X-Y数控运动工作台设计[机械毕业论文 答辩通过]

毕业设计（论文）XY数控运动工作台设计设计（论文）题目XY数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年月日需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载摘要XY数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的XY工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的XY数控工作台，通常由导轨座、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、Y方向的直线移动。导轨副、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XY数控工作台；设计；过程；功能需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763IIIABSTRACTXYNCWORKTABLEISAFUNDAMENTALPARTOFMANYELECTROMECHANICALINTEGRATIONEQUIPMENT,SUCHASCNCLATHELONGITUDINALANDTRANSVERSEFEEDMECHANISM,CNCMILLINGMACHINEANDCNCDRILLINGMACHINEOFTHEXYTABLE,LASERPROCESSINGEQUIPMENTFORWORKINGTABLE,ELECTRONICELEMENTSURFACEMOUNTEQUIPMENTETCXYNCWORKTABLEMODULE,USUALLYBYTHERAILSEAT,MOVETHESLIDER,WORK,BALLSCREWPAIR,ANDASERVOMOTORANDOTHERCOMPONENTSTHESERVOMOTORTODRIVETHEBALLSCREWACTUATOR,ABALLSCREWNUTDRIVESTHESLIDEBLOCKANDTHEWORKINGPLATFORMMOTIONONTHEGUIDERAIL,STRAIGHTMOBILEWORKSTATIONINX,YDIRECTIONGUIDE,BALLSCREWANDSERVOMOTORAREBASEDONSTANDARD,BYTHESPECIALIZEDMANUFACTURERS,ONLYWHENTHEDESIGNWORKLOADTOSELECTKEYWORDSXYNCWORKTABLEDESIGNPROCESSFUNCTION需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763IV目录摘要IIABSTRACTIII目录IV第1章绪论111课题研究意义112XY数控运动工作台应用1第2章XY数控运动工作台设计要求221设计主要要求222综合作业内容2第3章XY数控运动工作台机械系统设计331脉冲当量选择332工作台外形尺寸及重量估算333滚动导轨副的计算与选择434滚珠丝杠副的载荷计算535传动效率计算836稳定性验算836刚度验算837滚珠丝杠精度等级确定938滚动导轨副的防护1139直线滚动导轨副的计算、选择11310电机至丝杠之间齿轮减速传动设计13311等效转动惯量计算不计传动效率16312电机的计算选型17313联轴器选择17结论18致谢19需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763V参考文献20需要CAD图纸，咨询Q4149516051章绪论11课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是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、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根据德国工业协会VDW2000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。12XY数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。XY数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的XY工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的XY数控工作台，通常由导轨座、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、Y方向的直线移动。导轨副、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。需要CAD图纸，咨询Q4149516052章XY数控运动工作台设计要求21设计主要要求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但所选电机必须与该电机生产厂所列技术数据一致3、工作台尺寸450X350MM（X/Y）4、工作台（X/Y）工作行径400/3005、脉冲当量X/Y0004MM/脉冲6、X向最高工作进给速度200MM/MIN7、X向最高空载快进速度300MM/MIN8、工件最大重量（包括夹具）为400KG9、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22综合作业内容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滚动导轨选型计算需要CAD图纸，咨询Q4149516053章XY数控运动工作台机械系统设计31脉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/Y0004MM/脉冲由已知设计参数初定脉冲当量0004MM/P32工作台外形尺寸及重量估算31工作台简图已知题设要求工作台尺寸450X350MM（X/Y）取X向导轨支撑钢球的中心距为350MM,Y向导轨支撑钢球的中心距为230MM,设计工作台简图如下X向拖板（上拖板）尺寸长宽高35023050重量按重量体积材料比重估算NXW3235021078314Y向拖板（下拖板）尺寸35023050N32上导轨座（连电机）重量需要CAD图纸，咨询Q414951605或130413976342232014382158710107N夹具及工件重量400KG约4000N。XY工作台运动部分的总重量约4735N。33滚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XWYC0/P，式中C0为导轨的基本静额定载荷；工作载荷P05W；1030一般SLFKNZFSLF运行状况，3050（运动时受冲击、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，40SLFFZ735,05OSLXYZCFPFWNPFCYSLOXSLZY109852452437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54查得LE20MM已知工作台尺寸450X350MM（X/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450BL动导轨行程支承导轨长度240287BLL下导轨（Y向）取动导轨长度350L动导轨行程B支承导轨长度23502670LL选择导轨的型号GTA16需要CAD图纸，咨询Q414951605直线滚动轴承的选型、直线滚动轴承的选型上导轨40314XGN下导轨的Y75由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP型直线滚动轴承的额定动载荷为，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP型直线滚动轴承。并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。、滚动导轨刚度及预紧方法当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置或时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。34滚珠丝杠副的载荷计算（1）滚珠循环方式由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表51查得,选择外循环插管式（2）轴向间隙预紧方式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楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表52查得,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楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指需要CAD图纸，咨询Q414951605楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编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003，K为颠覆力矩影响系数，一般取1115，本课题中取13。、最大动负载Q的计算3HLFP式中FW为载荷系数，中等冲击时为1215；FH为硬度系数，HRC58时为10。查表得系数，寿命值1F60NTL查表得使用寿命时间T10000H，初选丝杠螺距T5MM，得丝杠转速8250MIN741313MAXRTV（X向最高空载快进速度300MM/MIN）所以5107566LX向丝杠牵引力4XXPFG当F当当量摩擦系数10316NY向丝杠牵引力4YF当F当当量摩擦系数1YPG当1407356N所以最大动负荷X向9213XQY向386745Y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CM系列滚珠丝杆副，其型号为CM20055。其基本参数如下需要CAD图纸，咨询Q414951605额定动载荷为14205N足够用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YQ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公称直径0D20MM螺距TMM接触角045钢球直径BD4175MM螺纹滚道法向半径R052BRD1651MM偏心距ESINE004489MM螺纹升角0TARCGD043需要CAD图纸，咨询Q414951605杆外径D025BDD19365MM螺杆内径11ER16788MM螺杆接触直径220COSB17755MM螺母螺纹外径DDE24212MM螺母内径（外循环）1105BD207MM35传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为TG式中10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。0431096GGTTT36稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。36刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为CMESFLL01Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算606222156158012214125/340FNLCMECMSRL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E级精度丝杠允许的06411052102LUM螺距误差15M/M。需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763937滚珠丝杠精度等级确定（1）丝杠有效行程由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表54查得LE20MM导轨总长LU21012020350MM所以丝杠总长LV35020330MM（2）精度等级根据有效行程内的平均行程允许偏差EP001/300350103117查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表55得精度等级为T34）滚珠丝杠副支承形式选择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滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表56查得,采用一端固定一端游动FS支承形式5）滚珠丝杠副的选择高速或较高转速情况按额定动负荷CCJ选择滚珠丝杠副CJFEFW/FHFTFAFK60LHNE/1061/3式中CJ滚珠丝杠副的计算轴向动负荷NFE丝杠轴向当量负荷N，取进给抗力和摩擦力之和的一半FE120006120/2636NNE丝杠当量转速R/MINNE250R/MINLH丝杠工作寿命H查考楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表57得LH15000HFT温度系数查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表58,得FT070需要CAD图纸，咨询Q414951605或130413976310FA精度系数查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书表59得FA10FW负载性质系数查2表510得FW095FH硬度系数查2表511得FH10FK可靠性系数查2表512得FK021计算得CAJ25N表311各类机械预期工作时间LH表312精度系数FA表313可靠性系数FK表314负载性质系数FW6）滚珠丝杠副校核（1）临界压缩负荷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FN表示FN341010F1D24L02K1需要CAD图纸，咨询Q414951605或130413976311式中L0最长受压长度取400MMF1丝杠支承方式系数,FS取2D2丝杠螺纹底径,查4332取176MMK1安全系数，取1/3FN13593NFMAX（2）临界转速NCR9910F22D2/LC2式中F2丝杠支承方式系数,FS取3927LC临时转速计算长度LC05MD2丝杠螺纹底径,取176MMNCR107589R/MINNMAX取,同时验算丝杠另一个临界值D0N2083375002KTT1（U1）ZHZE2/DAUH21/3（1）试选KT16,由1表106得材料弹性影响系数ZE1898MPA1/2（2）由1图1030得选取区域系数ZH2433,由1表107选取齿宽系数D03，（3）（由1图1026）查得A1078，A208，则AA1A2158（4）应力循环系数取J1已知V10M/MIN，滚珠丝杠的基本导程P5MM，则NMAXVMAX/3601000/0004036/360250R/MIN所以N160NJLH6025012830015108109N2N1/I108109/1258641085（由1图1019）查得接触疲劳寿命系数KHN1086，KHN20876（由1图1021D）查得小齿轮接触疲劳强度极限HLIM1600MPA大齿轮的接触疲劳强度极限HLIM2550MPA7计算疲劳强度许用应力，取安全系数S1H1KHN1HLIM1/S086600/1516MPAH2KHN2HLIM2/S087550/14785MPAH（H1H2）/249725MPA8计算小齿轮传递的转矩T1955106PX/NX779NMMB）、计算（1）试算小齿轮分度圆直径D1T2KTT1（U1）ZHZE2/DAUH21/3216779225/（03158125）（24331898/49425）2（1/3）938MM（2计算圆周速度VD1TN1/6010000123M/S需要CAD图纸，咨询Q414951605或130413976315（3计算齿宽B及模数MNT,BDD1T03938281MMMNTD1TCOS/Z1938COS14/24038MMH225MNT225038MM0855MMB/H281/085533（4计算纵向重合度0318DZ1TAN03180324TAN14057（5计算载荷系数K，查1表102，得使用系数KA125,根据V0123M/S,7级精度，由书图108查得动载系数KV101,（由书表104）查得KH的计算公式KH1120181067D2D2023103B114由B/H33,由书图1013查得KF108,由（1表103）查得KHKF12,故载荷系数KKAKVKHKH1251011210816362（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径D1D1TK/KT1/3938（16362/16）（1/3）945MM（7计算模数MND1COS/Z1945COS14/240382MM3）、A按齿轮弯曲强度设计MN2KT1YCOS2/DZ12YFYS/F1/3（1）计算载荷系数，KKAKVKFKF1251011210416263（2）根据纵向重合度057，由（1图1028）查得螺旋角影响系数Y087（3）计算当量齿数ZV1Z1/COS324/COS3142627ZV2Z2/COS330/COS314328（4）由（1表105）查出,YFA12592,YSA11596,YFA2249,YSA21629,因为（书图1020C）小齿轮弯曲极限强度FE1500MPA,大齿轮FE2380MPA,（书图1018）得弯曲疲劳寿命系数KFN1085KFN2088,取安全系数S11F1KFN1FE1/S38636MPAF2KFN2FE1/S304MPA（5）计算大、小齿轮YFA1YSA1/F1、YFA2YSA2/F2并加以比较YFA1YSA1/F125921596/3863600107YFA2YSA2/F22491629/3040013取大齿轮数据需要CAD图纸，咨询Q414951605或130413976316B设计计算MN2KT1YCOS2/DZ12YFYS/F1/321626377900133COS142/（03242158）（1/3）023MM对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数MN大于齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取MN2MM，已可满足弯曲强度，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D148MM,来计算应有的齿数，于是有Z1D1COS/MN48COS14/22328，取Z124，则Z2IZ112524304几何尺寸计算（1）中心距AZ1Z2MN/2COS24302/（2COS14）5565MM所以圆整为56MM（2）按圆整后的中心距修正螺旋角ARCCOSZ1Z2MN/2AARCCOS24302/25615395,因值改变不多，故参数、K、ZH等不必修正（3）计算大、小齿轮分度圆直径D1Z1MN/COS242/COS153594978MMD2Z2MN/COS302/COS153596222MM（4）计算齿轮宽度BDD103497814934MM所以取B215MM,为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B116MM311等效转动惯量计算不计传动效率小齿轮转动惯量JG1D14B1324414785103320276104KGM2式中钢密度785103KG/CM3同理,大齿轮转动惯量JG20498104KGM2查设计手册初选滚珠丝杠CDM20053,得到D020MM,L430MM滚珠丝杠转动惯量JSD04L32244378510332104KGM2053104KGM2工作重物为12KGJWW/GTSP22I2120522212104KGM2171106需要CAD图纸，咨询Q414951605或130413976317KGM2因此,折算到电机轴上的等效转动惯量JEJEJG1JWJG2JSI20807104KGM2312电机的计算选型查设计指导书4749可知MTFXFYTSP/2I1800061400005/208210089NMMFFFTSP/2IWTSP/2I00612100005/20821000341NM上述式中丝杠预紧时的传动效率取08为摩擦系数取006NMAXVMAX/3602000/0005075/360833R/MIN取起动加速时间T003S初选60BYG350DLSASSML0451的电动机M0FP0TSP2I1021/3FXTSP2I1021/318000062082110920054NM式中FP0滚珠丝杠预加负荷,一般取FY/3FY进给牵引力N0滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取09JJEJM0807104KGM203104KGM21107104KGM2MAJEJM2NMAX/60T02926NMMQMAMFM0029260003410054035NMMCMTMFM00089000341005401464NMMKMFM00003410054005741NM从计算可知,MQ最大,作为初选电