贵州大学机电一体化课程设计汇本说明书最终版

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机电一体化设计说明书

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机电一体化课程设计说明书题目:食用菌打孔增氧机的优化设计专业:机械设计制造及其自动化姓名:孙章伟学号:090202431指导老师:荀杰完成日期 2012年 12月 4日目录第一章课程设计的目的 (4)第二章课程设计任务及设计参数 (5)2.1课程设计名称 (5)2.2设计任务 (5)2.3提交的设计文件 (5)2.4相关电器参数 (6)第三章系统总体设计方案的确定 (7)第四章三维实体造型图样 (8)4.1整体图 (8)4.2主视图 (8)4.3侧视图 (9)4.4局部图 (9)第五章电器控制部分的设计 (10)5.1原电器设备 (10)5.2改进后电器设备 (11)第六章执行部分的设计 (15)6.1针排架的设计 (15)6.2输送带的设计 (16)6.3设计计算 (18)第七章其他设备 (19)7.1涡轮减速机 (19)7.2普通V带 (19)7.3键 (19)7.4紧固连接件 (19)7.5滚子链 (20)7.6直线运动滚动支撑 (21)7.7滑动轴 (22)7.8轴承 (22)7.9轴承座 (23)7.10普通圆柱螺旋拉伸弹簧 (24)第八章总结 (24)第九章参考文献 (26)第一章课程设计的目的1)学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。

2)通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计、计算方法与选用原则。

齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。

3)通过对进给伺服系统的设计,掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式,学会选用典型的位移速度传感器;如交流、步进伺服进给系统,增量式旋转编码器,直线光栅等。

4)通过对控制系统的设计,掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路;如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等,以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。

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机电⼀体化系统设计说明书课程设计说明书课程设计名称:机电⼀体化系统设计专业班级:机械电⼦⼯程XXX 学⽣姓名: X X X 学号: 09143413 指导⽼师: XXX机电⼀体化系统设计摘要:本次系统设计是完成典型机电⼀体化装置,该装置有车体和电路两个模块,车体有三个轮⼦,车体宽度可调,⽤齿轮齿条传动⽅式来实现左右轮距的调节范围为200mm到250mm。

该⼩车能够以光控⽅式启动,从起点出发,并沿“L”形路线运⾏,最终停靠在指定的终点位置。

将⼩车整体车形设计成“凸”形,⽤直流继电器输出稳定电压来控制⼩车驱动电机转动,⽤时控复位开关来控制由555定时器够成的单稳态电路,输出⼀个1S低电平脉冲波来实现⼩车转弯。

转弯后⽤另⼀个时控复位开关,响应时间继电器(E模式),来实现⼩车车轮距从200mm变到250mm,从⽽完成设计任务。

关键词:齿轮齿条、车轮轴、光控、555定时器、直流继电器、时间继电器Abstract:The system design is complete typical electromechanical device, this device has a body and two module circuit, the hull has three wheels, car body width can be adjusted, with gear rack drive ways around the adjustment range between 200 mm to 250 mm. The car to start, from control way start, and the "L" type line operation, at the end of the final designated location. Will the car whole car shape design into "convex" form, with ordinary relay stable output voltage to control the car drive motor rotation and use control switch to control by 555 reset timers enough of a single state circuit, output a 1 S low level pulse wave to realize the turning of the car. After turning with another possession in reset switch, response time relay (E mode), to realize the car wheels from 200 mm changed from 250 to mm, thus completing design task.Keyword:Super-modulus gear, electric, car wheel, 555 timer, Dc relay, time relay⼀、课程设计的⽬的要求和简介设计⽬的:通过典型机电⼀体化装置的设计,进⼀步加深对机械电⼦专业知识和理论知识学习的认识和理解,使⾃⼰的设计⽔平和对所学知识的应⽤能⼒以及分析问题、解决问题的能⼒得到全⾯提⾼。

机电一体化课程设计说明书

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机电一体化课程设计说明书目录一、设计的目的 (1)二、设计任务 (1)三、总体方案的确定 (1)四、机械传动部件的计算与选型 (3)五、控制系统设计 (14)六、总结 (17)7 七、附录 (1)一、设计的目的课程设计是一个重要的时间性教学环节,要求学生综合的运用所学的理论知识,独立进行的设计训练,主要目的:1、通过设计,使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识,学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。

2、通过对机械系统的设计,掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式3培养学生独立分析问题和解决问题的能力,学习并树立“系统设计”的思想4锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力二、设计任务题目:X—Y数控工作台机电系统设计任务:设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台,主要参数如下: 1)立铣刀最大直径d=20mm;2)立铣刀齿数Z=4;3)最大铣削宽度; a,15mme4)最大背吃刀量; a,12mmp5)加工材料为碳素钢;6)X、Y方向的脉冲当量/脉冲; ,,,,0.005mmxy,0.01mm7)X、Y方向的定位精度均为;8)工作台尺寸230mmX230mm,加工范围为250mmX250;9)工作台空载最快移动速度; v,v,2000mm/minxy10)工作台进给最快移动速度; v,v,300mm/minxmaxfymaxf11)移动部件总重量为800N;12)每齿进给量 f,0.1mmz13)铣刀转速n=300r/min三、总体方案的确定1 机械传动部件的选择1.1导轨副的选用要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的,需要承受的载荷不大,但脉冲当量小、定位精度高,因此,决定选用直线滚动导轨副,它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

1.2丝杆螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动,要满足0.005mm的脉冲当量和的定位精度,滑动滑动丝,0.01mm 杆副无能为力,只有选用滚珠丝杆副才能达到。

《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书

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《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书一、课程设计的目的机电一体化系统设计是一门综合性很强的课程,通过本次课程设计,旨在让我们将所学的机电一体化相关知识进行综合运用,培养我们独立设计和解决实际问题的能力。

具体来说,课程设计的目的包括以下几个方面:1、加深对机电一体化系统概念的理解,掌握系统设计的基本方法和步骤。

2、熟悉机械、电子、控制等多个领域的知识在机电一体化系统中的融合与应用。

3、培养我们的工程实践能力,包括方案设计、图纸绘制、参数计算、器件选型等。

4、提高我们的创新思维和团队协作能力,为今后从事相关工作打下坚实的基础。

二、课程设计的任务和要求本次课程设计的任务是设计一个具有特定功能的机电一体化系统,具体要求如下:1、确定系统的功能和性能指标,包括运动方式、精度要求、速度范围等。

2、进行系统的总体方案设计,包括机械结构、驱动系统、控制系统等的选择和布局。

3、完成机械结构的详细设计,绘制装配图和零件图。

4、选择合适的驱动电机、传感器、控制器等器件,并进行参数计算和选型。

5、设计控制系统的硬件电路和软件程序,实现系统的控制功能。

6、对设计的系统进行性能分析和优化,确保满足设计要求。

三、系统方案设计1、功能需求分析经过对任务要求的仔细研究,确定本次设计的机电一体化系统为一个小型物料搬运机器人。

该机器人能够在规定的工作空间内自主移动,抓取和搬运一定重量的物料,并放置到指定位置。

2、总体方案设计(1)机械结构采用轮式移动平台,通过直流电机驱动轮子实现机器人的移动。

机械手臂采用关节式结构,由三个自由度组成,分别实现手臂的伸缩、升降和旋转,通过舵机进行驱动。

抓取机构采用气动夹爪,通过气缸控制夹爪的开合。

(2)驱动系统移动平台的驱动电机选择直流无刷电机,通过减速器与轮子连接,以提供足够的扭矩和速度。

机械手臂的关节驱动选择舵机,舵机具有控制精度高、响应速度快等优点。

抓取机构的气缸由气泵提供气源,通过电磁阀控制气缸的动作。

机电一体化课程设计说明书

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机电一体化课程设计班级:08级专二姓名:陈欣学号:1指导教师:杜辉日期:2010年12月24日机电一体化毕业课程设计题一、目的与要求机电专业课程设计是在学完了《机电一体化系统设计》课程之后进行的一个设计性和实践性教学环节。

通过本课程设计,使学生受到一次较为全面地综合运用所学课程知识进行机械系统及电气系统软、硬件设计的基本训练。

通过训练能够达到以下目的:1.能够正确运用数控技术、微机控制技术、机电一体化系统设计等课程的基本理论和有关知识,学会进行机电一体化系统设计时的方案分析、比较、拟订;掌握进行机电设备设计的设计步骤;掌握机电系统设计的设计方法。

2.通过对数控设备的机械部分设计,掌握数控设备工作原理、学会机械系统设计步骤、学会典型零件的设计计算方法或选型计算方法、提高结构分析能力和设计能力。

3.通过对数控设备控制系统硬件和软件的设计,掌握系统工作原理、熟悉数控系统硬件设计的基本方法、掌握元器件的选用原则、提高应用计算机进行电气原理图设计的能力、提高编制控制软件的能力。

4.通过课程设计,初步树立正确的设计思想,培养学生分析问题和解决问题的能力。

5.提高学生查阅手册、使用图表、应用标准以及编写技术文件资料的能力。

二、课程设计内容课程设计的内容一般是一个简单的数控装置或是对现有旧机床进行数控化改造的机械和电气系统的设计及其控制软件的设计。

1.数控装置总体方案的确定:(1)数控装置设计参数的确定或机床改造部分及现存设备总体情况的描述。

(2)总体方案的分析、比较、论证及最终确定。

2.机械系统设计:(1)机械脉冲当量确定。

(2)机械部分的总体尺寸及重量的估算。

(3)切削力计算。

(4)传动元件及导向元件的设计、计算和选用。

(5)步进电机选型计算。

(6)机械系统结构设计及部件装配图绘制。

3.微机数控系统设计:(1)微机数控系统总体控制方案设计(2)主芯片选型分析(3)存储器扩展电路设计(4)I/O接口电路及外接电路的设计(5)伺服控制电路设计(6)系统控制软件设计4. 课程设计说明书编制:(1)说明书是课程设计的总结性技术文件,应叙述整个设计的内容。

《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书模版

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3. PLC的控制原理和方法
PLC采用类似硬物理电路控制方式﹐只不过將控制部分集成﹐输入sensor和输出 控制通过专用接口进行。內部程序流程图反应到纸张上即为標准化的硬物理控制电路。
3.4
4
4.1
传感器的红外发射二极管不断发射红外线,当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时,光敏三极管一直处于关断状态,此时PLC模块的输出端为高电平;被检测物体出现在检测范围内时,红外线被反射回来且强度足够大,光敏三极管饱和,此时PLC模块的输出端为低电平,如同轻触开关被按下。
1.2
(1)按下启动按钮后,接通上输送带电动机(进料电动机)M3,上输送带运转,开始向斗秤进料。当斗秤中的原料达到设定重量,料位传感器S3动作, M3停止运行,停止进料,同时接通下输送带电动机(进料达到)M4(出料电动机)和开闸电动机M1,使下输送带运转,斗秤闸门打开,将料输出至下传送带。当闸门完全打开,闸门上限位传感器S1动作,切断M1,M1停止运行。
2.控制系统设计(20分),得分:
3.控制程序设计(20分),得分:
4.说明书格式(10分),得分:
小组得分:
小组成员得分:
1学号姓名得分
2学号姓名得分
3学号姓名得分
4学号姓名得分
课程设计成绩评定表
成果
形式
设计说明书
参考
文献
(1)刘跃华、吴德强.《PLC 课程设计指导书》,电子科技大学中山院
指导
教师
2013年 11月 18日
1
1.1
(1)培养学生综合运用所学知识进行分析和解决实际问题的能力;
(2)使学生受到PLC控制系统开发的综合训练,达到能够进行PLC控制系统设计和实施的目的;

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Part Seven
课程设计过程 中,对机电一 体化系统的理 解和掌握得到
了提升
提高了解决问 题的能力和团
队协作能力
学会了如何将 理论知识应用
于实际项目
对未来在机电 一体化领域的 发展有了更清 晰的认识和规

课程设计成果的优缺点分析
课程设计过程中存在的问题 和困难
改进方向:如何提高课程设 计的质量和效果
设计内容:包括机械、电子、控制、 软件等多个方面
设计时间:根据课程安排,一般在几 周内完成
设计工具:可以使用CAD、 SolidWorks等软件进行设计
设计限制:需要考虑成本、安全性、 环保等因素
设计成果:需要提交设计报告、图纸、 实物模型等
Part Three
机电一体化系 统由机械、电 子、控制、软 件等多个子系
展望未来:对课程设计的发 展趋势和前景的预测
机电一体化技术的发展趋势 课程设计的改进方向 学生能力的培养与提升 课程设计的实际应用与推广
汇报人:
能要求
机电一体化系统的组成和功能
机电一体化系统的控制策略和 算法
机电一体化系统的稳定性和可 靠性
机电一体化系统的安全性和环 保性
机电一体化系统设计:包括机械、电子、控制、软件等多个方面的设计 硬件设计:包括传感器、执行器、控制器等硬件设备的选择和设计 软件设计:包括控制算法、人机界面、通信协议等软件的设计和实现 系统集成:将硬件和软件集成为一个完整的机电一体化系统,并进行调试和优化
电源设计:选 择合适的电源 类型,如交流 电源、直流电
源等
安全保护装置 设计:设计安 全保护装置, 如过载保护、
短路保护等
选型原则:根 据系统需求选 择合适的电源 与安全保护装

机电一体化系统综合课程设计说明书

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课程设计内容: 包括机械设计、 电气控制、计算 机编程等方面
课程设计成果: 完成了一个具体 的机电一体化系 统设计
课程设计收获: 提高了实践能力, 加深了对机电一 体化系统的理解
机电一体化系统发展趋势与展望
网络化:机电一体化系统将 更加网络化,实现远程监控、 远程诊断等功能。
绿色化:机电一体化系统将 更加绿色化,实现节能减排、
软件设计:根据系统需求,设计出满足功能要求 的软件程序
设计原则:可靠性、实时性、可移植性、可维护 性等
设计方法:模块化设计、分层设计、面向对象设 计等
设计工具:C语言、C++、Java等编程语言,以 及相应的开发工具和调试工具
设计流程:需求分析、系统设计、详细设计、编 码实现、测方案设计
系统功能需求分析
机电一体化系统功能需求分析 系统功能需求分析的目的和意义 系统功能需求分析的方法和步骤 系统功能需求分析的结果和结论
系统总体结构方案
系统组成:硬件、软件、 网络、接口等
硬件结构:处理器、存储 器、输入输出设备等
软件结构:操作系统、应 用软件、数据库等
保护装置: 负责保护 系统在异 常情况下 的安全, 如过载保 护、短路 保护等
传感器和执行器选型与设计
传感器类 型:温度、 湿度、压 力、流量 等
传感器选 型原则: 精度、稳 定性、可 靠性、成 本等
执行器类 型:电动、 气动、液 压等
执行器选 型原则: 响应速度、 精度、稳 定性、成 本等
传感器和 执行器的 安装位置 和连接方 式
机械结构设计原则:满足功能要求、易于制造、便于维护 机械结构设计方法:采用模块化设计、标准化设计、优化设计等方法 机械结构设计内容:包括传动系统、执行机构、控制系统等 机械结构设计注意事项:考虑人机工程学、安全性、可靠性等因素

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第一章课题背景一、机电一体化在工程机械中应用机电一体化是当今自动化技术发展的最高阶段。

早期的自动化技术主要是借助凸轮、机械机构等实现的,这一时期的自动化实际上是机械自动化;随着电子技术的发展,凸轮、机械机构逐渐被继电器、接触器、电磁开关等机构所取代,实现了电气自动化,机械机构大大简化,自动化水平大为提高;机电一体化则是生产实践对自动化技术进一步发展的需要,也是微电子技术、计算机技术、信息技术、控制技术和精密机械技术等发展的必然产物,是以计算机为主要特征的自动化技术。

如果说机械系统处理的对象是运动、力、物质和能量,电子系统处理的对象是信息和知识,则机电一体化系统不仅有处理能量和物质的功能,而且还有处理信息和知识的能力。

机电一体化技术发展至今已成为一门有着自身体系的新型学科,其发展历程可分为4个阶段:①数控机床的问世是机电一体化发展的开始;②微电子技术为机电一体化带来勃勃生机;③可编程序控制器的发展为机电一体化提供了坚强基础;④激光技术、模糊技术、信息技术使机电一体化跃上新台阶【1】。

机电一体化技术的发展初期,人们的目的是利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能,那时研制和开发还处于萌芽状态,而且由于当时电子技术水平不高,机械技术与电子技术的结合还不广泛和深入。

其后计算机技术、控制技术、通信技术、大规模集成电路的发展,为机电一体化的发展奠定了技术和物质基础。

二、PLC的应用与发展而随着电子科技的发展及产业应用的需要,PLC的功能也日益强大,例如位置控制及网络功能等,输出输入信号也包含了DI (Digital Input)、AI (Analog Input)、PI (Pulse Input)及NI (Numerical Input),DO (Digital Output)、AO (Analog Output)、PO (Pulse Output)及NO (Numerical Output),因此PLC在未来的工业控制中,仍将扮演举足轻重的角色。

机电一体化系统综合课程设计说明书

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机电一体化系统综合课程设计说明书案场各岗位服务流程销售大厅服务岗:1、销售大厅服务岗岗位职责:1)为来访客户提供全程的休息区域及饮品;2)保持销售区域台面整洁;3)及时补足销售大厅物资,如糖果或杂志等;4)收集客户意见、建议及现场问题点;2、销售大厅服务岗工作及服务流程阶段工作及服务流程班前阶段1)自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域2)检查使用工具及销售大厅物资情况,异常情况及时登记并报告上级。

班中工作程序服务流程行为规范迎接指引递阅资料上饮品(糕点)添加茶水工作要求1)眼神关注客人,当客人距3米距离时,应主动跨出自己的位置迎宾,然后侯客迎询问客户送客户注意事项15度鞠躬微笑问候:“您好!欢迎光临!”2)在客人前方1-2米距离领位,指引请客人向休息区,在客人入座后问客人对座位是否满意:“您好!请问坐这儿可以吗?”得到同意后为客人拉椅入座“好的,请入座!”3)若客人无置业顾问陪同,可询问:请问您有专属的置业顾问吗?,为客人取阅项目资料,并礼貌的告知请客人稍等,置业顾问会很快过来介绍,同时请置业顾问关注该客人;4)问候的起始语应为“先生-小姐-女士早上好,这里是XX销售中心,这边请”5)问候时间段为8:30-11:30 早上好11:30-14:30 中午好 14:30-18:00下午好6)关注客人物品,如物品较多,则主动询问是否需要帮助(如拾到物品须两名人员在场方能打开,提示客人注意贵重物品);7)在满座位的情况下,须先向客人致歉,在请其到沙盘区进行观摩稍作等待;阶段工作及服务流程班中工作程序工作要求注意事项饮料(糕点服务)1)在所有饮料(糕点)服务中必须使用托盘;2)所有饮料服务均已“对不起,打扰一下,请问您需要什么饮品”为起始;3)服务方向:从客人的右面服务;4)当客人的饮料杯中只剩三分之一时,必须询问客人是否需要再添一杯,在二次服务中特别注意瓶口绝对不可以与客人使用的杯子接触;5)在客人再次需要饮料时必须更换杯子;下班程序1)检查使用的工具及销售案场物资情况,异常情况及时记录并报告上级领导;2)填写物资领用申请表并整理客户意见;3)参加班后总结会;4)积极配合销售人员的接待工作,如果下班时间已经到,必须待客人离开后下班;1.3.3.3吧台服务岗1.3.3.3.1吧台服务岗岗位职责1)为来访的客人提供全程的休息及饮品服务;2)保持吧台区域的整洁;3)饮品使用的器皿必须消毒;4)及时补充吧台物资;5)收集客户意见、建议及问题点;1.3.3.3.2吧台服务岗工作及流程阶段工作及服务流程班前阶段1)自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域2)检查使用工具及销售大厅物资情况,异常情况及时登记并报告上级。

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机电一体化课程设计班级:08级专二姓名:陈欣指导教师:杜辉日期:2010年12月24日机电一体化毕业课程设计题一、目的与要求机电专业课程设计是在学完了《机电一体化系统设计》课程之后进行的一个设计性和实践性教学环节。

通过本课程设计,使学生受到一次较为全面地综合运用所学课程知识进行机械系统及电气系统软、硬件设计的基本训练。

通过训练能够达到以下目的:1.能够正确运用数控技术、微机控制技术、机电一体化系统设计等课程的基本理论和有关知识,学会进行机电一体化系统设计时的方案分析、比较、拟订;掌握进行机电设备设计的设计步骤;掌握机电系统设计的设计方法。

2.通过对数控设备的机械部分设计,掌握数控设备工作原理、学会机械系统设计步骤、学会典型零件的设计计算方法或选型计算方法、提高结构分析能力和设计能力。

3.通过对数控设备控制系统硬件和软件的设计,掌握系统工作原理、熟悉数控系统硬件设计的基本方法、掌握元器件的选用原则、提高应用计算机进行电气原理图设计的能力、提高编制控制软件的能力。

4.通过课程设计,初步树立正确的设计思想,培养学生分析问题和解决问题的能力。

5.提高学生查阅手册、使用图表、应用标准以及编写技术文件资料的能力。

二、课程设计内容课程设计的内容一般是一个简单的数控装置或是对现有旧机床进行数控化改造的机械和电气系统的设计及其控制软件的设计。

1.数控装置总体方案的确定:(1)数控装置设计参数的确定或机床改造部分及现存设备总体情况的描述。

(2)总体方案的分析、比较、论证及最终确定。

2.机械系统设计:(1)机械脉冲当量确定。

(2)机械部分的总体尺寸及重量的估算。

(3)切削力计算。

(4)传动元件及导向元件的设计、计算和选用。

(5)步进电机选型计算。

(6)机械系统结构设计及部件装配图绘制。

3.微机数控系统设计:(1)微机数控系统总体控制方案设计(2)主芯片选型分析(3)存储器扩展电路设计(4)IO接口电路及外接电路的设计(5)伺服控制电路设计(6)系统控制软件设计4. 课程设计说明书编制:(1)说明书是课程设计的总结性技术文件,应叙述整个设计的内容。

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课程设计设计题目:ZK5125C型立式数控钻床工作台设计课程名称:机电一体化系统设计课程设计学院:机械工程专业:机械设计制造及其自动化:学号:年级:2013 任课教师:2016年12月10日大学本科课程设计诚信责任书本人重声明:本人所呈交的课程论文(设计),是在导师的指导下独立进行研究所完成。

课程论文(设计)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。

特此声明。

论文(设计)作者签名:日期:???型立式数控钻床工作台设计数据说明第一章总体方案的确定1.1机械传动部件的选择1.1.1导轨副的选用:要设计的X-Y 工作台是用来配套立式数控钻床使用,需要承重的载荷不大,无切削力(工作台移动中不作切削),设计数据所要求的脉冲当量较小、定位精度一般。

因此,决定选用直线滚动导轨副,它具有摩擦系数小,不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

1.1.2丝杠螺母副的选用:伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动,选择滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠螺母副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。

第二章 机械传动部件的计算与选型2.1导轨上移动部件的重量估算2.1.1 Y 方向导轨上移动部件的重量估算按照导轨上面的移动部件的重量进行估算。

包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等,工件的最大质量为800kg ,重量为7840N ,根据参考资料上的实例可以看出,工作台尺寸为230mm ×230mm 的除去工件重量的总重量大约为500N ,ZK5125C 型立式数控钻床工作台的尺寸为650mm ×300mm ,大约为实例的2倍,也就是除去工件重量的总重量大约为500N ×2=1000N ,所以总的重量为7840N+1000N ≈9000N ,估计重量为9000N 。

2.1.2 钻削力的计算设零件的加工方式为立式钻削,采用硬质合金立钻刀。

工件的材料为碳钢。

立钻时的钻削力计算公式为:F F f K f d C F yF zF =(2-1)式中:f F 为轴向力,单位为N ;F C 为轴向力系数;d 为钻头直径,单位为mm ;F z 为轴向力指数;f 为每钻进给量,单位为mm/r ;F y 为轴向力指数;F k 为修正系数。

600=F C ,mm d 50=,0.1=F Z ,r mm f /4.0=,7.0=F Y ,1=F K从而求得:NF f 5684125.0256007.01≈⨯⨯⨯=2.1.3直线滚动导轨副的计算与选型①滑块承受工作载荷m ax F 的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线导轨副使用寿命的重要因素。

本例中的X-Y 工作台为水平布置,采用双导轨、四滑块的支撑形式。

考虑最不利的情况,即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担,则单滑块所受的最大垂直载荷为:F GF +=4max (2-2)式中:m ax F 为最大工作载荷;G 为移动部件的重量;F 为外加载荷。

N G 9000=,N F F f 5684== 从而求得:kN N F 934.77934568449000max ≈=+=根据工作载荷kN F 5.18max =,初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG35型,其额定动载荷kN C a 5.32=,额定静载荷kN C a 2.470=。

任务书上规定工作台面的尺寸为650mm ×300mm ,X-Y 方向的加工围为700mm ×350mm ,考虑工作行程留有一定的余量,选取导轨的长度为:Y 方向为1080mm 。

②距离额定寿命L 的计算上述选取的KL 系列的JSA-LG35型导轨的滚到硬度为60HRC ,工作温度不超过100℃,每根导轨上配有两只滑块,精度等级为4级,工作温度较低,载荷不大。

50)(3max⨯⨯=F C f f f f f L a W R C T H (2-3) 式中:L 为距离额定寿命,单位为km ;a C 为额定动载荷,单位为kN ;H f 为硬度系数;F 为滑块上的工作载荷,单位为kN ;T f 为温度系数;C f 为接触系数;R f 为精度系数;W f 为载荷系数。

0.1=H f ,0.1=T f ,81.0=C f ,5.1=W f ,9.0=R f ,5.32=a C ,934.7max =F 。

从而求得:kmL 40050)934.75.325.19.081.00.10.1(3=⨯⨯⨯⨯⨯=大于期望值50km ,故距离额定寿命满足要求。

2.1.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型①最大工作载荷m F 的计算根据任务书所说工作台移动中不作切削,所以滚动丝杠在运动中只需要克服滚动导轨的摩擦力。

G F m μ=(2-4)式中:m F 为最大工作载荷;μ为滚动导轨的摩擦因数;G 为移动部件的总重量。

005.0=μ,N G 9000=从而求得:N F m 459000005.0=⨯= ②最大动载荷Q F 的计算设工作台的最快进给速度min /2000mm ,初选丝杠导程mm P h 5=,则此时丝杠转速hP vn =(2-5) 式中:n 为丝杠转速;v 为最快进给速度;h P 为丝杠导程。

从而求得:min /40052000r n ==。

601060nTL =(2-7) 式中:0L 为滚珠丝杠副的寿命;T 为使用寿命;n 为丝杠每分钟转速。

因为这个机床为数控机床,所以取h T 15000=,min /400r n =。

从而求得:36010150004006060=⨯⨯=L 。

m H W Q F f f L F 30=(2-8)式中:Q F 为最大动载荷;0L 为滚珠丝杠副的寿命;W f 为载荷系数;H f 为硬度系数;m F 为滚珠丝杠副的最大工作载荷。

3600=L ,2.1=W f ,0.1=H f ,N F m 45=从而求得:N F Q 384450.12.13603=⨯⨯⨯=③初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程,选择博特精密丝杠制造生产的G 系列的2005-3型滚珠丝杠副,为循环固定反向器但螺母式,其公称直径为20mm ,导程为5mm ,循环滚珠为3圈×1列,精度等级为5级,额定动载荷aC 为9309N ,大于QF ,满足要求。

④传动效率η的计算])(arctan[0d P hπλ=(2-9) 式中:0d 为公称直径,h P 为导程,λ为丝杠螺旋升角。

mm P h 5=,mm d 200=。

从而求得,3342014.35arctan'︒=⨯=λ。

)tan(tan ϕλλη+=(2-10)式中:η为传动效率;λ为丝杠螺旋升角;ϕ为摩擦角334'︒=λ,01'=ϕ从而求得,%4.96=η。

⑤刚度的验算⑴X-Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支撑均采用“单推—单推”的方式,丝杠的两端各采用一对推力角接触轴承,面对面组配,因为Y 方向的行程为350mm ,考虑到安装和工作行程应该有一定的余量,所以左、右支撑的中心距离约为450mm ;钢的弹性模量MPa E 5101.2⨯=;查表得,滚珠直径mm D w 175.3=,丝杠底径mm d 2.162=,丝杠截面积422d S π=(2-11)式中,S 为丝杠截面积;2d 为丝杠底径。

从而求得:3212.20642.1614.3mm S =⨯=。

丝杠在工作载荷m F 作用下产生的拉/压变形量ESaF m =1δ(2-12) 式中,1δ为变形量;m F 为工作载荷。

从而求得,mm 45110681.412.206101.245045-⨯=⨯⨯⨯=δ ⑵根据公式30-=wD d Z π(2-13)式中,0d 为丝杠的公称直径;w D 为滚珠直径;Z 为单圈滚珠数。

mm d 200=,mm D w 175.3=。

从而求得:173175.32014.3=-⨯=Z ;该型号丝杠为单螺母,滚珠的圈数×列数为3×1,代入公式:∑Z =Z×圈数×列数,得滚珠总数量∑Z =45个,丝杠预紧时,取轴向预紧力31mY F F =(2-14) 式中,1Y F 为轴向预紧力;m F 为工作载荷。

从而求得,N F Y 153451==。

求滚珠与螺纹滚道之间的接触变形,因为丝杠有预紧力32210/100013.0∑=Z F D F YT w mδ(2-15)式中,2δ为滚珠与螺纹滚道之间的接触变形;m F 为工作载荷;w D 为滚珠直径;∑Z 为滚珠总数量;YJ F 为预紧力。

从而求得:()mm 432210746.2104515175.310450013.0-⨯=⨯⨯⨯⨯=δ。

因为丝杠有预紧力,且为轴向力的1/3,所以实际变形量可减少一半,取mm 4210873.1-⨯=δ。

⑶将以上算出的1δ和2δ带入21δδδ+=∑,求得丝杠的总变形量(对应跨度为550mm )m μδ6554.010873.110681.444=⨯+⨯=--∑本任务中,在Y 方向,丝杠的有效行程为350mm ,由表中可知,5级精度滚珠丝杠有效行程在315mm —400mm 时,行程偏差允许达到25m μ,可见丝杠刚度足够。

⑥压杆稳定性校核22Ka EIf F k k π=(2-16)式中,k F 为临界载荷;k f 为丝杠支撑系数;K 为压杆稳定安全系数;a 为滚珠丝杠两端支撑间的距离;I 为界面惯性矩。

1=k f ,3=K ,mm a 450=,444217.3379642.1614.364mm d I =⨯==π,5101.2⨯=E 。

从而求得,N F k 1152450317.3379101.214.314.3125=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=,远远大于,N F m 55=,故丝杠不会失稳。

综上所述,初选的滚珠丝杠副满足使用要求。

2.1.5步进电动机减速箱的选用首先假设传动比为1,因为这样能够简化结构,增加可靠性,提高传动效率。

δα360hP i =(2-17) 式中,i 为传动比;α为初选电机的步距角;h P 为滚珠丝杠的导程;δ为脉冲当量。

假设让1=i ,从而求α步距角的值。

01.036051⨯⨯=α解出了:︒=72.0α。

2.1.6步进电动机的计算与选型 ①总转动惯量总J 的求解总J 主要包括电动机转子的转动惯量,减速装置,滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量。

因为传动比为1,所以没有减速装置,即移动部件丝杠转子总J J J J ++= ⑴丝杠J 的求解:2344022555.0321085.745214.33222cm kg l d r v mr J •=⨯⨯⨯⨯==⨯==-ρπρ丝杠式中,0d 为丝杠的公称直径;l 为丝杠的长度;ρ为密度。

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