数控机床课程设计

数控机床课程设计指导资料职业技术教育学院数控专业方向1课程设计题目：钻床数控改装用数控X、Y工作台设计内容：设计一套简易数控XY工作台，固定在某一钻床的工作台上；XY工作台的位置控制采用步进电机数控系统。通过上述方案将该普通钻床改装成简易的经济型数控钻床。课程设计的目的：通过本次设计，能够全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识，初步掌握数控机床系统设计方法，并能学会运用手册、标准等技术资料。同时，培养相应的创新意识、工程意识和动手能力。2例：钻床实物图片、型号及主要技术参数3数控X、Y工作台实物图：4设计要求：1、改造后的钻床能够加工最大面积为AmmxBmm的工件，最大工件重量200kg；2、数控XY工作台要求孔的定位精度在±0.02mm内，快进速度为3.6m/min，加减速时间为0.1秒。注：A和B的推荐取值范围为180-300mm。

5注：A和B的推荐取值范围为180-300mm。分组-（按照学号先后顺序，每人取一组参数，每个人独立完成）

220x290,220x300,230x180,230x190,230x200,230x210,230x220,230x230,230x240,230x250,230x260,230x270,230x280,230x290,230x300,240x180,240x190,240x200,240x210,240x220,240x230,240x240,240x250,240x260,240x270,240x280,240x290,240x300,250x180,250x190,250x200,250x210,250x220,250x230,

6设计主要步骤--一、确定设计总体方案；二、机械部分改装设计（XY工作台的设计计算）；

1）初步确定工作台尺寸及其重量；

2）计算切削力；

3）传动系统设计（齿轮设计计算，各传动轴及各部件转动惯量计算）；

4）滚珠丝杠传动的计算与选型；设计步骤：

a.求出螺旋传动的计算载荷Fc

其中，KF—为载荷系数，无冲击平稳运转：1.0-1.2

一般冲击：1.2-1.5；有冲击和振动：1.5-2.57设计主要步骤--KH—为硬度系数,滚道硬度HRC≥58：1.0；滚道硬度HRC≥55：1.11

滚道硬度HRC≥50：1.56；滚道硬度HRC≥45：2.4；滚道硬度HRC≥40：3.85KL—为精度系数，精度等级C、D：1.0；精度等级E、F：1.1

精度等级G：1.25；精度等级H：1.43Fm—为丝杠工作时的轴向压力，

µ为导轨的摩擦系数。为最下面的丝杠以上的所有质量。b.额定动载荷及寿命计算初步确定滚珠丝杠的规格型号。选择的滚珠丝杠副的额定动载荷Ca，必需大于等于其计算值：Ca—额定动载荷（N）；nm—螺杆的平均转速，取90-110r/minLh—运转寿命（h）；Fc—螺旋传动的计算载荷（N）8设计主要步骤--5）滚动导轨参数计算与选型

①.计算导轨的工作寿命Th（小时），要求寿命不低于5年；

②.计算导轨行程长度寿命Ts（Km），Ts=2ThLsn/1000,其中：Ls为单向行程（m），n为每分钟往复次数；（可取4--6次/分钟）

③.计算导轨的额定动载荷Ca（N），可由下式求得：

其中F为每个滑座承受的工作载荷（N）;

④.根据额定动载荷Ca确定滚动导轨的型号及结构尺寸。10直线滚动导轨副：11设计主要步骤--6）步进电机的选型及计算：由机床精度要求确定脉冲当量δ及步距角α：计算电机轴上的总当量负载转动惯量—

①丝杠的转动惯量：

其中，ρ为丝杠密度取7.8×kg/,d为丝杠的等效直径(m),l为丝杠长度(m)。

②工作台、工件、夹具、支承座等等折算到电机轴上的转动惯量：

其中，为总的质量，kg；P为丝杠导程，mm。*电机转子的转动惯量小的场合，可忽略不计。(Kg*)(Kg*)126）步进电机的选型及计算：电机轴转矩的计算①空载启动时，电机轴上的惯性转矩：

其中，Δt为电机加减速时间（=0.1s）；P-丝杠导程(m)Vmax为工作台快进速度（=3.6m/min，换算为m/s）；λ为传动比.

②电机轴上的当量摩擦转矩（工作台及工件重量引起）：ŋ为伺服传动链的总效率，可取0.8。③因丝杠副预紧力引起的电机轴上的附加摩擦转矩：（设预紧力为最大轴向载荷的1/3)其中，

ŋ0为滚珠丝杠螺母副未预紧时的传动效率（=0.9）。空载启动时电机轴上的最大静转矩：

所选取的步进电机的最大静转矩Ts需满足：(Nm)(Nm)(Nm)136）步进电机的选型及计算注意：步进电机选型的时候，必需同时满足转动惯量及静转矩的要求。

即应进行惯量匹配验算：

Jm为所选电机的转动惯量由步进电机的矩频特性曲线确定电机的最大运行频率f，并应满足：f＞为实际连续运行频率的最大值7）联轴器的选择三、编写设计说明书（不少于20页）。要求：设计说明书中的有关计算公式应标明出处；所引用的附图及表格应附在说明书中相应位置，并有相应的说明；设计说明书格式参考教务处毕业设计论文格式的要求；14参考格式：目录一、设计目的二、设计要求三、设计的内容和步骤（一）总体设计方案①设计机构的性能要求②待改装钻床型号的确定③控制方式的确定④伺服系统的确定⑤工作台参数的初步选定⑥导轨的选型思路⑦滚珠丝杠选型思路⑧丝杠和电机连接零件的选取思路⑨支承座材料的选取⑩轴承类型的选取思路（二）机械部分改装设计与计算①确定工作台的尺寸及其重量②支承座参数设计③滚珠丝杠参数计算与选型④滚动导轨参数计算与选型⑤步进电机参数计算与选型⑥联轴器的选择四、设计总结五、参考文献15课程设计总体要求：1、数控XY工作台机械部分装配图设计（A0）；2、总装联系图（A4）；3、工作台、螺母座、支承座零件图（选做）；4、按照论文格式要求的设计说明书1份（不少于20页）；5、CNC系统总体设计框图A4x1张（选做）；时间要求—2周内完成。参考进度：总体方案设计及系统总体设计框图—1天；总装联系图绘制—1天；机械部分计算及结构设计—2天；装配图绘制—3.5天；编写设计说明书—1.5天；答辩—1天