数控铣床工作台设计
立式数控铣床进给传动系统设计
课程设计任务书目录1.概述 (3)1.1技术要求 (3)1.2总体设计方案 (3)2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 (3)2.1主切削力及其切削分力计算 (3)2.2导轨摩擦力的计算 (4)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (4)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (5)3.工作台部件的装配图设计 (9)4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (9)4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 (9)4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 (9)4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 (10)5.计算机械传动系统的刚度 (10)5.1机械传动系统的刚度计算 (10)5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算 (11)6.驱动电动机的选型与计算 (11)6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。
(11)6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (12)6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 (13)6.4选择驱动电动机的型号 (14)7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (14)7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (14)7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号 (15)8. 课程设计总结 (15)9.参考文献 (15)1.概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。
机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。
切削状况如下：数控铣床的切削状况1.2总体设计方案为了满足以上技术要求，采取以下技术方案：（1）工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。
立式数控铣床工作台(X轴)进给传动系统的设计
设计题目：立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计摘要制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统技术是振兴制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。
而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
我国数控技术及产业尽管在改革开放后取得了显著的成就，开发出了具有自主知识产权的数控平台，即以PC为基础的总线式、模块化、开放型的单处理器平台，开发出了具有自主知识产权的基本系统，也研制成功了并联运动机床，但是我过的数控技术及产业与发达国家相比仍然有比较大的差距，其原因是多方面的，但是最重要的是数控人才匮乏。
关键词：数控技术AbstractManufacturing industry is the foundation of the national economy and national defense industry, advanced manufacturing technology is the revitalization of traditional technology is the revitalization of technical support and development trend of the manufacturing industry, is the main means to create social wealth, who master the advanced manufacturing technology, who will be able to occupy the market. Numerical control technology is the basic technology and common technology of advanced manufacturing technology, which has become one of the important signs to measure the level of a country's manufacturing industry.China's CNC technology and industry even after the reform and opening up has made remarkable achievements, the development of the NC platform with independent intellectual property rights, which is based on PC bus modular open type single processor platform, developed the basic system with independent intellectual property rights, also developed a parallel motion but I have the machine tool, numerical control technology and industry compared with the developed countries is still a relatively large gap, its reason is iKey words: numerical control technology目录第1章概述 (3)1.2 总体方案设计 (3)第二章设计计算 (3)2.1 主切削力及其切削分力计算 (3)2.2 导轨摩擦力的计算 (3)2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (3)第3章工作台部件的装配图设计 (3)第4章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (3)4.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (3)4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速c n的校验 (3)4.3. 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (3)第5章计算机械传动系统的刚度 (3)5.1 机械传动系统的刚度计算 (3)5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (3)第6章. 驱动电动机的选型与计算 (3)6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (3)6.2 计算折算到电机轴上的负载力矩 (3)6.3 计算坐标轴折算到电机轴上的各种所需的力矩 (3)6.4. 选择驱动电机的型号 (3)参考文献 (3)第1章概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总重量m=1500kg （所受的重力W=14700N ），其中，工作台的质量0m =510kg （所受的重力0W =5000N ）；工作台的最大行程p L =600mm ；工作台快速移动速度m ax V =15000mm/min ；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数u=0.15,静摩擦系数µ0=0.2；工作台的定位精度为30um ，重复定位精度为20um ；机床的工作寿命为20000h 。
数控回转工作台的原理和设计
数控回转工作台的原理和设计崔旭芳１周英２（１燕山大学继续教育学院，河北秦皇岛０６６００４；２海湾安全技术股份有限公司，河北秦皇岛０６６００４）摘要：数控回转工作台是五轴联动的基础，它能够实现回转轴与摆动轴的两坐标定位。
在三轴联动的数控铣床上增加数控回转工作台，并通过数控改造使之成为五轴数控铣床，是扩展机床使用功能的简捷方式。
详细分析和说明了双回转工作台的分类、结构、工作原理和设计过程。
设计中采用了先进的电主轴作为主轴系统的核心部件，使机械结构更加简单、控制部分相应简化，并可以方便地与ＣＡＤ／ＣＡＭ结合，为数控机床的改造提供依据。
关键词：数控回转工作台；结构；原理；设计中图分类号：ＴＵ５２２．０５文献标识码：Ａ文章编号：１００１－６９４５（２００８）０６－００２３－０５１引言近年来，随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要，对高档数控机床提出了急迫的大量需求。
机床制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。
即使是发达工业化国家，也无不高度重视。
机床是一个国家制造业水平的象征，代表机床制造业最高境界的则是五轴联动数控机床系统。
从某种意义上说，五轴联动数控机床系统反映了一个国家的工业发展水平状况。
２五轴联动机床简介及加工特点数控机床加工某些零件时，除需要有沿Ｘ、Ｙ、Ｚ三个坐标轴的直线进给运动之外，还需要有绕Ｘ、Ｙ、Ｚ三个坐标轴的圆周进给运动，分别称为Ａ、Ｂ、Ｃ轴。
五轴联动机床也称五坐标机床，它是在三个平动轴（沿Ｘ、Ｙ、Ｚ轴的直线运动）的基础上增加了两个转动轴（能实现绕Ｘ轴、Ｚ轴旋转运动，即Ａ轴和Ｃ轴），不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控，由此使五坐标加工工具有以下特点：ａ．可避免刀具干涉，加工普通三坐标机床难以加工的复杂零件，加工适应性广，如图１（ａ）所示。
图１五坐标加工的特点ｂ．对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型，加工质量好、效率高，如图１（ｂ）所示。
数控钻床二维工作台设计毕业设计
毕业设计（论文）数控钻床二维工作台设计姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）学生开题报告课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型摘要伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备，大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。
数控机床设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术”课程后应用的，它是培养我们能力的重要步骤。
本设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养我们初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
AbstractWith the industry machining the continuous improvement of product requirements and rapid development of NC technology, CNC machine tools with high precision, high efficiency and low labor intensity, and many other general machine tools can not match advantage, become the mainstream of manufacturing and processing equipment, Most of the production machine for the general machine tools, production equipment, outdated, Use this equipment out of the prevailing poor quality products, low precision, high cost, long lead and other issues, can no longer suited to today's enterprises face the need for competition. CNC Mechatronics curriculum design is an important teaching practice link, Xueshengxuewan technical courses and specialized courses Especially the "numerical control technology," the application of course, it is to train students to integrate theory with practice, solving practical problems important step. The course design is based on a typical mechatronic system design topics --- CNC program development as the main line, numerical control system design by developing the overall program, into the mechanical design of the servo system Composite applications enable students to have learned the mechanical, electronic and computer knowledge, to conduct a mechanical and electrical integration of all aspects of training, which students have the computing power and the preliminary design analysis and process of production capacity of the problems encountered .Keywords：general Milling NC mechanical parts servo system design transformation目录摘要 (i)Abstract (ii)绪论 (1)1 概述 (2)1.1 数控铣床工作台（X-Y）轴参数 (2)1.2 总体方案设计 (2)2 设计计算 (5)2.1计算切削分力及其额定功率 (5)2.2导轨摩擦力的计算 (6)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (6)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (6)2.4.1确定滚珠丝杠的导程 (6)2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 (6)2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率 (7)2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 (7)2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (8)2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 (8)2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力 (8)2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号 (9)3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10)3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (10)3.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 (10)3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验 (11)4 计算机械传动系统的刚度 (11)4.1机械传动系统的刚度计算 (11)4.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12)5 驱动电动机的选用与计算 (13)5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (13)5.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (13)5.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (14)5.4.选择驱动电动机的型号 (15)6 机械传动系统的动态分析 (16)6.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (16)6.2计算扭转振动系统的最低固有频率 (16)7 机械传动系统的误差计算与分析 (17)7.1.计算机械传动系统的反向死区 (17)7.2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (17)7.3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (17)8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (18)8.1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (18)8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (19)9 数控系统 (19)9.1 硬件设计 (19)9.2 步进电机开环伺服原理 (20)9.3 步进电机控制框图 (21)9.4 软件程序设计 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)绪论进入21世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭受到进入WTO后激烈的市场竞争的压力，从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。
立式数控铣床X-Y工作台
机电一体化课程设计立式数控铣床X-Y数控工作台机电系统设计姓名：***学号： **********班级：10机电<2>班学院：中国计量学院机电工程学院指导老师：张远辉、徐立军目录前言................................................................................................ 错误!未定义书签。
一、设计任务 (2)1.1课程设计时间 (2)1.2课程设计题目 (2)1.3课程设计任务 (2)1.4课程设计内容 (2)1.5课程设计要求 (2)二、总体方案的确定 (3)2.1机械传动部件的选择 (3)2.2控制系统的设计 (4)三、机械传动部件的计算与选型 (4)3.1导轨上移动部件的重量估计 (4)3.2铣削力的计算 (5)3.3导轨副计算和选型 (6)3.4滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (7)3.5步进电机减速箱的选用 (9)3.6步进电机的计算与选型 (9)3.7编码器（反馈电路）选型 (13)四、工作台机械装配图的绘制 (14)4.1可参考课本图6-23 XY数控工作台装配图 (14)五、工作台控制系统的设计 (14)5.1电源电路 (14)5.2存储器扩展电路 (15)5.3键盘电路 (17)5.4显示电路 (18)5.5传感器电路 (19)六、步进电机驱动电路设计 (20)6.1驱动电路 (20)6.2光电隔离 (20)七、程序设计 (21)7.1功能 (21)7.2框图 (22)7.3代码 (23)八、总结 (24)参考文献 (24)答辩记录 (25)前言X-Y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X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。
X-Y型数控铣床工作台的设计
优秀设计图书分类号：密级：毕业设计(论文)数控铣床X-Y工作台的设计THE DESIGN OF X-Y TABLE IN MILLING学生姓名学院名称专业名称指导教师20**年05月19日摘要X-Y数控工作台是是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台，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X-Y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X-Y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。
关键词X-Y数控工作台；伺服电动机；数控车床AbstractCNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.Keywords XY table servo system CNC machine tools目录1绪论 (1)1.1课题的选择背景 (1)1.2设计目的及意义 (1)1.3总体方案的设计 (2)2交流伺服电动机的选型 (4)2.1交流伺服电动机的选型 (3)2.1.1电机的选择依据 (4)2.1.2电机的负载力矩和惯量的计算 (5)2.2交流伺服电动机概述 (6)2.2.1选择伺服电动机 (7)3丝杠的选型 (7)3.1丝杠的介绍 (7)3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式 (8)3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点 (8)3.1.3滚珠丝杠副的典型结构形式 (8)3.1.4滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧 (9)3.1.5滚珠丝杠副的密封与润滑 (10)3.2丝杠螺母副的选择 (10)3.3丝杠的校核 (11)3.4滚珠丝杠支承的选择 (13)3.4.1支承方式的选择 (13)3.4.2轴承的选择 (13)3.5设计滚珠丝杠应注意的问题 (16)4联轴器的选型 (17)4.1联轴器的介绍 (17)4.2选择联轴器的类型 (18)4.2.1初选联轴器的类型 (18)4.2.2初选联轴器 (19)4.3联轴器的校核 (20)4.3.1转矩的校核 (20)4.3.2销的抗剪强度的校核 (21)5导轨的选型及计算 (21)5.1 导轨的组成种类及其应满足的要求 (21)5.2导轨材料的选择及热处理 (21)5.2.1导轨材料的选择 (21)5.2.3导轨的热处理 (22)5.3导轨的选型及长度估算 (22)5.4导轨副的额定寿命计算 (23)5.5滚动导轨副的技术要求 (25)5.6导轨防护罩的设计 (26)5.6.1导轨防护罩的介绍 (26)6.6.2导轨防护罩的选择 (26)5.7导轨的注意事项 (27)6机座的设计 (27)6.1机座的作用及基本要求 (27)6.2机座的设计 (28)6.2.1机座自身刚度 (28)6.2.2提高机座连接处的接触刚度 (28)6.3机座材料的选择 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录 ..................................................................................... 错误！未定义书签。
定梁式数控龙门铣床整体结构设计
科技风2019年1月科技创新DOI ：10.19392/j . cnki . 1671-7341.201902005定梁式数控龙门铣床整体结构设计徐梓童汪秣张普天吉林农业科技学院机械与土木工程学院吉林吉林132101摘要:根据国内与国外对于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合 实际的生产需要。
其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。
其运行是采用伺服电机然后 是滚珠丝杠进行传动。
总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。
并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的 方法对其进行了分析。
关键词：龙门铣床;数控;伺服电机；滚珠丝杠1机床的设计要求数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了 ：(1) 总体布局设计:各个部件的位置、各个部件的运动进行 分析、还有其整体的外观。
(2) 技术参数设计:各个部件的尺寸、刀具的转速和进给 量、电机的功率和所能承载的力。
(3) 结构优化设计:整个机床的刚度、运动特性、受热性 能等。
此机床符合国家的标准，其参数为:工作台的整体尺寸为: 3000x 1200mm ，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有 高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂 的零件。
2设计方案我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙 门铣床。
这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了(1)成本低，生产较为简单。
这种龙门铣床的整体的长度必须 比工作台行程的长度多两倍。
而移动式的龙门铣床的整体的 长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。
（2)这种机床 的动态响应好。
这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当 工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工 零件的精度和动态响应性。
我所采用的为西门子425的数控系统，因为这个数控系 统具有龙门轴的同步功能。
这一项功能能够让龙门框架的进 给轴（X 1，X 2)达到无机械偏差的位移的目的。
数控X-Y工作台设计精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版机电一体化课程设计说明书题目：X-Y数控工作台机电系统设计班级：11级机械2班姓名：xxq学号指导老师：日期：2014年6月30日X-Y 数控工作台机电系统设计任务书题目：X-Y 数控工作台机电系统设计设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台 设计要求：1、每6人一组数据，要求独立完成。
2、图纸要求：机械系统设计图纸2张（A 2），控制原理图一张（A 1）3、设计计算说明书1份（手写或电子版） 第八组主要参数：1. 立铣刀最大直径的d=12mm ；2. 立铣刀齿数Z=2;3. 最大铣削宽度e a =10mm;4. 最大背吃刀量p a =8mm;5. 加工材料为碳钢。
6. X 、Y 方向的脉冲当量x σ=0.01 mm/脉冲，y σ=0.005mm/脉冲;7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm;8. 工作台导轨长度为900mm ;9.工作台空载进给最快移动速度：v x =3000 mm/min ，v y =6000mm/min ; 10.工作台进给最快移动速度: min /800min,/400max max mm v mm v fy fx ==; 11.移动部件总重量为960N ； 12.丝杠有效行程为950mm ；目录1.引言： (5)2.设计任务 (5)3.总体方案的确定 (4)3.1 机械传动部件的选择 (4)3.1.1导轨副的选用3.1.2丝杠螺母副的选用3.1.3减速装置的选用3.1.4伺服电动机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计 (4)3.3 绘制总体方案图 (7)4.机械传动部件的计算与选型 (7)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (7)4.2 铣削力的计算 (7)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (8)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷m ax4.3.2 距离额定寿命L的计算4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)4.4.1 最大工作载荷Fm的计算4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算4.4.3 初选型号4.4.4 传动效率η的计算4.4.5 刚度的验算4.4.6 压杆稳定性校核4.5 步进电动机减速箱的选用 (10)4.6 步进电动机的计算与选型 (8)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用 (12)6. 绘制进给传动系统示意图 (12)7．工作台控制系统的设计 (12)8．步进电动机的驱动电源选用 (14)9.致谢 (15)参考文献 (15)1.引言：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。
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目录设计任务 (3)一.系统总体方案设计 (3)(一)机械系统 (3)(二)接口设计 (3)(三)伺服系统设计 (4)(四)控制系统设计 (4)二.机械系统的设计计算 (4)(一) 滚珠丝杠的选型与计算 (4)(二) 滚动直线导轨的选型与计算 (7)(三) 电机的选择 (8)(四)光电开关的选择 (10)(五)限位开关的选择 (10)三控制系统设计 (12)1.操作面板的布置图 (12)2.操作面板功能介绍 (12)3.控制系统原理框图 (15)5、光电开关和限位开关信号采集原理 (15)6、键盘、显示器接口电路分析 (15)四程序 (16)五参考文献 (19)设计任务: X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm平均切削力:1500N平均切削进给速度:600mm/min最高运动速度:6m/min定位精度:0.02mm工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一.系统总体方案设计由设计任务书知,本次设计可采用如下方案(一)机械系统1.传动机构采用滚珠丝杠副2.导向机构采用滚动直线导轨3.执行机构采用步进电机(二)接口设计1.人机接口(1)采用键盘作为输入(2)采用LED作为指示标志(3)采用数码管作为显示器2.机电接口采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离. (三)伺服系统设计 采用开环控制 (四)控制系统设计二.机械系统的设计计算(一)滚珠丝杠的选型与计算由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm, 工作寿命8250816000h L h =⨯⨯=,传动精度要求0.02mm σ=±设导程P=5 mm ,则max600120/min 560001200/min5m n r n r ====(1) 求计算载荷1.21.01.016001C F H A M F K K K K N ==⨯⨯⨯= 由条件,查《机电一体化系统设计》表2-6取F K =1.2, 查表2-6取H K =1.2, 表2-4取D 精度, 查表2-6取A K =1.0, (2)计算额定动载荷计算值Ca`由式(2-4)19209336Ca F N '===(3)根据Ca '选择滚珠丝杠副 假设选用FC1型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或稍大于Ca '的原则,查表2-9选以下型号规格 FC1-2505-2.5 Ca=9610公称直径025D mm = 导程5P m m = 螺旋角'338λ=︒ 滚珠直径0 3.175d mm =按表2-1中尺寸计算滚道半径 R=0..520d =0.52⨯3.175=1.651mm 偏心距0 3.1750.07()0.07(1.651)0.004422d e R mm =-=-= 丝杠内径10222520.00442 1.65121.71d D e R mm =+-=+⨯-⨯= (4)稳定性验算〈1〉由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷22()acr EI F l πμ= 其中 E=206Gpa L=0.3m 448410.02171 1.09106464a d I m ππ-===⨯取23μ= 则2985220610 1.0910 5.53102(0.3)3cr F N π-⨯⨯⨯==⨯⨯ 安全系数535.5310368.981.510cr m F S F ⨯===⨯查表2-10 [S]=2.5-3.3 S>[S] 丝杠是安全的,不会失稳〈2〉高速长丝杠工作时可能发生共振,因此需验算其不会发生共振的最高转速----临界转速cr n ,要求丝杠的最大转速max cr n n <221223.9270.02821991099108293328/min 2()(0.3)3c cr fd n r l μ===⨯max cr n n < 所以丝杠不会发生共振〈3〉此外滚珠丝杠副还受0D n 值的限制,通常要求40340710/min25120/min 310/min 710/minD n mm r D n mm r mm r mm r <⨯∙=⨯∙=⨯∙<⨯∙(5)刚度验算滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(N ∙m)共同作用下引起每个导程的变形量0()L m ∆为202CpF p TL EA GJ π∆=±±式中,A 为丝杠截面积,A=2211();4C d m J π为丝杠的极惯性矩, 4411();32C J d m π=G 为丝杠切变模量,对钢G=83.3GP a;T(N ∙m)为转矩. 0tan()2m DT F λρ=+式中, ρ为摩擦角,其正切函数值为摩擦系数; m F 为平均工作载荷.取摩擦系数为tan 0.0025ρ=,则得840ρ'''= 3'25150010tan(338840) 1.252T Nm Nm -'''=⨯︒+≈ 按最不利的情况取(F=m F )223322022492294114164515001016(510)1.259.84102 3.14206100.02171 3.1483.3100.02171C pF p T pF p T L m EA GJ Ed Gd μπππ--⨯⨯⨯⨯⨯∆=+=+=+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为2039.84100.3 5.9510L L l m m p μμ--∆⨯∆==≈⨯通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2,即110.020.011022L mm m σμ∆<=⨯==该丝杠的L ∆满足上式,所以其刚度可满足要求. (6)效率验算''tan tan3380.947tan()tan(338840)ληλρ︒==='''+︒+ η要求在90%---95%之间,所以该丝杠副合格.经上述计算验证,FC1-2505-2.5各项性能均符合题目要求,可选用. (二)滚动直线导轨的选型与计算 (1)Y 方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为8250816000h L h =⨯⨯=由3102S h s T T l n⨯= 得32160000.24602/1015361000s h s T T l n km km ⨯⨯⨯⨯=== 因滑座数M=4,所以每根导轨上使用2个滑座,由表2-15----2-18确定0.81112c h T W f f f f ====则由式2-9, 3()h r c S w f f f Ca T K f F=得h T cCa =17004254F F N M ∑=== X 方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为8250816000h L h =⨯⨯=由3102S h s T T l n⨯= 得32160000.34602/1023041000s h s T T l n km km ⨯⨯⨯⨯===因滑座数M=4,所以每根导轨上使用2个滑座,由表2-15----2-18确定0.81112c h T W f f f f ====则由式2-9, 3()h r c S w f f f Ca T K f F=得h T cCa =17004254F F N M ∑===3762.2Ca N ==选用汉江机床厂的HJG-D 系列滚动直线导轨,查表2-13,其中HJG-D26型号的导轨的Ca 值为17600,能满足八年的使用要求.(三)电机的选择 1. 电机类型选择在开环控制的中小型伺服系统中,可以采用步进电机。
减速器传动比计算1.5523603600.01p p i αδ⨯===⨯选各传动齿轮齿数分别为1z =20, 2z =40,模数m=2mm,齿宽b=20mm.。
大齿轮采用双圆柱薄片齿轮错齿调整。
强度强度检验略。
2. 电动机轴上总当量负载转动惯量计算 初选步进电机75BF001, m j =30.61710-⨯2kg m ∙3425217.8100.040.023.91032z j kg m kg m π-⨯⨯⨯⨯=∙≈⨯∙3424227.8100.080.026.31032z j kg m kg m π-⨯⨯⨯⨯=∙≈⨯∙将各传动惯量及工作台质量折算到电动机轴上，得总当量负载转动惯量。
2254242122110.005(3.910 6.310100) 2.12102422d z z p j j j m kg m kg m i i ππ---⎛⎫⎛⎫=++=⨯+⨯⨯+⨯∙≈⨯∙ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭惯量匹配验算432.12100.340.61710d m j j --⨯=≈⨯，满足要求。
4步进电机负载能力校验 步进电动机轴上得总惯量：34242(0.61710 2.1210)8.2910m d j j j kg m kg m ---=+=⨯+⨯∙=⨯∙空载启动时，电动机轴上得惯性转矩：4max 3222618.29108.330.005251060j w i T j jN m N m p t ππε--⨯===⨯⨯⨯⨯∙≈∙∆⨯ 电动机轴上得当量摩擦转矩：0.0051009.80.20.102220.820.8p p T F mg N m N miiμμμπηπηπη===⨯⨯⨯∙≈∙⨯⨯=总功率取为设滚动丝杠螺母副得预紧力为最大轴向载荷得13,则因预紧力而引起的、折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为220000.0052480(1)(10.9)0.078220.823p T F N m N m iηπηπ=-=⨯⨯-∙≈∙⨯⨯工作台上的最大轴向载荷折算到电动机轴上的负载转矩为max 0.0052480 1.23220.82w w p T F N m N m iπηπ==⨯∙≈∙⨯⨯于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为0(8.330.100.078)8.508q j T T T T N m N m μ=++=++∙=∙在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为0(1.230.100.078) 1.408l w T T T T N m N m μ=++=++∙=∙按表5-5查得空载启动时所需电动机最大静转矩为18.5089.820.8660.866q s T T ==≈ 按式5-39可求得在最大外载荷下工作时所需电动机最大静转矩为2 2.816~4.690.3~0.5ls T T N m =≈∙19.82,s s T T >=所取步进电机能正常启动（四）光电开关的选择产品简介E3R 型放大器内置型光电传感器，低成本，小型光电传感器，采用了耐药品、耐油性都很优秀的特氟龙（PFA ）能够民晶圆片洗净槽的硫酸等高温液体的检测相对应。