X-Y数控钻床工作台说明书

吉林大学机械科学与工程学院

机械制造及其自动化系

专业课程设计

姓名：闫海洋

班级：411004班

学号：44100122

指导教师：张富老师

目录

目录 (1)

摘要 (2)

一、设计目的 (3)

二、设计要求 (4)

三、数控机床及数控钻床

1数控机床简介........ ........ ...... .... ....... ........ ............. ............. ....... ............. .4 2数控钻床.. (7)

四、设计的内容和步骤

（一）总体设计方案 (10)

1设计机构的性能要求 (11)

2控制方式的确定 (11)

3伺服系统的确定 (12)

4导轨的选型思路 (13)

5滚珠丝杠选型思路 (14)

6丝杠和电机连续零件的选取思路 (14)

7支承材料的选取 (15)

8轴承的选取 (14)

（二）机械部分设计与计算

1确定工作台的尺寸及其重量 (15)

2支承座参数设计 (15)

3滚珠丝杠参数计算与选型 (16)

4切削力的计算 (17)

5滚动导轨参数计算与选型 (18)

6步进电机参数计算与选型 (19)

五、设计总结................................................. ............. ........... . (20)

六、参考文献................................... .......... ............ .. (21)

摘要

本次设计主要对数控XY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并选型，对相关支承部件和连接部件进行了分析计算和选型。另外，先绘制装配图草图，零件图和装配图利用AutoCAD 绘制完成。

本次设计我主要针对以下几个方面进行设计计算：

1.工作台总重量的估算。

2.支承座的参数设计

3.滚珠丝杠的相关计算与选型。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，并据此选型。

4.切削力的计算。

5滚动导轨的相关计算与选型。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，并据此选型。

6.步进电动机的相关计算和选型。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进行选型。同时对其进行了惯量验算和最大运行频率验算。

最后设计出了如装配图所示的XY工作台。

关键字：XY工作台步进电动机滚动导轨滚珠丝杠

一、设计目的

《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，本次设计的主要目的：

1、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

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、设计计算及选用的方式

3、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式

4、培养相应的创新意识、工程意识和动手能力

5、锻炼提高学生设计能力，为毕业设计打好基础。

二、设计要求

1. 工件台面尺寸： 500 mmｘ400mm

2. 工作行程： X 300mm、Y 300mm

3.最快移动速度： 2800mm/min

4.X-Y方向的定位精度： 0.05mm

5.X-Y方向的重复定位精度： 0.02

6.X-Y方向脉冲当量: 0.08mm/脉冲

7.工作台T型槽（宽度/间距）： 14/50

8.工作台最大承载： 600kg

三、数控机床和数控钻床

3.1 数控机床简介

3.1.1 什么是数控机床

数字程序控制机床一般简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制的一种高效能自动化机床，它综合应用了自动控制技术、计算机技术、精密测量技术、液压气动等技术。并在机床结构等方面运用了最新技术。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品，如果采用一般的自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，一般机床又不能加工。数控机床就是在这样的条件下产生和发展起来的，它能有效地适应产品不断变化、多品种、小批量的自动化生产。数控机床就是把加工所需要的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供给等等，以及刀具相对于工件之间的位移。采用数值数据的形式通过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，实现零件的自动加工。

3.1.2 机床数控技术及分类

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或

多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

机床数控技术是70年代发展起来的一种机床自动控制技术。数控机床是典型的机电产品，是高新技术的重要组成部分。采用数控机床，提高机械工业的自动化生产水平和产品质量，是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路。现代数控机床是柔性制造单元（FMC），柔性制造系统 (FMS) 乃至计算机集成制造系统 (CIMS) 中不可缺少的基础设备。

3.1.3 数控机床及其加工特点

数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由工人手工操作来加工零件。在数控机床上加工零件只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别使用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。

数控机床具有以下三大突出的特点：

利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度

可按加工工艺需要变化，且能实现多座标联动，易加工杂曲面。对於加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵，需要正确分析其使用的经济合理性；

利用硬件和软件相组合，能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能，可进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度；

是以电子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易於实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制造系统，如FMS、FTL、FA，甚至将来的CIMS，能最大限度地提高工业的生产率、劳动生产率。

3.1.4 数控机床上加工零件的步骤

在数控编程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。根据零件形状尺寸及其技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数，这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的。

1.确定加工方案

此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。

2.工夹具的设计和选择

应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。

3.选择合理的走刀路线

合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面：

(1)尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。

(2)合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。

(3)保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。

(4)保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。

(5)有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。

4.选择合理的刀具

根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具，包括刀具的结构类型、材料牌号、几何参数。

5.确定合理的切削用量

在工艺处理中必须正确确定切削用量。

3.1.5我国数控技术的现状

长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。

国外公司在中国数控系统销量中的80％以上是普及型数控系统。如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。同时，还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系，提高中国的自主设计、开发和成套生产能力，创建国产自主品牌产品，提高中国高档数控系统总体技术水平。

3.2 数控钻床

3.2.1 数控钻床的类型、结构特点及控制系统

数控钻床按其布局形式及功能特点可划分为数控立式钻床、钻削心、印刷线路板数控钻床、数控深孔钻床及其它大型数控钻床等。可完成钻、扩、绞、攻丝等多道工序，适用于孔间距离有一定精度要求的零件的生产。工作台可进行两座标移动，主轴可以是数控的也可以是非数控的。也就是说，采用3轴数控系统或2轴数控系统。数控立式钻床的数控系统一般是点位控制系统。数控钻床的类型较多，其结构特点各异，数控系统也各不相同，功能主要包括：孔加工循环、插补、刀具补偿、工件坐标系设定、宏程序等。

3.2.2 数控钻床的选用

数控钻床是线路板加工中的一种重要设备，该设备价格昂贵，选用数控机床不但对于操作、工艺设定和维护包括对于生产产品的质量都有十分重要。作为一个工艺人员出于纯的技术及操作方面的考虑，数控机床的选用指标一般从以下方面着手：

1.机床台面的刚性和稳定性

为了使机床有足够的稳定性、刚性避免振动许多厂商都采用大理石作为床身的材料，某些日本的厂商采用钢材做床身，由于钢材在不同的温度下的变形比大理石大，不稳定，厂商会在软件中采用补偿来消除变形造成的精度损失。目前大多数厂商采用都是天然大理石或人造大理石作为床身，建议采用大理石床身的设备，大理石在平时维护使用洗洁精和水擦洗，不可用酒精。擦完以后用干布擦干，等水分完全挥发后才可以工作。

2.转轴的转速和稳定度

目前采用的转轴有两种一种为滚动轴承转速最高 8 万转，另一种为空气轴承转速最高可达 12 万转。如果是铣床应采用滚动轴承，因其纵向的承载较空气轴承好，其钻夹头也是采购是重点的考察范围，有些钻夹头不容易更换维护困难，有些钻夹头磨损很快成了耗材且更换费用很贵，有些则需每日维护浪费时间。转轴的压脚也是另一个，其寿命和设计不合理也会造成很大的麻烦，如轴和压脚之间没有密封造成吸尘器要很大的功率造成吸尘器采购的资金浪费或中央吸尘的功率浪费，并有可能产生线路板孔内排屑不良的情况。

3.台面的移动精度和位移重复精度

这是选用时最重要的一点，也是无法通过图片或普通的运行可看见的，只有购买以后经测试才可认证，目前的设备在刚出厂时都可以达到设计标准，关键是运行一至二年以后的精度是否十分稳定，在这方面欧洲生产的机床做的较好。

4.X 、 Y 、 Z 轴的进给速率

进给速率目前一般的用丝杆步进电机，速度为 25 米每分钟，而新的产已采用伺服电机，高的进给速度可提高产能 20% － 40% ， Z 轴的速度受到钻头和所钻材料的影响进给速率，对生产效率影响不是很大。

5.台面的移动及固定装置

台面的移动承载以前许多以导轨为主.

6.最大加工尺寸

最大加工尺寸是根据需要来采购，目前大部分机床都能满足你的需要，除了某些单轴或双轴的用于试样或制作测试夹具的机床外。

7.操作系统和控制系统

现在许多机床采用通用的 windows 操作系统界面十分友好，有的还采用中文，较容易上手学习和操作，但是其缺点会中计算机病毒稳定性稍差且管理较困难，有的采用工业系统或 Unix 系统，该种系统优点是稳定性好，不易出故障，管理方便。但操作界面都是英文，操作上手稍慢。从工艺和设备维护的角度来讲推荐采用后者。

8.刀具管理系统

以前的机床刀具较少有的只有 8 个刀具夹，现在大部分的数控机床刀具都可安放上百个钻头，有的系统还有断钻自动检测及直径检测长度和径向跳动系统，在选型的时候需注意的项目是，大部分数控床的钻头放在台面的前端，该设计方式有一个缺点，如果在工作时加工的线路板因固定出问题跳起逃出很容易打坏全部钻头包括钻头夹具。有些钻头夹具设计放在机床上方，如部分瑞士生产的机床则不会产生该问题，检测机构的灵敏度太高和太低对机床都不好一般以偏低一点好。

9.光尺系统的选购

目前大部分的数控机床的测量系统都采用了光尺作为位置与精度测量反馈系统，也有采用磁尺，采用光尺的系统稳定性及分辩率高，因光尺的读头与尺身没有接触摩擦，所以寿命很长，但平时要保持设备清洁尽量减少粉尘污染。

10.吸尘系统

如公司没有中央吸尘系统而采用普通工业吸尘器作为配套的话，要注意吸尘器功率要大，最好比原设计需要的功率大 30 － 50% ，因在实际的使用过程中由于过滤器的堵塞功率会下降很多，其次吸尘器的粉袋要有足够的容量，如果容量太小会使工人经常停工处理粉尘影响生产效率。

11.保护系统

指设备的软件及设备上防止意外伤害事故发生及设备本身的遇到意外而设计的保护系统，如光栅保护红外线保护空气开关等等，如红外保护等需设计合理，有些保护设计对维修并不是很方便。所以要全面权衡。作为一个工艺人员出于纯的技术及操作方面的考虑，数控机床的选用指标一般从以下方面着手：机床台面的刚性和稳定性：为了使机床有足够的稳定性、刚性避免振动许多厂商都采用大理石作为床身的材料，某些日本的厂商采用钢材做床身，由于钢材在不同的温度下的变形比大理石大，不稳定，厂商会在软件中采用补偿来消除变形造成的精度损失。目

前大多数厂商采用都是天然大理石或人造大理石作为床身，建议采用大理石床身的设备，大理石在平时维护使用洗洁精和水擦洗，不可用酒精。擦完以后用干布擦干，等水分完全挥发后才可以工作。

四、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

机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足以下几方面：（1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。

（2）刚度大刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度对机械系统而言是有利的：

①伺服系统动力损失随之减小。

②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。

③增加闭环伺服系统的稳定性。所以在设计时应选用大的刚度的机构。

（3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳态误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选着适当。此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间隙小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性

相匹配。

2、控制方式的确定

数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，可选用点位控制方式。数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。

3、伺服系统的确定

XY 工作台系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动, 系统没有检测装置; 半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动, 并在电机输出轴安装脉冲编码器, 将速度反馈信号传给控制单元; 闭环的伺服系统也是采用交流或直流伺服电机驱动, 位置检测装置安装在工作台末端, 将位置反馈信号传给控制单元。

闭环和半闭环伺服系统价格昂贵，结构复杂，同时其可控分辨率也很高。开环控制的伺服系统存在着控制精度不能达到较高水平的基本问题．但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系。使步距误差不会积累；转速和输入脉冲频率严格的对应关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、环境条件的波动而变化的特点。并且步进电机控制的开环系统由于不存在位置检测与反馈控制的问题．结构比较简单，易于控制系统的实现与调试。并且随着电子技术和计算机控制技术的发展。在改善步进电机控制性能方面也取得了可喜的发展。因此，

在一定范围内，这种采用步进电机作为驱动执行元件的开环伺服系统可以满足加工要求。适宜于在精度要求不很高的一般数控系统中应用。

在本次设计中，其位置精度（±0.02mm）要求不高，考虑到成本低，维修方便，工作稳定等条件。选用步进电机开环伺服系统就可以满足要求。其通过单片机控制步进电机的驱动, 经传动机构带动工作台运动。图形如下：

4、导轨的选型思路

导轨性能的好坏，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。所以，导轨要满足以下基本要求：结构简单，有良好的导向精度、精度保持性、低速运动平稳性和工艺性好。导轨作为进给系统的重要环节，不同类型的机床，对导轨的要求也不同。数控机床的导轨比普通机床的导轨要求要高：高速进给时不发生震动，低速进给时不出现爬行现象，灵敏度高，耐磨性好，可在长期重载下连续工作，精度保持性好等。机床用户选用机床时，根据自身情况针对以上要求选择机床导轨。机床常见的导轨形式有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

一、滑动导轨、滚动导轨和静压导轨的特点

1、滑动导轨

滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗震性强等优点，在

一般的机床上应用最为广泛，常由铸铁件或镶钢导轨制成。为了提高导轨的耐磨性和精度，一般对导轨表面进行淬火，然后磨削加工。

2、滚动导轨

滚动导轨是在导轨工作面之间安装滚动体，滚动体可以滚珠、滚柱和滚针，与导轨之间的接触为点接触或者线接触，所以，导轨的摩擦系数就小。动静摩擦系数基本相同，启动阻力小，低速运动平稳性好，定位精度高，微量位移准确，磨损小，精度保持性好，寿命长。其缺点是抗震性差，对防护要求高。滚动导轨尤其是直线滚动导轨，近年来被大量采用，随着数控机床往高速化发展，线性导轨应用越来越广泛。

3、液压导轨

机床上使用的液压导轨主要是静压导轨。静压导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。油压能随着外加负载的变化而自动调节，以保证导轨面间始终处于纯液体的摩擦状态，所以，以静压导轨的摩擦系数最小，功率消耗小。这种导轨不易磨损，导轨的精度保持性好，寿命长。它的油膜厚度几乎不受速度的影响。油膜承载能力大、钢度高吸震性好，运行平稳，无爬行现象。静压导轨结构复杂，并需要过滤效果良好的液压装置，制造成本高。

综上所述，要设计数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副。

5、滚珠丝杠选型思路

（1）滚珠丝杠副有如下特点：①传动效率高②系统刚性好③传动精度高④使用寿命长⑤运动具有可逆性（既可将回转运动转变为直

线运动，又可将直线运动变为回转运动，且逆传动效率几乎与正传动效率相同⑥不会自锁⑦可进行预紧和调隙

（2） 常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：

①垫片调隙式（该形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，应

用广，但不准确，并且当滚道磨损时不能随意调整，除非更换垫圈）②螺纹调隙式（该形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，缺点是不很精确）③ 齿差调隙式（该形式调整精度很高，工作可靠，但是结构复杂，加工和装配工艺性能差），其调整时，先取下两端的内齿圈，使两螺母产生相对角位移，相对地产生轴向的相对位移，从而两螺母中的滚道中的滚珠分别贴在螺旋滚道的两个相反侧面上，然后将内齿圈复位固定，故而达到消除间隙，产生算紧的目的。调整间隙：S = 12

kp z z 在本设计中，我选用第①种间隙调整方式，垫片调隙式。并且

选内循环滚珠丝杠做为工作台的传动机构。

6、丝杠和电机连续零件的选取思路

滚珠丝杠与伺服电机连接方式有联轴器连接，皮带连接，齿轮连接。大部分是使用联轴器连接。

由于要求设计的工作台属于轻载型工作台，工作台上的负载折算到电机上的转动惯量不是很大，所以电机与丝杠的连接用联轴器就可以满足要求。这样大大简化了主轴的结构，缩短传动链，提高了传动精度。同时有效地提高了主轴部件的刚度。

7、支承座材料的选取

选铸铁作为支承座材料，铸铁材料廉价实用，性能优良，而且变形小。

8、轴承类型的选取思路

由于丝杠主要受轴向力的作用，为了保证其高速、高精度可靠性，丝杠固定端可以选用角接触球轴承。这样既保证了轴向载荷，又保证了径向载荷。

（二）、机械部分设计与计算

机械部分设计的内容包括：工作台及支承座的设计，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。

1.确认工作台的尺寸及重量

根据设计要求，工作台面积为2400500mm ?取工作台厚度为50mm, 工作台的材料为45号钢，其密度ρ为33/1085.7m kg ?（取g=9.8N/kg ） kg V m 5.7801.01085.73=??==ρ

2.支承座参数设计

根据工作台行程，确立支承座的长度。

X-Y 向行程为300mm ，故支承座的长宽高分别为800mm,600mm,40mm.故支承座的质量为

kg

V

m 7.1501085.71040600800391=?????==-ρ

估算X 向电机及导轨支承块kg m 302=

估算夹具质量为kg m 303=

Y 向电机及导轨支承块与X 方向相同

设所有移动件的质量为m 总

最大工件质量为kg m 6004=

故 m 总=43212m m m m m ++?++

kg 2.91960030607.1505.78=++++=

考虑到其他因素，再将m 总扩大到1000kg

3.滚珠丝杠的计算

基本动载荷：

()h m n n m F L n L L F k a C 60103

12=?='-

根据《现代机械零部件设计手册》6.1-24 先0.1=F K

m F 取最大惯性力的摩擦力N

F m 875= ()

N

L F K a L n m F h 9.6900146005606075.81061460085365331

2=???=?='=??=- 基本静载荷：N F F C d oa 17508752max =?=='

CDM32-5-1-93 取2=d F

根据动载荷选取丝杠内循环公称直径320=d ，4=h P 。

712'?=ψ，圈数?列数=2.5?1

oa

oa a a oa a C C C C C C ?'?'==,28950,8700 故符合强度要求。

压杆稳定性校核：5.120,16,201?==M d d

长度系数：5.0=μ

l 取500

4025.3132

5005.0441?=??==d l μλ 故不需要验算压杆稳定性

传动效率，查《现代机械零件设计手册》

()

()7596.00025

.0152tan 0025.0152tan 1152tan tan tan =+'??'?-'?='+ψψ

=

p y

4.切削力的计算

采用硬质合金钻头，工件材料为45号钢

（1）切削要素

今选择钻头直径mm d 500=，孔加工切削用量mm d a p 252/0==

（2）工件材料45号钢，热轧

钻孔直径50mm ，假设孔深l=200mm

①mm d v p 252/0==

进给量f=0.60~0.70,由于l/d=200/50=4，故允许进给量需乘以修正系数9.01=L k ，故f=0.54~0.63,取f=0.6mm/r

由8-71查得钻孔的切削速度s m v c /33.0=

主轴转速rpm s r d v n 1.126/1.2)50/(33.01000/100000==??==ππ

根据机床说明书，取n=2.27r/s=136.2rpm

实际切削速度s m n d v c /357.01000/27.2501000/0=??==ππ

②计算钻削力，扭矩及功率按

8-78列得 轴向力KN N k f d G F F Y X F F F 252536887.06.05085.8337.00≈=???==

5.导轨的计算和选型

滑块承受工作载荷max F 的计算及导轨型号的选取：工作载荷是影响直

线滚动导轨到使用寿命的重要因素。本设计的工作台为水平后置，采用双导轨四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则计算滑块所承受的最大垂直方向载荷为KN F a F 45.27254

8.941m ax =+=+= 考虑冲击情况，故取安全系s=2.5，冲击载荷为KN sG F 5.248.910005.22m ax =??==

考虑冲击及其他恶劣工况情况下：

查《机电液设计手册》表31-50

初选滚动导轨副的型号为GGB-AA 型

规格为KN C mm d a 2.47,352==

任务书规定工作台面积为500?400，加工范围300?300mm

考虑行程有一定余量，选取长度l=900m

直线滚动的导轨的外观图

6.电动机的校核计算

（1）计算电动机的步举角，设计其传动比i=1

?=??==72.04

008.01360360h i ρδ

θ （2）设计系统转动惯量

丝杠的转动惯量

244341104325.0032.0108.714.332m kg l

d j ??=????==-πρ mm l mm d m kg 500,32,/108.73==?=ρ

工作台、工件、夹具、支承座折算到电动机的转动惯量

2462

6221006.410100024102m kg m j ??=????

? ??=???? ??=---ππρ总 24211006.8m kg j j J ??=+=-总 （3）空载启动转矩

M N t V i J T J ?=???=?=-28.02

.0608.2004.021065.724m ax πρπ总 t ?为加速时间，设s t 2.0=?能达到最大速度，max V 为工作台快速进给

速度。

电动机当量摩擦转动惯量

031.0004.08.910008

.02004.02=???==ππηρμgu m i T 总