X-Y双坐标联动数控工作台课程设计说明书

目录

1.课程设计目的 (1)

2.课程设计任务 (1)

2.1设计题目： (1)

2.2技术数据 (1)

2.3技术要求 (1)

3.总体结构设计 (1)

3.1滚珠丝杠设计 (2)

3.2滚珠丝杠副的选取 (3)

3.3稳定性运算 (4)

3.4压杆稳定性计算 (5)

4.滚动导轨 (6)

4.1计算行程长度寿命 Ts (6)

4.2计算动载荷

C (6)

j

5. 步进电机的选择 (8)

5.1步距角的确定 (9)

5.2步进电机转矩校核 (10)

5.3频率校核 (12)

6.总结 (12)

7.参考文献 (13)

1.课程设计目的

本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上,进行机电系统设计的初等训练,掌握手册、标准、规范等资料的使用方法,培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.

2.课程设计任务

2.1设计题目：

X-Y双坐标联动数控工作台设计

2.2技术数据

工作台长×宽（mm）：450×310

工作台重量(N)：3300

行程(mm)：ΔX=60－100；ΔY=50－100

脉冲当量：0.05-0.08mm/p

2.3技术要求

（1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构

（2）滚珠丝杠支撑方式：双锥-简支型

（3）驱动电机为反应式步进电机

（4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙

3.总体结构设计

数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:

实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X向导轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动.X、Y导轨方向互相垂直。.

3.1滚珠丝杠设计

滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。

3.1.1计算动载荷

C

j

=4.481X1.4X1.1X4950

=34161.75N

K=1.4 ( 见表1)

式中: 载荷系数—

F

K=1.1 (见表2)

硬度系数—

H

F=1.5 3300=4950 N

轴向工作载荷--

a

10=90h

额定寿命L=（60·n·T）/ 6

丝杠转速—n=100r/min (r/min)

使用寿命—T=15000h 见表3

表1 表2

载荷性质

F

K

平稳或轻度冲

击

1～1.2

轻度冲击 1.2～1.5

较大冲击、振动 1.5～2.5

类别普通机械普通机床数控、精密机械T(h) 5000～10000 10000 15000

3.2滚珠丝杠副的选取

3.2.1计算载荷

m

C F H A

F K K K F

=⨯⨯⨯

查《机电一体化设计基础》表2-6取， 1.3

F

K=

查表2-7 取 1.0

H

K=

查表2-4 取D级精度

查表2-8 取 1.0

A

K=

取平均工作载荷Fm=4950N

Fc=1.3x1x1x4950=6435N

3.2.2 计算额定动载荷计算值Ca

n=100r/min

使用寿命

h

L=15000h

实际硬度

HRC H

K

≥55 1.1

≥50 1.56

≥45 2 .4

≥40 3.85

=6435X898.2

=5779940.12N

3.2.3根据Ca 选择滚珠丝杠副

根据《机电一体化设计基础》表2-9汉江机床TC1型滚珠丝杠，若选取FC1型无密封圈滚珠丝杠，滚珠丝杠副额定动载荷C ’a 等于或者大于Ca 的原则，选用FC1-4006-2.5，Ca=16083N 的丝杠副数据：

公称直径：040mm D =

导程：P=6mm

螺旋角：'244λ︒=

滚珠直径：0d 3.969mm =

根据《机电一体化设计基础》表2-1公式得

螺纹滚道半径：0R=0.52d 0.52 3.969 2.06mm ⨯=⨯= 偏心距：()0e 0.7070.707 2.06 3.96920.0532d R ⎛⎫=⨯-=⨯-= ⎪⎝⎭

丝杠内径：10d 224020.0532 2.0635.99D e R =+-=+⨯-⨯=mm

3.2.4滚珠丝杠副校核

滚珠丝杠副还要受0n D ⨯的值的限制，通常要求40n<710/min D mmr ⨯⨯ 40401004000/min 710/min D n mmr mmr ⨯=⨯=<⨯

所以 丝杠副工作稳定

3.3稳定性运算

3.3.1.计算临界转速 K n

2

12)(9910l d f n c K μ⋅= （r/min ） 式中 临界转速系数—fc=3.93 见表4

长度系数— u=0.67 见表4

d1—丝杠内径 (mm)

L —丝杠工作长度 (mm)