机电一体化系统设计报告

主轴端面到工作台的最大距离
主轴端面到底座工作台面的最大距离
三、实体建模
3.1
根据已知数据和求出的数据用solidworks建模如图3-1。基于机构图解法和解析法的设计思路，设计出了纵横两个方向不同的传动方式，此机械运动示意图，反映了机械从原动件到执行机构之间的运动转换功能及分功能解的定性描述，不能定量地确定出执行机构的运动参数，因为必须对机构进行尺度综合。此图形象直观地展示了龙门式数控钻床的各个执行机构以及动力传动机构的运动形式，清晰地表达出了机床的工作路线和工作原理。
初取
由《数控机床设计实践指南》[7]表F-9（P154）可以查得：
110BF003型步进电动机。相数为三相，最大静转矩7.84N.m，最大启动频率1500Hz,最大运行频率7000Hz。步距角 。外形尺寸：外径 ，长度
轴径 ，质量 。
5.3.2直线电机的选择
根据最大推力和持续推力选择电机，安全系数为20-30%以便将摩擦力和外界应力消除。选择外部驱动式电机，43000系列，1.8度，固定轴式，每步移动0.00096英寸5VDC 出轴长度290mm（256mm）配丝母。
关键词
数控钻床 导轨 工作台 滚珠丝杠
1.2方案论证1
1.3数控系统总体方案确定2
二、结构设计2
2.1主机部分总体方案确定2
2.1.1床身2
2.1.2工作台2
2.1.3主要参数2
三、实体建模3、4
3.1 Solidworks三维建模4
四、滚珠丝杠设计计算4
4.1动载强度计算4
4.2滚珠丝杠轴向负荷F的计算5
1.2
数控钻床按其布局形式及功能特点可分为数控立式钻床、钻削中心、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。
数控立式钻床是在普通立式钻床的基础上发展起来的，可以完成钻，扩，铰，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中小批量生产。它一般带有两坐标数控十字型工作台，被加工零件装夹在工作台上可进行两坐标移动，其控制系统一般是点位控制系统。属于经济型数控，价格便宜。
查书《数控机床设计实践指南》[7]表F-8可得：取公称直径
滚珠丝杠螺母副的型号为：FF3204-3；
其基本额定动负荷为96000N，足够用。
4.4滚珠丝杠副的几何参数
公称直径
螺距
螺旋升角
滚珠直径
滚道半径
偏心距
丝杠外径
丝杠内径
螺母配合外径
螺母装配总长度
4.5传动效率计算
式中， 为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。
对于轴承1
对于轴承2
由于载荷平稳，查《机械设计》[12]表9-8， ，取 则
由于 按 计算轴承应具有的额定动载荷
根据公式（9-5）
由于机床在一般工作条件下工作，取 ， 则
它比所选轴承的额定动载荷 小。
因此所选轴承强度满足。其余也可以按上述方法进行校核。
5.2等效力矩计算
由公式：
式中： 为转动件所受力矩（Nm）
, 转动件的速度
为移动件所受力（N）
移动件的速度
转动件所受力矩为蜗杆磨擦力距，润滑良好可忽略。
移动件所受力，无切削力，可忽略。
故工作台旋转所克服的转矩很小，但考虑到工件较大，故取电机转矩 。
5.3电机的选择
5.3.1步进电机的选择
步进电动机每走一步的步距角 ，按理论设计是圆周 的等分值。但是实际的步距角与理论值有误差。在数控机床中常见的反应式步进电动机的步距角一般为 。步距角越小，数控机床的控制精度越高。但是，必须保证步进电动机的输出转矩大于负载所需要的转矩。通常 。其中 为步进电动机最大静态转矩， 为负载转矩。
设计小结9
致谢9
参考文献10
一
1.1
1.1.1国内数控机床现状
近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。
1.1.2国外数控机床现状况
2.1.2工作台
工作台是数控机床的重要部件，其形式尺寸往往表现机床的规格和性能。工作台有矩形，回转形式，以及倾斜成各种角度的万能工作台等三种。由于该机床是加工大型盘形零件。故采用回转工作台。并采用开环控制。其定们精度由控制系统决定。
2.1.3主要参数
工件为 的盘形零件
钻孔大小为
工件高度为
查表：最大钻孔直径 确定主轴圆锥孔莫氏号数为4
3.6刚度检验
滚珠丝杠受工作负载 引起的导程L的变化量
P=100N；L=0.45cm;
E= (材料为钢)
所以
丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程总误差为：
查标志B级精度的丝杠允许误差为50
故刚度足够。
五
5.1轴承的选择与校核
由上面滚珠丝杠的设计中可知，轴承处的轴颈 ，转速 ，两支承的径向载荷 ， 。轴向外载荷 （《切削用量简明手册》[10]表2-19查得）
致
通过本学期的课程设计，我学到了很多，机构的选择，电机的选型，轴承的选型，滚珠丝杠的选型与计算校核，三维实体建模等，从这些工作中我学会了机械设计最基础的东西。总之这次课程设计让我这学期非常有意义，虽然这期间有过很多困难，但是经过不懈努力，终于解决了困难，完成了设计。尤其是在学习solidworks和软件中，遇到了很多困难，但都通过查阅资料和请教同学得到了解决，是使我熟练掌握了计算机辅助设计和分析软件，为以后的工作打下了良好的基础。通过此次课程设计，重新认识了机械设计行业的基础知识，也进一步巩固了自己所学的知识，为以后的毕业设计打好了基础。在这里，不但要感谢同学的帮助，更要感谢老师多次认真的课堂讲解和课后答疑，最后，希望此次课程设计能够取得取得完美的肯定。
图3-1 solidworks建模
四
4.1动载强度计算
额定动负荷 是指当一批规格相同的滚珠丝杠螺母副，在一负荷力的测试运转下，能通过 运动，而有 不产生疲劳损伤时所能承受的最大轴向载荷。
当 时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载荷强度计算，其计算动载荷 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动负荷，有公式：
二
2.1
2.1.1床身
采用龙门式结构。由两立柱，顶梁，横梁，工作台，主轴箱等组成。其钻孔的位置定们分别由主轴箱沿横梁的横向移动和工作台的转动来实现。横梁可沿两个立柱的导轨上下调整位置，以适应不同高度的加式需要。这种布局形式由两个立柱，顶梁和床身构成龙门框架式结构，主轴中心线的悬身距离也很小，所以刚度较高，可提高加工精度。
1.3.2伺服系统的选择
开环控制系统没有检测反馈部件，不能纠正系统的传动误差。但其结构简单，调整维修方便，在速度和精度要求不太高的场合广泛应用。
闭环控制系统在机床移动部件上装有检测反馈元件来检测实际位移，能补偿系统的传动误差，伺服控制精度高，调试复杂，系统造价高。
由于该机床是加工敢距精度有要求但不太高的零件，采用开环控制系统。精度要求满足，结构简单，调整维修容易，可降低机床造价。并采用步进电机作为伺服电机。
4.2.1摩擦力的计算5
4.2.2惯性力计算5
4.2.3丝杠螺母长度估算5
4.2.4确定最大动载荷5
4.3确定滚珠丝杠型号6
4.4滚珠丝杠副的几何参数6
4.5传动效率计算6
五、机械部分设计计算7
5.1轴承的选择与校核7
5.2等效力矩计算8
5.3电机的选择8
5.3.1步进电机的选择8
5.3.2直线电机的选择8
机电一体化系统设计课程设计
(说明书)
龙门式数控钻床机械结构设计
学 院
专 业
学生姓名
学 号
指导教师
完成日期
《龙门式数控钻床机械结构设计分析与综合》
摘 要
近些年来，国内外机床工业的发展十分迅速，以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中，经常会碰到一些大型回转体类零件，其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏，而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题，设计一台龙门式数控钻床，专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。
4.2
4.2.1摩擦力的计算
初估算主轴箱重量为1000N， 知；
4.2.2惯性力计算
有公式：
显然惯性力很小，可忽略，所以。轴向负荷
4.2.3丝杠螺母长度估算
由公式：
查表得，使用推荐寿命
，
初选丝杠螺距 由此可以算出丝杠转速：
所以：
4.2.4确定最大动负荷：
式中， 滚珠丝杠轴向负荷；
负荷性质系数；查《数控机床机器人机械系统设计指导》[6]中表4-2得
设计小结
这次的设计题目是龙门式数控钻床机械结构设计，设计的内容主要包括工作台的设计、机械部分的设计、滚珠丝杠的设计。
工作台的设计包括工作台电机的选择、直线电机的选型、工作台的滚珠丝杠选择与计算、工作台的导轨设计计算。工作台的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。本次设计采用的是数控回转工作台，此工作台采用了液压装置，能够实现自锁等一些功能。
=1.2
温度系数；同上书中在表4-3中可得： =1;
硬度系数；同上书中表4-4中得到： =1;
精度系数；同上书中表4-5中得到： =1;
可靠性系数；同上在表4-6中可得： =1；
将查得数值： =1.2; =1; =1; =1; =1;代入公式得：
4.3确定滚珠丝杠型号
额定动负荷应满足的条件为：
额定动负荷 最大动负荷
试选角接触球轴承7211AC，查《机械设计课程设计手册》可知： ， 。
对于70000AC型轴承，按《机械设计》[12]表9-9，轴承内部轴向力 ，并由表9-7可知判断系数 。