5.2、负载转矩的计算 快速空程启动时电机所需力矩0m a x MMMM fa 空; 最大切削负载时电机所需力矩tfat MMM MM 0 切; 快速进给时电机所需力矩0MMM f 进由于电机与丝杠间直接用联轴器连接,所以传动链效率取 0.9,滚球未加预紧力时的效率 0取 0.93;钻床在 X、 Y 轴进给方向是没有切削力的,所以没有切 削力矩。 空载加速力矩 mNTnJMa 011.02.06.9 4001035.56.9 5m a x 空切削加速力矩 mNTnJMat 031.02.06.9 4001049.16.9 4切 摩擦力矩 mNiPFMf 330 1053.119.0210573.12 附加摩擦力矩 mNiPFM a 42320m a x0 102)93.01(19.02 10573.1)1(2 切削力矩 mNMt 025107.3 mkgJ 丝 251065.1 mkgJ 台 25105.9 mkgJ 工 251035.5 mkgJ 空 241049.1 mkgJ 切 mNM a 011.0max mNM at 031.0 mNM f 31053.1 mNM 40 1002 nts 11 5.5、步进电动机的选择 查 /jichuang/cnc/dianji.htm /PRODUCTS/STEPMOTOR/SMSERIES/60BYG.HTM 根据上述分析,最后我选定步距角为 0.36 度的型号为 60BYG550A 的步进电动机,其最大静转矩为 0.6我所需要的 0.22 。 其外形结构及尺寸如下图所示: nts 12 nts 13 6、联轴器的选择 6.1、联轴器的介绍 联轴器属于机械能用零误了件范畴,用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中,有些联轴器还有缓冲 ,减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成,分别与主动轴和从动轴联接。 6.2、联轴器的选择 因为上述所选的电机的转动轴的直径为 8mm,因此我所选的联轴器为: 所选的型号为 CS-GH-40C 参数与外型尺寸如上图所示。 nts 14 7
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