XY工作平台设计说明书.doc

毕业设计 论文 题题 目目 XYXY 轴双向移动工作平台轴双向移动工作平台 学学 院院 机电工程与自动化学院 专业专业 层次层次 机械工程及自动化 专升本 本 年年 级级 班班 级级 学生姓名学生姓名 学学 号号 指导教师指导教师 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 I 页 共 16 页 目 录 目目 录录 I 摘要摘要 II ABSTRACT III 绪绪 论论 IV 第一章第一章 第一层次第一层次 1 第二章第二章 第一层次第一层次 1 第三章第三章 第一层次第一层次 1 致致 谢谢 2 参考文献参考文献 3 附录 附录 4 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 II 页 共 16 页 XY 轴双向移动工作平台 摘要 本次设计从研究移动工作平台着手 借鉴实际生产经验 设计了适合 一种 XY 轴双向移动的工作平台 本次设计的 XY 轴双向移动工作平台 主要针对普通的钻铣床适用 XY 轴移动采用手动摇柄的方式进行移动 整 个 XY 轴移动工作平台包括 XY 向进给机构 底座 工作台等主要组部件 其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动 并由手动摇手轮进行 X 轴和 Y 轴的进给 全面阐述了 XY 轴工作平台的结构原理 设计特点 详细介绍了 XY 轴工作平台的结构设计及校核 并进行了分析 另外汇总了有关技术参数 其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则 系统地对滚珠丝杠生产 应用等环节进行了介绍 包括种类选择 参数选择 精度选择 循环方式 选择 与主机匹配的原则以及厂家的选择等 关键词 工作平台 滚珠丝杠 钻铣床 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 III 页 共 16 页 ABSTRACT This design is based on the research of mobile work platform using the actual production experience designed a kind of XY axis to two way mobile platform The design of the XY axis two way mobile work platform mainly for the ordinary drilling and milling machine is applied the XY axis is moved by the way of manual shake the handle to move The entire XY axis mobile platform including XY to feed mechanism the base the work table and other major components All of them feed in mechanism with ball screw drive and hand wheel by manual X and Y axis feed The structure principle and design features of the XY axis platform are described in detail and the structure design and check of the XY axis is introduced in detail Additional summary of relevant technical parameters The principle and selection principle of ball screw are introduced and the production and application of ball screw are introduced systematically Including type selection parameter selection precision selection selection of circular mode and the principle of host matching and the choice of the manufacturer Keywords Work platform ball screw drilling and milling machine 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 IV 页 共 16 页 第一章 绪 论 第一节 背景 二十世纪中期以来 由于航空和航天技术的快捷发展 对于各种飞行器的 加工提出更好更快的要求 这些零件形状大都相当复杂 材料多为难加工的合 金 用传统的机床和工艺方法进行加工 不能保证精度 也很难提高生产效率 随着计算机的发明和发展 是钻铣机床的设想成为现实 且已经或即将成为现 代机械制造生产过程的基本环节 也就是说 结合现实的生产实际 根据我国的国情 在满足系统基本功能 的前提下 尽可能降低价格 提高生产率 提高产品质量 降低废品率 提高 加工精度 节约工装费用 降低生产成本 缩短生产周期 减轻工人的劳动强 度 以致使企业取得最好的技术经济效果 在这种总的前提和要求下 就必须 使机械加工自动化 适应于生产对象经常改变的情况 并且具有较好的通用性 较大的柔性 因此经济性钻铣机床以及各种钻铣床的工作平台就这样被设计并 被广泛的应用在现代化生产当中 第二节 钻铣工作平台的应用与发展 随着社会生产和科学技术的发展 机械加工产品的形状和结构不断改进 对加工质量的要求越来越高 由于产品更新换代的速度加快 目前在一般机械 加工中单件 小批量生产的产品约占 70 80 为了保证产品的质量 提高生 产效率和降低成本 要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性 而且加工过程 要尽可能实现自动化 钻铣技术就是在这种条件下发展起来的 适用于精度高 零件形状复杂的单价及小批量生产 以数字形式实现控制的一门技术 钻铣床工作台可纵 横向移动 主轴垂直布置 通常为台式 机头可上下 升降 具有钻 铣 镗 磨 攻丝等多种切削功能机床 主轴箱可垂直平面内 左右回转 90 部分机型工作台可在水平面内左右回转 45 多数机型工作台可 纵向自动走刀 本机床结构先进 合理 操作轻便灵活 维护方便 本次钻铣床工作平台适用于各种中小型零件加工 特别是有色金属材料 塑料 尼龙的切削 具有结构简单 操作灵活等优点 广泛用于单件或是成批 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 V 页 共 16 页 的机械制造 仪表工业 建筑装饰和修配部门 钻铣床是一种中小型通用金属 切削机床 即能卧铣 又能立铣 它适用于钻 扩 铰 镗 孔加工 如用圆 片铣床 角度铣刀 形成铣刀及端面铣刀 能铣削平面 斜面 垂直面和沟槽 等 装上附件立铣头后 可作为多方向的铣削工作 在装上附件分度头后 可 作摸数 m 3 毫米以下的直齿 锥齿轮及螺旋齿等的铣削工作 由于本机床应用 广泛 故适合一般修理与工具车间 单件或小批生产车间使用为宜 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 VI 页 共 16 页 第二章 XY 工作平台设计方案 XY 工作平台的总体设计方案由以下三部分组成 1 技术参数设计 主要尺寸规格 运动参数 2 总体布局设计 相互位置关系 运动分析 运动仿真 干涉检查 外 观造型 3 结构优化设计 整机静刚度 整机的运动性能 整机的热特性 总布局与使用要求 第一节 工作平台的设计要求 本工作平台的设计 按照符合国家机床标准 已定设计参数 工作台 1000 250mm 工作台最大荷重 100Kg 高速高效 结构简单可靠 功能强大 性能稳定 精度较高 可用于铣削板 材以及多种工件等 第二节 设计方案 我设计的主要内容是适用于钻铣床适用的 XY 轴双向移动工作平台 工作 台的最大特点是 1 造价便宜 容易制造生产 2 机床的动态响应好 工 作台 XY 双向移动可以铣刀做切削运动时更加稳定 从而保证了加工精度和机 床的响应性能 工作台是本次设计工作的基础 工作台的尺寸设计影响着对整机的设计 而且设计的合理性直接影响到整机的刚度 工作台的上平面即工作台面设计有 K 条 T 形槽 为方便工作台工作台面和 T 形槽的精刨加工 槽完全贯通 工作 台的左 右两下脚各设计有一个狭长平面 用来安放滚动直线导轨副 我把导 轨面设计在工作台的两下侧 主要是考虑力的传递方向与卸荷问题 因工作台 会受到龙门框架的重力 切削力和工件的重力 这样的设计可使龙门框架的重 力直接传入到机床的基础上 而工作台只受到工件的重力 XY 双向移动的滑台的设计是在工作台的几何尺寸确定后 按照主轴的中 心尽量贴近横梁上的导轨面为原则 并把 Z 轴驱动安装位置设计在滑台上 有 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 VII 页 共 16 页 效地减轻滑台的重量 设计进给驱动机构的构思如下 XY 轴双向移动均采用滚珠丝杠传动副 这样设计使机床的整体进给性能得以协调 各轴的进给速度和进给力得到了最 佳匹配 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 1 页 共 16 页 第三章 XY 双向进给系统设计 第一节 进给系统的设计要求 机床的位置调节对进给 系统提出了很高的要求 其中在静态设计方面有 1 能够克服摩擦力和负载 2 很小的进给位移量 3 高的静态扭转刚度 4 足够的调速范围 满足快进和工进的需要 5 进给速度均匀 在速度很低时 无爬行现象 在动态设计方面的要求有 1 具有足够的加速和制动转距 以便快速地完成启动和制动过程 2 具有良好的动态传递性能 以保证在加工中获得高的轨迹精度和满 意地表面质量 3 负载引起的轨迹误差尽可能小 对于钻铣机床机械传动部件则有以下要求 1 被加速的运动部件具有较小的惯量 2 高的刚度 3 良好的阻尼 4 传动部件在拉压刚度 扭转刚度 摩擦阻尼特性和间隙等方面具有尽可 能小的非线性 第二节 滚珠丝杠的选择 在钻铣床工作平台的设计中 滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线 运动 用较小的转矩可以获得很大的推力 滚珠丝杠副的传动是一种 应用较广的机构 尤其是将旋转运动变为直线运动的各种机构中 滚珠丝 杠副是传动最简单 经济而又可靠的 所以滚珠丝杠副的选择对整个机床的制 造起着不可忽视的作用 滚珠丝杠副的精度是影响机床的定位精度及重复定位 精度的最主要的因素 为了在机床的设计中更合理的选用滚珠丝杠副 使其充分发挥效能 必须 进行一系列的计算 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 2 页 共 16 页 3 1 滚珠丝杠副的导程滚珠丝杠副的导程 h P 工作台 Y 向行程 630mm 速度为 2m min 速度传动比为 i 0 5 手摇最大 转速为 100r min 工作台进给速度为 0 100mm min 算得其导程为 max max 2 min 3 0 63 100 min h Vm Pmm inr 3 2 滚珠丝杠副的载荷及选丝杠 滚珠丝杠副的载荷及选丝杠 1 最小载荷 机床空载时滚珠丝杠副的传动力 如工作台重量引起的摩擦力 min F G 0 04 1000 9 8 392Nf 2 最大载荷 选机床承受最大负荷时滚珠丝杠的传动力 如机床切削时 切削力在 滚珠丝杠副轴向的分力与导轨摩擦力之和即为 Fmax 这时导轨摩擦力是由工作 台 工件 夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起的 maxfp F kF F G 3592 c f F 3 平均载荷 平均载荷为 maxmin m 2 F 1328 3 FF 4 当量载荷 工作台进给速度为 0 100mm min 故平均转速为 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 3 页 共 16 页 2 100 1 nr min 66r min 3 av 丝杠的工作寿命取为 10000h 故 1 a f 1 5 w f 6 6 60 240 10 10 av n h Lh 当量动载荷 3 m 1328240 1 5 2354 1 CNN 2 选择滚珠丝杠 查滚珠丝杠样本 选上海缙云机械设备有限公司的型号为 SFU8010 4 的 丝杠 额定动载荷为 符合要求 丝杠直径为 20mm 导程75 a CkN ma CC 5mm 珠圈数 90 珠径为 4mm 图 滚珠丝杆及螺母副结构图 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 4 页 共 16 页 3 3 滚珠丝杠副的安全使用滚珠丝杠副的安全使用 3 3 1 润滑润滑 为使滚珠丝杠副充分发挥机能 在其工作状态下 必须润滑 润滑的方式 主要有以下两种 1 润滑脂 润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的 1 3 滚珠丝杠副出厂时在螺 母内部已经加注 GB7324 942 锂基润滑脂 2 润滑油 运动粘度 28 5 74cst 400T 的润滑油 给油量随使用条件等的不同而有所变 化 3 3 2 防尘防尘 滚珠丝杠与滚动轴承一样 如果污物及异物进入就很快使它磨损 成为破 损的原因 因此 考虑有污物异物进入时 必须采用防尘装置 将丝杠轴完全 保护起来 另外 如没有异物 但有浮沉时可以在滚珠螺母两端增加防尘圈 3 3 3 使用使用 滚珠丝杠副在使用时应注意以下事项 1 滚珠螺母应在有效行程内运动 必要时在行程两端配置限位 以免螺母 约程脱离丝杠轴而使滚珠脱落 2 滚珠丝杠副由于传动效率高 不能自锁 在用于垂直方向传动使 如部 件重量未加平衡 必须防止传动停止或电机失电后 因部件自重而产生的逆传 动 3 滚珠丝杠副正常工作环境温度为 60C 3 3 4 安装安装 滚珠丝杠副在安装时应注意以下事项 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 5 页 共 16 页 1 滚珠丝杠副仅用于承受轴向载荷 径向载荷 弯矩会使滚珠丝杠副产生 附加表面接触应力等负荷 从而造成丝杠的永久性破坏 因此 滚珠丝杠副安 装到机床时 应注意 1 丝杠的轴线必须和其配套导轨的轴线平行 机床的两端轴承座与螺母座 必须三点成一线 2 安装螺母时 应尽量靠近支撑轴承 3 同时 安装支撑轴承时 应尽量靠近螺母安装部位 2 滚珠丝杠安装到机床时 尽量不要把螺母从丝杠上卸下来 如 必须卸下来时要使用辅助套 否则装卸时滚珠有可能脱落 螺母装卸时应 注意以下几点 1 辅助套外径应小于丝杠底径 0 1 0 2 mm 2 辅助套早使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩 3 装卸时 不可使用过大力以免螺母损坏 4 装入安装孔时要避免撞击和偏心 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 6 页 共 16 页 结论 本次设计的课题为 XY 轴工作台 整个 XY 轴工作平台主要包括 XY 进给机构 工作台等主要组部件 其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动 并由手动 手轮摇动进行驱动 由于设计的是适用于立式钻铣床的工作平台 是个非常接近于实际的题目 也是个较现实的想法 其中参考了许多机床厂 零件生产公司的此类型铣床及 主要部件 从整体上说 本次设计较好的实现了设计要求 控制简单 加工精度比较 高等特点 基本达到了设计目的 当然由于经验上的欠缺 本设计还存在一些不足 真诚地希望老师和同学 们给予批评指正 上海大学继续教育学院毕业设计 论文 第 7 页 共 16 页 致 谢 经过这段时间的毕业设计 我在指导老师 xxx 教授的悉心指导下 顺利完 成了 另外也得到了机制教研室其他老师的帮助 以及许多同学的帮助 在此 一并表