XY工作台设计示例1

机械部分改装设计计算示例1

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2190210mm ⨯，最大工件的重量为150kg 。因此我初定工作台的320230230mm ⨯⨯。工作台的材料为45号钢，其密度为337.810/kg m ⨯。（取kg N g /10=）因此： 1.1、工作台（X 向托板）

重量=体积×密度

93123023020107.8101090G N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈

1.2、取Y 向托板=X 向托板

N G 902=

1.3、上导轨座（连电机）重量

初步取导轨座的长mm 400，宽为mm 200，高为mm 30。因此

93340020030107.81010190G N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈

所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量 为：

N G G G G 370190290321=+⨯=++=动

根据要求所知，其最大加工工件为150kg ，因此：

150103701870G N =⨯+=总

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：

1

0.020.012

mm 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 mm =。

取步距角β为0.9度，所以 脉冲当量0.01360

Pi mm β

δ== 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c d H M F f f F = 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的,

H f -硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2

d f -载荷系数，取1.5 《数控机床系统设计》110P 表5-2 M F ：丝杠工作时的轴向阻力

根据：

0.0031870 5.6M Z F F N μ==⨯=

其中μ为0.003-0.004 因此： 1.51 5.68.4c F N =⨯⨯= 3.2、确定动载荷及其使用寿命

根据丝杠动载荷公式：H d eq C f F =

式中：C ：额定动载荷

d f ：动载荷系数，轻微冲击取1 H f ：硬度系数，HRC 58≥取1 eq F ：当量动载荷，N

'L ：寿命

根据：使用寿命使用寿命6300814400L h =⨯⨯= 所以'6660/106050014400/10432L nT h ==⨯⨯=

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/min m ，因此其计算为：

max 1000/10002/4500/min n V P r ==⨯=

所以：

=⨯⨯=

11 5.642.4

C N

3.3滚珠丝杠的选取

查/

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FF1204-3 ，其公称直径为12mm，公称导程为4mm，动静载荷分别为4KN和 6.7KN。滚珠直径

d=2.381mm,刚度208，外径

1d =11.3mm,丝杠底径2d =9.5mm,循环圈数3。

滚道半径0

1.04

2

d R ==1.238mm 《机电一体化技术基础及应用》27p 表2-4 偏心距2

00.707 3.36102d e R mm -⎛⎫=-

=⨯ ⎪⎝⎭

丝杠内径1022d D e R =+-=9.6mm (1) 稳定性计算 ()

a

cr EI F l πμ=

式中E=2.06a GP ()

4

34

1041

9.610 4.21064

64

a d

I m ππ--⨯⨯=

=

=⨯

μ-长度系数，两端用铰链时μ=1 l =0.3m

所以()()()2

910

32

3.1420610

4.17109.41010.3a cr EI F N l πμ-⨯⨯⨯⨯===⨯⨯ 因为

3

39.410 1.68105.6

cr M F F ⨯==⨯ 2.5~4 是安全的

(2) 刚度验算

按最不利情况考虑，螺纹螺距因受轴向力引起的弹性变形与受转矩引

起弹性变形方向是一致的。所以 21242

11

164s T S FS Gd Ed δππ=+ 式中 ()012M

D T F t g λρ=+ , 00

6.05P

tg D λπ== 《机电一体化技术》27P 0

10.0030.17tg f tg ρ-

-

===, ()3

3112105.60.17 6.05 3.67102

T tg N M --⨯=⨯

⨯+=⨯⋅ S=P=4mm, 1d =9.6mm,G=83.3a GP .

()()()6

2

3

32

36

142

242210311311316 3.6710410101644 5.6410103.148.33109.610 3.14 2.06109.6101.6410s T S FS m

Gd Ed m

δμππμ------⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯