二坐标数控工作台课程设计说明书-

宁波大学机械学院

机械设计制造及其自动化专业

机电模块课程设计

2015年3月

目录

一.机电专业课程设计目的 (2)

二.机电专业课程设计的任务和要求 (2)

三.X轴方案及参数计算 (2)

1.方案拟定 (2)

2.X轴步进电机参数确定及选择 (2)

3.X轴圆柱斜齿轮传动设计 (3)

四. X轴机械结构总体设计计算 (6)

1. X轴滚珠丝杠设计计算 (6)

2. X轴滚动导轨设计计算 (6)

五.Y轴方案及参数计算 (7)

1.Y轴步进电机参数确定及选择 (7)

2.Y轴联轴器选择 (9)

六. Y轴机械结构总体设计计算 (10)

1. Y轴滚珠丝杠设计计算 (10)

2. Y轴滚动导轨设计计算 (11)

七.绘制装配图 (12)

八.设计总结与分析 (12)

九.致谢 (13)

十.参考文献 (13)

1.机电专业课程设计目的

本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6）绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。

2.机电专业课程设计的任务和要求

在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和

行程。

设计具体要求完成以下工作：

（1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅） 1张； （2）数控系统电气原理图（2＃图幅） 1张； （3）设计说明书（10～20）页 1本； 所有图样均采用CAD 绘制打印，设计说明书按规定撰写。

3.X 轴方案及参数计算 3.1方案拟定

方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。

（1）驱动控制方式 由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。 （2）传动形式确定

工作台X 方向和Y 方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。

工作台X 方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。

工作台Y 方向采用直接传动，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。 3.2 X 轴步进电机参数确定及选择 X 参数选定与计算

Vx

=1.6 m/min=0.027m/s ，F x =120N ，P x =F x v x =3.2 W

（1）脉冲当量选择

初选三相电机，按三相三拍工作时，步矩角α=1.5°，初定脉冲当量δ=0.01mm/p ，丝杠导程t sp =5 mm ，中间齿轮传动比i 为：

i=(αt sP )／(360i)=1.5×5／(360×0.01)=2

由i 确定齿轮齿数为402021==Z Z ，，模数m=2mm ，齿宽m m 25b m m 22b 21==， 3.3 X 轴圆柱斜齿轮传动设计

1. 选定齿轮精度、材料、齿数及螺旋角

（1）选精度为7级。

（2）选小齿轮为40Cr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，两者硬度差为

40HBS 。 （3）选择齿数Z 1=20,Z 2=Z 1×i=20×2＝40. （4）选取螺旋角，初选β＝14o

2. 按齿面接触疲劳强度设计32

d 2

1t t 1][u z z 1u 2d H E H T K σεφα⨯⨯⨯⋅⨯+⨯⨯≥）

（）（

（1）试选Kt=1.6, (由[1]表10-6)得材料弹性影响系数Z E ＝189.8MPa （2）由[1]图10-30选取区域系数Z H =2.433，小齿轮做悬臂布置； 由[1]表10-7选取齿宽系数Φd ＝0.5. 7

︒=︒︒==562.2014con /20tan arctan )cos /tan(tan arc n t ）（β

αα

︒=︒⨯⨯+︒⨯=+=408.3114cos 1220/562.20cos 20cos arc cos h 2z /cos z cos arc *an 1t 11at ））（（β））（α（α︒=︒⨯⨯+︒⨯=+=751.2614cos 1240/562.20cos 40cos arc cos h 2z /cos z cos arc *an 2t 22at ））（（β））

（α（αmin /r 6405

2

10006.1t i 1000v n sp x =⨯⨯=⨯⨯=

（3）应力循环系数取j=1，所以

9

h 111076.21530082164060j n 60⨯=⨯⨯⨯⨯

⨯⨯==）（L N 99121038.12

1076.2u ⨯=⨯==N N （4）由[1]图10-19查得，接触疲劳寿命系数K HN1=0.92，K HN2=0.96.

（5）由[1]图10-21d 查得，小齿轮接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa ，大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa, （6）计算疲劳强度许用应力，取安全系数S=1，

a 5521600

92.0·][1lim 11MP S K H HN H =⨯==

σσ

a 5281550

96.0·][2lim 22

MP S K H HN H =⨯==σσ （7）计算小齿轮传递的转矩 T 1=9.55×106P x /n x =47.75N.mm