机床课程设计指导

广西工学院机械工程系广西工学院机械工程系 数控机床数控机床 课程设计指导书课程设计指导书 一 一 设计的目的设计的目的 数控机床 课程设计是一个重要的实践性教学环节 要求学生综合运用所学理论知识 独立进行的 设计训练 主要目的是 1 通过本设计 使学生全面地 系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其相关基本知识 学习总 体方案拟定 分析与比较的方法 2 通过对机械系统的设计 掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理 设计计算方法及选用原 则 3 通过伺服系统的设计 掌握常用伺服电动机的工作原理 计算选择方法与控制驱动方式 4 培养学生独立分析问题和解决问题的能力 学习并初步树立 系统设计 的思想 5 锻炼提高学生应用手册和标准 查阅文献资料以及撰写科技论文的能力 二 设计的内容及步骤二 设计的内容及步骤 题目 题目 X Y 数控工作台设计数控工作台设计 一 设计任务 设计一套供立式数控铣床使用的 X Y 数控工作台 主要参数如下 1 立铣刀最大直径 立铣刀齿数 最大铣削宽度 最大背吃刀量mmd15 3 Zmmac15 加工材料为碳素钢或有色金属 8 p a 2 X Y 方向的定位精度均为 mm02 0 3 工作台尺寸为 加工范围为 mmmm230230 mmmm250250 4 工作台空载最快移动速度 工作台进给最快移动速度min 3000 maxmax mmvv yx 加减速 0 4s min 400 maxmax mmvv yx 二 设计主要步骤 1 确定设计总体方案 1 机械传动部件的选择 丝杠螺母副的选用 导轨副的选用 伺服电动机的选用 减速装置的选用 2 控制系统的设计 完成进给控制系统原理框图及步进电机的控制驱动 2 机械传动部件的计算与选型 1 导轨上移动部件的重量估算 按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算 包括工件 夹具 工作平台 上层电动机 减速箱 滚珠丝杆副 直线滚动导轨副 导轨座等 估计重量约为 800N 2 计算切削力 查手册 3 滚珠丝杠传动的设计计算及效验 书 109 页 最大工作载荷的计算 最大计算动载荷的确定 规格型号的初选 传动效率的计算 刚度的验算 书 144 稳定性的验算 查设计手册 临界转速的验算 书 111 滚珠丝杠的选型及安装连接尺寸的确定 4 步进电动机的传动计算及电动机选用 书 121 页 1 传动计算 根据加工精度要求确定脉冲当量 选择步距角 传动比 脉冲当量 直接影响加工零件的精度 表面粗糙度及进给速度 一般对精度要求较高 数控机床如线切割机床 坐标镗床 脉冲当量 可取 0 001 0 0025mm HZ 以保证 0 01 0 005mm 的加工精度 加工精度在 0 01 0 02mm 范围的数控铣床 钻床 车床的脉冲当 量 可取 0 005 0 01mm HZ 对于那些简易数控冲床等不太精密的机床或设备 脉冲当 量可取 0 1 0 15 mm Hz 对于同步驱动系统 脉冲当量 还可选择更大些 进给系统的脉冲当量 步进电动机的步距角 齿轮传动链的传动比 滚珠丝杆的导程关 系如书 121 5 17 5 18 滚珠丝杆螺距 P 选择比较容易 可按照机床进给机构传动链的速度和刚度选定一个标准 值 而齿轮传动链的传动比 i 选择较复杂 在这种应用情况下要兼顾少数步增量运动和多数步的 连续运动 在选择步进电机阶段很难按某一公式确定一个最佳传动比 而仅能按一般的原则初步 选择一个或几个可能的传动比 步进电机标准步距角是有限的几个 如 0 36 0 72 l 5 0 75 l 8 0 9 等 可以选择的传动比也是有限的 传动比的选择是否合适可进行方 案比较 也可 按一定的步骤进行校核 由于齿轮传动级数增加 使齿隙和静摩擦增加 传动效率降低 故传动 级数一般不超过 3 级 2 步进电动机的计算及选型 步进电动机转轴上的总转动惯量 J 的计算 总转动惯量 J 主要包括电动机转子的转动惯 量 减速装置与滚珠丝杆一级移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等 其具体算 法见书 134 页所示 步进电动机转轴上的等效负载转矩 M 的计算 步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同工况下是不同的 通常考虑两种情况 一 种情况是快速空载启动 另一种情况是承受最大工作负载 具体计算可参见书 132 页 取两 种情况下负载转矩最大的一种情况 而一般情况下 数控机床动态性能要求较高 所以电动 机力矩主要是用来参数加速度的 而负载力矩占的比重很小 所以通常可先按快速空载启动 选择电动机 即要使快速空载启动力矩小于电动机的最大转矩 步进电动机的初选 将上述所计算的等效负载转矩 M 乘上一个系数 用M 的值来初选步进电动机的 最大静转矩 其中系数称为电动机转矩的瞬时过载系数 步进电动机的 4 5 2 步进电动机的性能校核 1 最快工作进给速度时电动机输出转矩校核 2 最快空载移动时电动机输出转矩校核 3 最快空载移动时电动机运行频率校核 4 启动频率的校核 5 滚动导轨的设计计算 书 198 页 工作载荷的计算 工作载荷是影响导轨副适用寿命的重要因素 对于水平布置的十字工 作台 多采用双导轨 四滑块的支承形式 小时额定工作寿命的计算 距离额定寿命的计算 其中 L 为距离额定寿命的计算 单位为 km n 602 103 nS L Lh 为移动件每分钟往复次数 可取 4 6 次 分钟 S 为移动件行程长度 单位为 m 额定动载荷计算 N 产品选型 根据额定动载荷 确定滚动导轨的结构尺寸 安装连接尺寸 3 控制系统的设计 进给控制系统原理框图 驱动电路流程设计 驱动电源的选用 并完成该驱动电源与控制器的接线方式 3 机械部分装配图的绘制 4 编写设计说明书 三 三 设计的总体要求设计的总体要求 课程设计题目由指导教师选定 经教研室主任审定签字后发给学生 设计要求包括以下几个部分 1 数控 XY 工作台机械部分装配图设计 A0 2 任选一零件绘制零件图 A4 3 驱动电源与控制器的接线方式 A4 4 编写设计说明书 不少于 20 页 按教学计划规定 数控机床课程设计总学时数为 2 周 其进度及时间大致分配如下 设计总体方案及系统总体设计框图的确定 1 天 机械部分计算 结构设计 2 天 装配图绘制 3 4 天 控制系统图的绘制 1 天 编写设计说明书 1 天 答辩 1 天 四 设计成绩的考核四 设计成绩的考核 课程设计的全部图纸及说明书应有设计者及指导教师的签字 未经指导教师签字的设计 不能参加 答辩 由教研室教师组成答辩小组 设计者本人应首先对自己