钻床改装用数控XY工作台设计 2

广西工学院机械工程系

《机电一体化系统设计》

课程设计说明书

设计题目：钻床改装用数控XY工作台设计（190*210mm2）(C) 班级：机电091班

姓名：谢佳泽

指导教师：梁蔓安

教研室主任：

设计要求：

设计要求包含以下几个部分：

1、数控XY工作台机械部分的设计计算

2、数控XY工作台机械部分装配图设计（A1）

3、基于运动控制卡的控制系统硬件系统设计图（附在说明书中）

4、编写设计说明书（不少于18页）

广西工学院

机电一体化教研室

2012-12-28

《机电一体化系统设计》课程设计指导一、设计目的

通过本次设计，使学生全面地、系统地了解和掌握机电一体化技术的基本内容和基本知识，初步掌握机电一体化系统设计方法，并能学会运用手册、标准等技术资料。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。

二、设计内容

题目：钻床改装用数控XY工作台设计

1、设计一套简易数控XY工作台，固定在某个钻床的工作台

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。

2、设计要求：

改造后的钻床能够加工的最大面积为：A*B mm2的工件，最大

工件重量：150kg.数控XY工作台要求孔的定位精度在

+/-0.02mm内，工作台快进速度为2m/min,加减速时间为0.2秒。

总体方案的确定:

（1）运动方式：由于是将原普通钻床的基础上设计一数控XY工作台，所以设计改造后的机床的运动方式是点位控制。（2）传动方式：要求采用步进电机控制XY工作台的位置，因此可以采用滚珠丝杠螺母副的传动方式，用联轴器连接步进电机和滚珠丝杠实现传动。（3）伺服电机的选择要求改造成简易的经济型数控钻床，因此采用开环

伺服系统控制，其结构简单，易于调整与维修，且能保证一定精度。（4）丝杠、导轨、伺服电机的计算选型。

三、机械部分改装设计计算

1、初步确定工作台的尺寸及其重量

根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为2

⨯，最

5000mm

2500

大工件的重量为150kg。因此我初定工作台的3

⨯

⨯。工作台

230

20

230mm

的材料为45号钢，其密度为33

7.810/

⨯。（取kg

kg m

10

=）因此：

g/

N

1.1、工作台（X向托板）

重量=体积×密度

G1=7.8X10³X0.23X0.23X0.02X10=83N

1.2、取Y向托板=X向托板

2=

N

G83

1.3、上导轨座（连电机）重量

初步取导轨座的长mm

400，宽为mm

25。因此

150，高为mm

G3=(0.4X0.15X0.04-0.38X0.08X0.015)X7.8X10³X10=152N

所以根据上面所求，得XY工作台运动部分的总重量

为：

+

⨯

1=

2

=

动

3

+

+

=

152

G

X

N

83

G

G

2

2

G470

根据要求所知，其最大加工工件为150kg，其它部件电机、丝杠副联轴器等总约40N，因此：

G总=470+1500+40=2010N

2、传动系统设计

2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2，由于定位精度在mm 02.0±内，因此：

10.020.012

m m

δ=

⨯=，

2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为1=i ,取丝杠的导程为4P m m =。取步距角β为0.9度，所以 脉冲当量0.01360

Pi m m βδ==

3、滚珠丝杠的设计计算及选择 3.1求丝杠的静载荷c F

已知其计算公式Fc=Kf.KhKlFm 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的Kh-硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2 Kf 载荷系数，取1.1 《数控机床系统设计》110P 表5-2

Kl 短行程系数，取1.1.

M

F ：丝杠工作时的轴向阻力

根据：

Fm=μFz=0.0025X2010=5.02

其中μ为0.0025-0.004 因此： Fc=1.1X1.1X1.0X5.02=5.5 3.2、确定动载荷及其使用寿命 根据丝杠动载荷公式：C ：额定动载荷Fc

l n C ⨯⨯÷⨯=1000067.1

'

L

：寿命

根据：使用寿命使用寿命L=8X300X12=28800h

式中的n 丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为

2/m in

m ，因此其计算为：

max 1000/10002/4500/m in

n V P r ==⨯=

所以：N

C

5.1615.51000067.128800500=⨯÷÷⨯=

3.3滚珠丝杠的选取 /

根据动载荷及动载荷和公称导程值的核对，最后选取的滚珠丝杠的型号为SFU1204-3 ，其公称直径为12mm ，公称导程为4mm ，动静载