数控机床XY工作台课程设计

一、课程设的计目的

通过本次设计，能够全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识，初步掌握数控机床系统设计方法，并能学会运用手册、标准等技术资料。同时，培养相应的创新意识、工程意识和动手能力。

二、课程的设计要求

1、课程设计应在老师的指导下由学生独立完成，严格要求自己，不许相互抄袭；

2、设计前认真阅读《课程设计指导书》，明确设计题目及具体要求；

3、认真查阅题目所涉及内容的相关资料、手册、标准，大胆创新，确定合理、可行的

总体设计方案；

4、绘出数控XY工作台机械部分装配图设计（A0），总装联系图（A4），工作台、支承座、

螺母座等零件图，绘图符合国家标准，布图合理，内容表达完整清晰：

5、设计说明书（不少于20页）。要求：说明书中的有关公式应标明出处；所引用的附

图及表格应附在说明书中相应位置，并有相应的说明；设计说明书格式参考教务处毕业设计论文格式的要求。

三、课程设计的内容和步骤

内容：设计一套简易数控XY工作台，固定在某一钻床的工作台上，XY工作台的位置控制采用步进电机数控系统。通过上述方案将该普通钻床改装成简易的经济型数控钻床。

（一）总体设计方案

1、设计机构的性能要求

（1）具有高的静、动态刚度和良好的抗振性能

（2）具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性

（3）具有实现辅助操作自动化的结构部件

2、待改装钻床型号的确定

型号Z51100

/ProductShow.asp?ID=622

3、控制方式的确定

控制方式按运动轨迹分类，可分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种。点位控制的特点是只控制刀具相对于工件定位点的位置精度，不控制点与点之间的运动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削；直线控制的特点是除了控制起点与终点之间的准确位置外，而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为直线，并能控制位移的速度；轮廓控制的特点是能够对两个或两个以上的坐标轴方向同时进行连续控制，并能够对位移和速度进行严格地、不断地控制。因数控钻床上刀具在移动过程中没有进行切削，故采用点位控制。

4、伺服系统的确定

伺服系统有开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统。因要求将普通钻床改装成简易的经济型数控钻床，考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，所以

采用步进电机开环伺服系统驱动。XY工作台系统总体框图如下图所示：

5、工作台参数的初步确定

因加工工件需要用夹具夹紧工件，工作台每边需留出30～40mm，所能够加工的工件的最大面积为220mm³190mm，所以初步确定工作台面积参数为：300mm³270mm 。

6、导轨的选型思路

由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用直线滚动导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。

7、滚珠丝杆选型思路

为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。

8、丝杆和电机连接零件的选取思路

因电动机经过联轴器直接与丝杠联接,进给传动系统的传动精度和传动刚度较高，使机械结构简单，所以丝杆和电机连接零件采用联轴器连接。

9、支承座材料的选取

初选支承座材料为灰铸铁HT150，因其耐磨耐腐蚀，刚度高，抗震性好。

10、轴承类型的选取

初步设计滚珠丝杠的支承的安装采用固定—支承式，轴承主要承受轴向载荷，所以固定端选用向心推力轴承，支持端选用深沟球轴承。

（二）机械部分改装设计与计算

1、确定工作台的尺寸及其重量

根据设计要求，能加工的工件的最大面积为220mm³190mm,因此初定工作台尺寸为300mm³270mm³40mm。考虑到加工时工作台受到冲击和振动，所以选工作台材料为灰铸铁HT150，密度为7.2³103 kg / m3（取g=10N／kg）。

工作台的质量为：

m1=0.30³0.27³0.04³7.2³103≈23 kg

X向拖板(上拖板)与Y向拖板(下拖板)所选材料为HT150，尺寸为:

长³宽³高=270mm³270mm³20mm

上、下拖板总质量为：

m2=2³0.27³0.27³0.02³7.2³103≈21 kg

初步取导轨座的长为650mm,宽为270mm，高为30mm，材料为HT150，则

m3=0.65³0.27³0.03³7.2³103≈38 kg

X-Y工作台运动部分总重量为:

m总=m1＋m2＋m3+m=23+21+38+200=282 kg

考虑到夹具、电动机等其它因素，取m总=350 kg

2、滚珠丝杆参数计算与选型

初选丝杠材质：CrMnTi钢，HRC56～62，导程：p=5mm

⑴ 求出螺旋传动的计算载荷F C F C =K E K H K L F m

其中，K F —为载荷系数，取1.5 K H —为硬度系数，取1.0 K L —为精度系数，取1.0

F m —为丝杠工作时的轴向压力，F m =μm 总g=0.004³350³10=14N

（μ为导轨的摩擦系数，取0.004 m 总为最下面的丝杠以上的所有质量）

F C =1.5³1.0³1.0³14=21N

⑵ 额定动载荷及寿命计算

初步确定滚珠丝杆的规格型号。选择的滚珠丝杆副的额定动载荷C a ,必须大于其计算值：

c h

m a

a F L n C C 3

4

1067.160⨯='>

C a —额定动载荷（N ）；n m —螺杆的平均转速，取100r/min L h —运转寿命（h ）；F c —螺旋传动的计算载荷（N ） 假设滚动丝杆能工作6年，每年365天，每天工作8小时，则

L h =6³365³8=17520h

N C a 3932110

67.117520

100603

4

=⨯⨯⨯⨯='

根据C a >C 'a 原则，在网上查/products.asp?id=444得，