数控机床工作台设计

目录

一、前言 (3)

二、总体方案的确定 (5)

1、设计参数 (5)

2、初选步进电动机和丝杠 (5)

3、选定工作台尺寸 (6)

4、系统组成框图 (7)

三、机械部分的设计 (8)

1、传动系统等效转动惯量的计算 (8)

2、工作载荷分析与计算 (8)

3、进给工作台工作载荷计算 (9)

4、滚珠丝杠螺母副的选型与校核 (9)

5、导轨的选型和计算 (13)

6、驱动电动机的选用 (13)

四、数控系统的设计 (17)

1、硬件设计 (17)

2、步进电动机开环伺服原理 (18)

3、步进电动机的控制框图 (19)

4、软件程序设计 (20)

五、心得体会 (23)

六、参考书目 (23)

课程设计III 任务书

要求：该工作台可安装在钻、铣床上用于钻孔或铣削加工。设计参数如下：Y方向的脉冲当量为：0.005㎜/STEP；最大钻孔直径10㎜，铣刀直径的D=20;

齿数为4；加工材料为碳钢；

工作台行程范围是：500㎜X450㎜,；最大快速移动速度为：3M/MIN, 具体任务：

1、确定总方案，绘制系统组成图一张（A3）

2、机械部分设计计算，选择适当的元器件；

3、画出X-Y工作台外形图和Y向机械部分装配图一张(A0)

4、设计控制系统硬件电路,画出控制系统硬件电路图一张（A1）

5、编写设计说明书1分，（不少于8000）

前言

设计目的

数控机床课程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“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程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，从而培养学生具有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。

设计要求

课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。

课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。

说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形

分配器等）的说明。

该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：

1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。

2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。

3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。

4.学会使用手册及图表资料。

1.总体方案的确定

1.1设计参数

Y 方向脉冲当量为：=

p

δ

0.005mm/step ，其它设计参数如下表。

工作台草图

1.2初选步进电动机和丝杠

当传动比i=2时，由于本机构结构简单，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，无需用减速装置，这样有利于简化结构，提高精度。由 i=

p

b L δ

θ360

(公式2-1) 错误！

未找到引用源。

，θb 为步进电机步距角Lo 为滚珠丝杠导程、p

δ为系统脉冲当量。

选电动机型号为55BF009，其步矩角b θ= ︒9.0

选丝杠规格为2004-3(FYND) 其导程为4mm,滚珠直径为2.381，丝杠底径：16.2， 丝杠外径为19.3，循环列数为3*2，额定载荷C a =5243，C oa =11506.

由传动比公式p

b L i δ

θ⨯⨯=

3600

得

2

005

.036049.0=⨯⨯=

i

故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。

预选由广州菱科自动化设备有限公司生产的LK13系列刚性联轴器。

1.3初定工作台尺寸

查《机电一体化设计手册》，根据(GB/T 158-1996)选工作台T 型槽尺寸如下：

深度H=15mm 槽低宽度B ＝12mm 槽宽A ＝6mm C ＝6mm 槽数＝5，间隔＝40mm

；

由工作台加工范围500*450选工作台尺寸

600

1.4系统组成框图 8

2.机械部分的设计

2.1传动系统等效转动惯量计算

2.1.1机转子转动惯量查《指导书》表面2-18得2

0701.0cm

kg J D ⋅=

2.1.2丝杠的转动惯量由《指导书》公式2-3有2

3

4

10

78.0cm

kg L D J

S

⋅⨯⨯=-得

2

3

4

424.010

340278.0cm

kg J S ⋅=⨯⨯⨯=-