數(shù)控系統(tǒng)課程設計

1、<p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1.設計目的2</b></p><p><b>　　2設計要求2</b></p><p>　　3設計的內(nèi)容與步驟2</p><p>　　3.1數(shù)控機床的總體設計方案2</p>&l

2、t;p>　　3.1.1鉆床的性能及要求2</p><p>　　3.1.2鉆床的特點及分類3</p><p>　　3.2 根據(jù)設計要求，選用的鉆床型號如下圖所示4</p><p>　　3.3數(shù)控機床的分類5</p><p>　　3.3.1按伺服系統(tǒng)分類5</p><p>　　3.4伺服系統(tǒng)的確定6<

3、;/p><p>　　3.4.1.伺服系統(tǒng)的發(fā)展6</p><p>　　3.4.2.伺服系統(tǒng)的分類7</p><p>　　3.5支承零件的選用7</p><p>　　3.5.1支承座特點7</p><p>　　3.5.3軸承選擇思路8</p><p>　　4機械部分改裝設計與計算8<

4、/p><p>　　4.1工作臺的選用8</p><p>　　4.1.1工作臺材料選用8</p><p>　　4.2托板的計算10</p><p>　　4.3.導軌的確定10</p><p>　　4.4滾珠絲杠傳動機構10</p><p>　　4.4.1滾珠絲杠副的結構11</p&g

5、t;<p>　　4.4.2滾珠絲杠的選用11</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠的計算11</p><p>　　4.5.滾珠絲杠動載強度及壽命計算13</p><p>　　4.6.滾珠絲杠的型號選擇14</p><p>　　5.導軌的選用14</p><p>　　5.1滾動導軌15<

6、/p><p>　　5.1.1滾動導軌的分類15</p><p>　　5.1.2滾動導軌結構形式15</p><p>　　5.1.3滾動體結構類型15</p><p>　　5.2滾動導軌參數(shù)計算16</p><p>　　5.2.1導軌工作壽命計算16</p><p>　　5.2.2導軌額定動

7、載荷16</p><p>　　6.1步進電機的選用19</p><p>　　6.1.1步距角計算19</p><p>　　6.1.2絲杠的轉動慣量19</p><p>　　6.1.3工作臺、工件等折算到電機軸上的轉動慣量20</p><p>　　6.1.4電機軸上總當量負載轉動慣20</p>

8、<p>　　6.2電機轉矩計算20</p><p>　　6.2.1空載啟動時，電機軸上的慣性轉矩20</p><p>　　6.2.2電機軸上的當量摩擦轉矩21</p><p>　　6.2.3附加摩擦轉矩21</p><p>　　6.2.4空載啟動時電機軸上的最大靜轉矩21</p><p>　　6.3

9、步進電機選型23</p><p>　　7.聯(lián)軸器的選擇23</p><p>　　7.1聯(lián)軸器介紹23</p><p>　　7.2聯(lián)軸器選擇23</p><p><b>　　7.3軸承座24</b></p><p><b>　　摘要26</b></p>

10、<p><b>　　結束語27</b></p><p>　　附錄 一些關鍵零件的尺寸28</p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　工業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)是我國的主力軍，在國民經(jīng)濟中發(fā)

11、揮著重要的作用，進入21世紀以后，制造業(yè)產(chǎn)出量已經(jīng)處于世界的領先地位，被稱之為“世界制造工廠”在制造業(yè)取得好的成績的同時，也有著許多的問題，比如產(chǎn)品的生產(chǎn)依舊是勞動密集型，工人的勞動量大，產(chǎn)品自主研發(fā)薄弱，只是制造大國還不是制造強國。</p><p>　　然而，在經(jīng)濟發(fā)展的同時，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也越來越快，對產(chǎn)品的要求也越來越高，一些老舊的生產(chǎn)設備已經(jīng)不能滿足社會的需求了，這無形中便提高了生產(chǎn)設備的要求。就目前我國

12、的國情而言，其制造業(yè)雖有很大的規(guī)模，但還有一些小型的企業(yè)，因為各種因素的制約，仍然無法使用一些世界上先進的設備，無法滿足產(chǎn)品的需要，因此形成了一種惡性循環(huán)。</p><p>　　制造生產(chǎn)中，大部分的產(chǎn)品生產(chǎn)是通過數(shù)控設備完成的，數(shù)控設備具有效率高，節(jié)省勞動力，可以獲得很好的經(jīng)濟效益等特點，掌握數(shù)控機床內(nèi)容與知識有很重要的意義，本說明書，通過改裝一個鉆床的工作臺，使其成為簡易的數(shù)控工作系統(tǒng)，讓我們更了解數(shù)控設備的特

13、點。</p><p><b>　　1.設計目的</b></p><p>　　通過設計一套簡易的數(shù)控工作臺，初步掌握數(shù)控機床系統(tǒng)的設計方法，對今后的學習及工作儲備一定的理論知識，也能培養(yǎng)自己的動手能力。</p><p><b>　　2設計要求</b></p><p>　　1要求鉆床的最大加工面積為24

14、0×180，工件的重量不能超過200kg。</p><p>　　2數(shù)控X Y工作臺要求孔的定位精度在±0.02mm內(nèi)</p><p>　　3快進速度為3.6/min,加速時間為0.1s。</p><p><b>　　3設計的內(nèi)容與步驟</b></p><p>　　3.1數(shù)控機床的總體設計方案</

15、p><p>　　數(shù)控機床總體設計方案包括：數(shù)控系統(tǒng)硬件設計，數(shù)控系統(tǒng)軟件設計，機電控制箱及外圍電路設計；機床主結構設計四部分。這里主要要求是對X、Y工作臺的設計。其中包括傳動系統(tǒng)的設計，導軌的選用與計算，步進電機的選型。</p><p>　　對工作臺的設計要求可歸納為以下幾個方面：</p><p>　?、倬哂休^高的幾何精度、傳動精度、定位精度。</p>&

16、lt;p>　?、诳拐裥砸?，要有一定的剛度，具有大的鉆削力</p><p>　　③要能實現(xiàn)輔助操作和自動化的結構。</p><p>　　就普通工作臺與數(shù)控工作臺而言，在設計中，對其要求基本上是相同的，比如傳動精度，幾何精度抗振性，切削力等。但是具體要求的程度是不一樣的，數(shù)控機床在這些方面的要求要比普通機床的要求高出很多。</p><p>　　3.1.1鉆床的性

17、能及要求</p><p>　　在機械加工中，孔在很多的零件上都有被使用，對孔的結構要求也各異，如：有的設計要求加工成螺紋孔、有的要求加工成光孔，有的要求加工成盲孔，</p><p>　　有的則要求加工成通孔。同時，對孔徑、孔深、公差等級表面粗糙度等，也有著較大的差異，因此，孔的加工除了用車床外，還可以用鉆床加工。</p><p>　　本課題的要求是設計一個簡易的工作

18、臺把它固定在鉆床上，該工作臺由數(shù)控系統(tǒng)控制，通過此方案，將普通機床改裝成簡易的數(shù)控鉆床。</p><p>　　3.1.2鉆床的特點及分類</p><p>　　常用的鉆床有臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。三種鉆床都有著共同的特點，加工時，主軸做旋轉運動，與沿軸線方向上的進給運動，而工件則固定在工作臺上靜止不動。選用鉆床時，一般根據(jù)鉆床的鉆孔范圍及有效加工面積來選用。</p>&l

19、t;p><b>　?。?）.臺式鉆床</b></p><p>　　臺式鉆床是一種小型的鉆孔加工設備，具有輕巧靈活等特點，適合用于小型零件上的孔加工，孔的加工直徑一般在12mm以下，工件的裝夾，多以平口虎鉗為主，鉆削時主要靠手轉動手柄進行加工。主軸的變速調(diào)節(jié)，需要打開鉆床頂端的保護蓋，手動改變皮帶在塔形帶輪上的連接方式。</p><p><b>　?。?

20、）.立式鉆床</b></p><p>　　立式鉆床的主軸與臺式鉆床的主軸也是一樣的，固定不動，在鉆孔時，必須要讓孔的軸線與主軸的軸線對中才能加工。立式鉆床適合用于中小型孔的加工，孔的直徑一般不大于50mm。立式鉆床加工的方法基本與臺式鉆床相同。本課程設計中，根據(jù)課程設計中給出的機床參數(shù)，此次的課程設計選用的鉆床為立式鉆床。</p><p><b>　?。?）.搖臂鉆床

21、</b></p><p>　　搖臂鉆床主要由立柱，橫梁主軸箱部分，工作臺及機架組成，在加工是=時，將工件裝夾在工作臺上，工作臺固定不動，通過轉動橫梁與移動主軸來調(diào)整加工位置，因此搖臂鉆床適合加工大型且孔多的工件。</p><p>　　3.2 根據(jù)設計要求，選用的鉆床型號如下圖所示 </p><p>　　圖3-1立式數(shù)控鉆床</p><

22、;p>　　表3-1Z4032型立式鉆床參數(shù)</p><p>　　3.3數(shù)控機床的分類</p><p>　　隨著數(shù)控技術的發(fā)展，我國的數(shù)控機床已經(jīng)形成一種品種齊全，規(guī)格繁多的結構。從而數(shù)控機床的分類也形成多種多樣的局面。通常最基本的分類方法不外乎四種，一種是按加工方式與工藝用途分類，一種是按運動軌跡分類，一種是按伺服系統(tǒng)分類，最后一種是控制系統(tǒng)的功能分類。此次設計任務中將重點介紹按伺服

23、控制系統(tǒng)的分類。</p><p>　　3.3.1按伺服系統(tǒng)分類</p><p><b>　　開環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　不具備檢測功能的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制方式如圖（3-1）所示：數(shù)控裝置經(jīng)控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號，通過脈沖信號使步進電機轉動。開環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單，價格低廉，常應用于一些經(jīng)濟型機床，考慮到此次設計的為簡易經(jīng)

24、濟型機床，因此采用開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)，是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構中裝有位置檢測裝置，通過檢測絲杠的移動，來進行控制。其示意簡圖如下所示：</p><p><b>　　cnc</b></p><p>　　插補指令+

25、 +</p><p><b>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機床移動部件位置上直接裝有檢測裝置，通過檢測實際的位置移動量，與原來的位移值進行比較，用比較的差值控制移動部件。閉環(huán)控制的精度主要取決于檢測裝置的精度，因此，此種控制系統(tǒng)價格昂貴，對機床的要求也高。其示意簡圖如下所示：<

26、;/p><p>　　3.4伺服系統(tǒng)的確定</p><p>　　伺服系統(tǒng)的作用是接收（CNC）指令，并經(jīng)過相應的轉換與放大，再經(jīng)過運算處理，控制機械傳動部分工作。伺服系統(tǒng)的性能直接影響機械裝置的工作精度，響應速度，及其平穩(wěn)性。</p><p>　　伺服系統(tǒng)一般由驅動控制單元，驅動元件、機械部件、執(zhí)行機構檢測裝置注冊組成，目前，數(shù)控機床上的驅動元件一般是采用電動機驅動，已經(jīng)

27、很少使用液壓伺服系統(tǒng)。經(jīng)濟型機床一般采用步進電機，中高檔數(shù)控機床大多采用直流電機或交流電機。</p><p>　　3.4.1.伺服系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　伺服機構最早應用于軍事領域，在上個世紀中期，伺服機構的技術就已經(jīng)取得很大的進長，當時主要用于炮彈的位置跟蹤，對調(diào)速要求不高，所以只有位置反饋，沒有速度反饋。</p><p>　　到二十世紀后期以后，伺服機構

28、開始在數(shù)控機床上使用，當時主要采用步進電機驅動，隨著科技的發(fā)展，如今伺服系統(tǒng)也越來越先進。</p><p>　　3.4.2.伺服系統(tǒng)的分類</p><p>　　伺服系統(tǒng)的分類有很多種：具體的有按調(diào)節(jié)理論分類；按使用執(zhí)行元件分類；按被控制對象分類；按反饋比較控制方式分類。這里主要介紹按調(diào)節(jié)理論分類。</p><p>　　按調(diào)節(jié)理論的分類又可以分為開環(huán)伺服系統(tǒng)，半閉環(huán)伺

29、服系統(tǒng)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）開環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)是不帶有位置反饋的系統(tǒng)，其位移精度主要取決于步進電機的角位移精度與絲杠、齒輪等傳動機構的運動精度。開環(huán)伺服系統(tǒng)的精度一般較低，定位精度一般為±0.02mm，當采用螺距誤差補償和傳動間隙補償后，其精度可達±0.01mm。</p>

30、<p>　　所以，開環(huán)伺服系統(tǒng)適用于一些定位精度不高，傳動精度不高的經(jīng)濟型機床。</p><p>　?。?）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)</p><p>　　半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是指反饋信號不是取自機床的最末端，而是從伺服電機或滾珠絲杠上取得的，使得最末端的工作臺或刀架之間的誤差無法得到反饋，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能檢測數(shù)控機床傳動的部分誤差。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，具有結構輕便，調(diào)試容易的特點，被廣泛

31、應用于中小型機床上。</p><p><b>　　（3）閉環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　與開環(huán)伺服系統(tǒng)不同，閉環(huán)伺服系統(tǒng)直接從機床的末端（工作臺或刀架)檢測裝置上獲得反饋信號。反饋信號來自工作臺或機床刀架的實際位置，所以得到的位置精度與傳動精度都比較高。全閉環(huán)控制系統(tǒng)結構復雜調(diào)整技術難度大，價格昂貴，因此只用于大型、精密數(shù)控機床。</p>&l

32、t;p>　　3.5支承零件的選用</p><p>　　3.5.1支承座特點</p><p>　　支承座的首要功能是起承載作用,機床在工作時，會產(chǎn)生很大的力與振動，支承座要承受著一定的鉆削力，摩擦力與重力。在選用時，要求支承座具有一定的剛度，抗振性，與抗壓性等。</p><p>　　前面有提到過，支承座的選用要使用減振，抗壓材料，且支承座的體積較大，要考慮到相應

33、的制造工藝，因此選用戶口鑄鐵HT150。</p><p>　　3.5.3軸承選擇思路</p><p>　　軸承的主要作用是支承，一般分為滑動軸承與滾動軸承，機械上常用的是滾動軸承，一般由內(nèi)圈，外圈滾動體與保持架組成。考慮到滾珠絲杠的安裝，采用的形式是一端固定一端自由，這種結構 常用于小型機床及使用要求不高的場合。這采用深溝球軸承，既可以承受一定的軸向力，也可以承受一定的徑向力。</p

34、><p>　　4機械部分改裝設計與計算</p><p>　　圖4-1為X、Y工作臺</p><p><b>　　4.1工作臺的選用</b></p><p>　　4.1.1工作臺材料選用</p><p>　　工作臺在加工中，起到承載工件的作用，同時鉆床在鉆削加工時，受到的軸向力比較大，要求材料具有消振抗

35、壓性，工作臺在工作中需要頻繁的移動，還要有一定的耐磨性，選用灰鑄鐵HT150作為鉆床的工作臺。</p><p>　　表4-1 一些常用件的選擇</p><p>　　本表格摘自GB/T.9439-1988</p><p>　　工作臺的選用一般根據(jù)被加工零件的尺寸來選擇，根據(jù)經(jīng)驗值，一般確定的工作臺的尺寸要比所能加工的最大工件的尺寸多出30mm（單邊尺寸）。此次設計

36、中，要求工件的最大面積為240×180mm因此按照經(jīng)驗值工作臺的尺寸要略大于工件的尺寸為300×240mm。查表4-1得出工作臺的厚度選用30mm。</p><p>　　表4-2一些常用金屬密度的選擇（單位：kg/m³）</p><p><b>　　工作臺的質量為</b></p><p><b>　　——

37、為質量</b></p><p><b>　　——為體積</b></p><p><b>　　——為密度</b></p><p>　　=0.3m×0.24m×0.03m×7×=15.12kg</p><p><b>　　4.2托板的計算&l

38、t;/b></p><p>　　托板分為上托板與下托板，其作用是用來支承導軌及工作臺。托板的結構為板料，為節(jié)省材料，托板中間要開通槽。開槽寬度根據(jù)導軌的寬度確定。查表4-1選用HT150，考慮到工作臺的尺寸，因此初步設定托板的尺寸長、寬、高分別為600mm×300mm×80mm,密度按4-2選取。開槽尺寸為600mm×160mm×80mm</p><

39、;p>　　=(0.6×0.3×0.08×7×) -（0.6×0.16×0.08×）=47.04kg</p><p>　　考慮到托板分上下兩塊因此=2×47.04=94.08kg</p><p><b>　　4.3.導軌的確定</b></p><p>　　導軌為

40、標準件，先根據(jù)經(jīng)驗值算出尺寸，然后在按表5-2查實際尺寸，數(shù)控根據(jù)托板的尺寸，一般要比托板短，導軌的寬度與托板相同，高度初步確定為30mm因此導軌的長、寬、高分別為500mm×65mm×40mm。材料按表4-1選HT150。導軌安裝在托板上，每塊托板上有兩塊導軌，因此</p><p>　　=4×（0.5×0.065×0.04×7×）=36.4k

41、g</p><p>　　4.4滾珠絲杠傳動機構</p><p><b>　　4.4.1特點</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置，他具有以下特點。</p><p>　?、倌Σ翐p失小，傳動效率高，滾珠絲杠螺母機構傳動效率可達0.92~0.96，是普通滑動絲杠螺母機構的3~4倍&

42、lt;/p><p>　?、谶\動平穩(wěn)，摩擦力小，靈活度高，由于滾珠絲杠是動摩擦，因此摩擦阻力小，傳動平穩(wěn)，運動靈活。</p><p>　　③磨損小，壽命長，維護簡單。</p><p>　?、茌S向剛度高，反向定位精度高，由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實現(xiàn)滾珠的預緊，因而軸向剛度高，定位精度好。</p><p>　?、轁L珠絲杠的有專業(yè)的廠生產(chǎn)

43、，選用配套方便。</p><p>　　4.4.1滾珠絲杠副的結構</p><p>　　滾珠絲杠副的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。</p><p><b>　?。?）.內(nèi)循環(huán)</b></p><p>　　滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副摩擦損失小，傳動效率高，適用于各種高靈敏高剛度的精密定位

44、系統(tǒng)。但重載荷，大導程的絲杠不宜采用。</p><p><b>　　(2).外循環(huán)</b></p><p>　　滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。外循環(huán)的滾珠絲杠螺母副剛性差，易磨損，只適用于一般要求的機床。</p><p>　　4.4.2滾珠絲杠的選用</p><p>　　滾珠絲杠主要起傳動作用，在上述的章節(jié)

45、中有介紹過滾珠絲杠的特點及應用場合，考慮到此次改裝的為一個簡易數(shù)控工作臺，因此，在選用滾珠絲杠螺母副的時候，要選用適用于小型且要求精度不高的機床，這里使用的是采用外循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母副。</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠的計算</p><p>　　滾珠絲杠,在選用時，首先根據(jù)動載強度計算或靜載強度計算來確定尺寸規(guī)格，然后對剛度和穩(wěn)定性進行校驗。</p><p&

46、gt;　?。?）.絲杠工作時的軸向壓力</p><p><b>　　——軸向壓力</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　g取10N/kg。</b></p><p>　　為導軌摩擦系數(shù),在計算絲杠的軸向壓力時，要求出導軌的摩擦系數(shù)，導軌的類型

47、不同，其摩擦系數(shù)也不一樣，一般情況下，普通導軌直線運動型的導軌摩擦系數(shù)為0.002~0.003.</p><p>　　為最下面絲杠以上總的質量。</p><p>　　=工件質量+工作臺質量+導軌質量+托板質量</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=200+15.12+94.08+36.4=345.

48、6kg。</p><p>　　考慮到電機，夾具等因素，取400kg.</p><p><b>　　因此=</b></p><p>　　=400×10×0.003=12N</p><p>　?。?）.螺旋傳動的計算載荷</p><p>　　滾珠絲杠在使用過程中，需要頻繁的轉動，改

49、變反向，要求具有好的耐磨性，高的強度硬度，還要具備高的抗疲勞強度及足夠的韌性，絲杠的材料采用滾動軸承鋼，最終熱處理后的硬度可達60HRC左右。常用的滾動軸承鋼有G15、G15SiMn,其中前者用于小型機床的滾珠，滾柱及重要的傳動件。（按照此條件選擇4-2中的）</p><p>　　滾珠絲杠的選用包括精度選擇、尺寸規(guī)格，支承方式等幾個方面。</p><p><b>　　——螺旋傳動

50、載荷</b></p><p><b>　　——載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　——硬度系數(shù)</b></p><p><b>　　——精度系數(shù)</b></p><p>　　因此=1.2×1×1×12=14.4N</p&

51、gt;<p><b>　　表4-1載荷系數(shù)</b></p><p>　　表4-2硬度系數(shù)及硬度影響系數(shù)</p><p><b>　　精度系數(shù)</b></p><p>　　絲杠精度的選用普通數(shù)控機床選用D級精度，精密型數(shù)控機床選用C級精度。</p><p>　　4.5.滾珠絲杠動載強度及

52、壽命計算</p><p>　　在選擇絲杠螺母時，一般先根據(jù)動載強度計算或靜載強度計算來確定其尺寸規(guī)格，然后再對剛度和穩(wěn)定性進行校驗。</p><p>　　在選擇時，選定的滾珠絲杠螺母副的額定動載荷必須不能小于其計算值。</p><p>　　=14.4277.88N</p><p>　　——額定動載荷（N）</p><p&g

53、t;　　——螺桿的平均轉速（取90-110r/min)</p><p><b>　　——運轉壽命（h)</b></p><p>　　_螺旋傳動的計算載荷（N）</p><p>　　表4-3各類機械預期工作時間</p><p>　　4.6.滾珠絲杠的型號選擇</p><p>　　在選擇絲杠螺母時，一

54、般先根據(jù)動載強度計算或靜載強度計算來確定其尺寸規(guī)格，然后再對剛度和穩(wěn)定性進行校驗。</p><p>　　根據(jù)設計得出的結果，滾珠絲杠的型號選用SFU1605-4額定動載荷為780，靜載荷為1790。</p><p><b>　　5.導軌的選用</b></p><p>　　數(shù)控機床上都會有導軌，導軌的主要功能是起導向和承載作用，具有一定的抗壓與抗

55、振性，同時還要有耐磨性與一定的剛度，根據(jù)前述表4-1，導軌的材料選用HT150.</p><p><b>　　表5-1導軌的選用</b></p><p>　?、倥佬?爬行是指在機械運動中滑動摩擦副的從動件在勻速驅動和一定摩擦條件下產(chǎn)生的周期性時停時走或時慢時塊的運動現(xiàn)象.</p><p><b>　　5.1滾動導軌</b>

56、</p><p>　　根據(jù)課題設計的要求,采用滾動導軌.滾動導軌的特點及應用場合如表5-1所示。</p><p>　　5.1.1滾動導軌的分類</p><p>　　滾動導軌的分類可按滾動導軌結構形式，滾動體類型分。</p><p>　　5.1.2滾動導軌結構形式</p><p><b>　　直線滾動導軌副&l

57、t;/b></p><p>　　直線滾動導軌副由長導軌和帶有滾珠的滑軌組成，在各個方向都能承受載荷，這種導軌是機床的結構設計制造工藝輕便。</p><p><b>　　滾動導軌塊</b></p><p>　　采用循環(huán)的滾子，與機床床身導軌配合使用。此種結構的導軌多用于承載能力較大的機床，相對直線導軌副復雜。</p><

58、p>　　5.1.3滾動體結構類型</p><p>　　滾動體類型分為滾珠，滾柱，滾針等。</p><p><b>　?。?）滾珠導軌</b></p><p>　　滾珠導軌摩擦力小，承載能力較差，一般應用于小載荷的機床。</p><p><b>　?。?）滾柱導軌</b></p>

59、<p>　　滾柱導軌為線接觸，承載能力較大，多用于承載能力大的機床。</p><p><b>　?。?）滾針導軌</b></p><p>　　滾針導軌尺寸小結構緊湊，但制造精度要求高，摩擦因數(shù)大，適用于導軌尺寸受限的機床。</p><p>　　這里選用直線滾動導軌副，滾動體用滾珠。</p><p>　　5.2滾

60、動導軌參數(shù)計算</p><p>　　5.2.1導軌工作壽命計算</p><p>　　-導軌工作壽命（小時），要求壽命不低于5年。</p><p>　　假設該導軌工作壽命為8年，每天工作10小時，一年365天，考慮到休息日與節(jié)假日，實際工作天數(shù)為320天，則=8×10×320=25600h</p><p>　　-單向行程（m

61、)，在上面的章節(jié)中，已經(jīng)求出導軌的總體尺寸，其長度為700mm，因此，在此處，單向行程取550mm</p><p>　　N-每分鐘往返次數(shù)（取4-6次/分鐘），在制造加工業(yè)，生產(chǎn)效率多以秒為單位，同時，考慮到導軌的往返次數(shù)，以分鐘計算會造成浪費，因此將其化成秒</p><p>　　則導軌行程長度壽命為：</p><p><b>　　=</b>&

62、lt;/p><p><b>　　=8448k.m</b></p><p>　　5.2.2導軌額定動載荷</p><p><b>　?。?）鉆床切屑力</b></p><p>　　在計算導軌的動載荷時，首先要先求出鉆床切屑力，切屑力，是在刀具在加工過程中產(chǎn)生的作用在工件上大小相等方向相反的力，也就是材料抵

63、抗刀具切削的阻力。鉆床切削力的計算，有多種方法，一是根據(jù)切削速度、進給力、工件轉速、進給量等計算。二是根據(jù)經(jīng)驗公式和估計切屑力來計算，這里采用第二種方法。</p><p>　　鉆床的切屑力根據(jù)經(jīng)驗公式，一般取鉆床工作臺重量的1~1.2倍。</p><p>　　因此=1.2×15.12×10=181.44N。</p><p>　　假設每個導軌上有兩

64、個滑塊，則總的滑塊數(shù)為4。</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1029.61N</b></p><p>　?。?）導軌額定動載荷</p><p><b>　　=1029.61</b></p><p>　　11378N1

65、1.4kN</p><p>　　（3）根據(jù)導軌的額定動載荷確定導軌型號。</p><p>　　選擇四方向等載荷型滾動直線導軌副型號為GGB20AA,其有關數(shù)據(jù)如下</p><p><b>　　圖5-1四方向導軌</b></p><p>　　GGB型編號規(guī)則及含義 </p><p>　　GGB A

66、A/AAL四方向等載荷型滾動直線導軌副</p><p>　　6.1步進電機的選用</p><p>　　步進電機是將脈沖信號轉換為機械角位移的機電執(zhí)行元件，步進電機的轉動由脈沖信號控制，精度由步距角控制，轉動的步距角越小，精度越高。</p><p>　　步進電機一般應用于開環(huán)伺服系統(tǒng)，主要用于精度要求較低的中小型機床。步進電機的使用，要解決以下幾個問題：電機軸的載荷計

67、算，電機軸轉矩計算。</p><p>　　6.1.1步距角計算</p><p><b>　　-步距角</b></p><p>　　-脈沖當量，脈沖當量的精度要高于工作臺的定位精度。在本設計中，給出的工作臺定位精度為±0.02mm。因此的值選0.01，</p><p>　　-傳動比，步進電機轉動一個角度，絲杠轉動

68、一定范圍，這里取值為1。</p><p>　　,P-絲杠導程 mm。由表4-5可知絲杠導程為5mm。</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　==0.36</b></p><p>　　6.1.2絲杠的轉動慣量</p><p><b>　

69、　-絲杠密度7.8，</b></p><p>　　d為絲杠等效直徑，按照絲杠的型號，查出絲杠直徑為φ16mm，</p><p>　　I-絲杠長度，導軌的長度按在前面章節(jié)已經(jīng)算出，為700mm，按照經(jīng)驗值，絲杠長度取600mm。</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　=&

70、lt;/b></p><p>　　6.1.3工作臺、工件等折算到電機軸上的轉動慣量：</p><p>　　-按照前面計算得出的結果取400kg。</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　=2.5</b></p><p>　?。姍C轉子轉動慣性

71、小，忽略不計）。</p><p>　　6.1.4電機軸上總當量負載轉動慣</p><p><b>　　=+2.5</b></p><p><b>　　=2.8</b></p><p><b>　　6.2電機轉矩計算</b></p><p>　　6.2.1

72、空載啟動時，電機軸上的慣性轉矩</p><p><b>　?。∟m)</b></p><p>　　為電機加減速時間(0.1s)</p><p>　　為絲杠導程(m)取0.01m。</p><p>　　為工作臺快進速度,（設計要求給出，3.6m/min, 0.06m/s)</p><p><

73、b>　　為傳動比</b></p><p>　　=2.80.106Nm</p><p>　　6.2.2電機軸上的當量摩擦轉矩</p><p>　　工作臺及工件重量引起</p><p>　　為伺服傳動鏈的總效率，取0.8.</p><p>　　= =0.0119N.m</p><p

74、>　　6.2.3附加摩擦轉矩</p><p>　　絲杠副預緊力引起的電機軸上的附加摩擦轉矩</p><p>　　滾珠絲杠螺母副未預緊時的傳動效率（取0.9）</p><p>　?。ㄔO預緊力為最大軸向載荷的1/3）則</p><p><b>　　==7.56N.m</b></p><p>　　

75、6.2.4空載啟動時電機軸上的最大靜轉矩</p><p>　　=0.106+0.0119+7.56=0.12N.m。</p><p>　　所選取的步進電機的最大靜轉矩需滿足： </p><p><b>　　0.135</b></p><p>　　表6-1步進電機的選用</p><p><b&

76、gt;　　6-2外形安裝尺寸</b></p><p>　　6-2步進電機外形圖</p><p>　　初選步進電機型號為90BYG5501。</p><p><b>　　6.3步進電機選型</b></p><p>　　在選型時必須同時滿足轉動慣量及靜轉矩的要求，即應進行慣量匹配驗算：</p>&l

77、t;p>　　根據(jù)上表初選步進電機型號為90BYG5501，，經(jīng)驗算，不符合，電機型號要另選。</p><p>　?。樗x電機的轉動慣量）</p><p>　　另選后的電機型號為90BYG5502.</p><p>　　步進電機的最大運行頻率f滿足：</p><p><b>　　7.聯(lián)軸器的選擇</b></p

78、><p><b>　　7.1聯(lián)軸器介紹</b></p><p>　　聯(lián)軸器聯(lián)軸器的功用是用來聯(lián)接不同機構中的兩軸(主動軸和從動軸)使之共同旋轉以傳遞扭矩的零件在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。</p><p><b

79、>　　7.2聯(lián)軸器選擇</b></p><p>　　上述中我選用的電機轉動在軸直徑為14，因此我選用的聯(lián)軸器為CS-GH-50C。</p><p>　　表7-1聯(lián)軸器的選用</p><p><b>　　7.3軸承座</b></p><p><b>　　圖7-2軸承座外觀</b>&l

80、t;/p><p>　　表7-2軸承座的選用</p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑為16mm，因此我先擇的軸承座為：</p><p><b>　　EK-12</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課程設計的具體內(nèi)容是設計一個簡易的數(shù)控XY工作

81、臺，固定在某一鉆床上，該工作臺的移動由步進電機數(shù)控系統(tǒng)控制，通過此次的課程設計，能夠全面多方位掌握數(shù)控機床的基本知識與內(nèi)容， 并懂得使用手冊及技術資料。</p><p>　　關鍵詞：X、Y工作臺 步進電機 滾珠絲杠 滾動導軌 </p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　一周的課程設計結束了，此次設

82、計的內(nèi)容是改裝一個數(shù)控X Y工作臺，使其成為一個簡易經(jīng)濟型數(shù)控鉆床，其中包括總體的方案及機械部分的設計，計算，在實際工作過程中，還有很多的知識欠缺，經(jīng)驗不足等，比如第四章中，工作臺，導軌托板尺寸的確定，常常需要經(jīng)驗值確定，當計算的質量過大時，在最后電機的選用有可能會不合適，這時就得重新改變尺寸，或者另外選擇絲杠型號在進行電機選用。</p><p>　　此次設計的主要內(nèi)容為絲杠計算，導軌計算及步進電機的計算，本書中

83、涉及到的圖表，一部分取自《數(shù)控功能部件用指導手冊》與《數(shù)控機床設計指南》，另一部分取自百度文庫。</p><p>　　在設計過程中遇到了很多問題，首先的感謝老師的指導與同學的指正和幫助從而及時改正錯誤。</p><p>　　由于自身的能力不足及知識欠缺，以及一些無法預見的因素，因此設計中會出現(xiàn)一些想不到的問題，還請老師批評斧正。</p><p>　　附錄 一些關鍵零

84、件的尺寸</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[ 1 ] 付承云.數(shù)控功能部件選用指導手冊. 北京.機械工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[ 2 ] 文懷興.夏田數(shù)控機床設計實踐指南 北京.化學工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[ 3 ] 楊賀來 數(shù)控機床.北京.清華大學出版

85、社，2009</p><p>　　[ 4 ] 李玉平 張洪濤 機械制造基礎. 北京.郵電大學出版社，2012</p><p>　　[ 5 ] 文懷興.夏田 數(shù)控機床系統(tǒng)設計.北京.化學工業(yè)出版社，2014</p><p>　　[ 6 ] 楊可楨 李仲生等 機械設計基礎 北京.高等教育出版社 2013</p><p><b>