機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)鉆床改裝用數(shù)控XY工作臺設(shè)計(jì)

1、目錄摘要-1一、設(shè)計(jì)目的-2二、設(shè)計(jì)要求-2三、機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)計(jì)算-21、初步確定工作臺的尺寸及其重量-32、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-33、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇-44、滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇-75、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型-106、聯(lián)軸器的選擇-147、軸承座的選擇-15四、總結(jié)-17五、參考文獻(xiàn)-18鉆床改裝用數(shù)控xy工作臺設(shè)計(jì)摘要x-y數(shù)控工作臺改裝設(shè)計(jì)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單。實(shí)現(xiàn)方便并且能夠保證一定的精度。本文主要對工作臺的機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對滾珠絲杠，滾動(dòng)導(dǎo)軌及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)做了設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，并也對軸承座和聯(lián)軸器進(jìn)行了分析和選擇，對其導(dǎo)軌座的設(shè)計(jì)及各零部件的安裝也作了比較詳細(xì)的說明。針對

2、滾珠絲杠的計(jì)算，通過對滾珠絲杠的動(dòng)載荷及靜載荷的計(jì)算，確定所要絲杠的動(dòng)靜載荷值，并選擇。針對滾動(dòng)導(dǎo)軌，分別計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)載荷及其工作壽命來確定滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)，并選取。針對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選取，我分別作了其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)作步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇。關(guān)鍵詞：xy工作臺 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾珠絲杠 一、設(shè)計(jì)目的通過設(shè)計(jì)一套簡易的數(shù)控xy工作臺，對加深對數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識有很大的幫助，同時(shí)也了解機(jī)電一體化的一些基本知識，并能夠初步掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對于今后的理論及工作起到打基礎(chǔ)的作用，也能培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和動(dòng)手能力。二、設(shè)計(jì)要求1、改造后的鉆床能夠加工最大面積為180200

3、的工件，最大工件重量為150。2、數(shù)控xy工作臺要求孔的定位精度在內(nèi)，工作臺快進(jìn)速度為2m/min，加減速時(shí)間為0.2秒。三、機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械部分設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算及先擇，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及先擇，聯(lián)軸器的選擇，軸承座的選擇，并通cad設(shè)計(jì)其導(dǎo)軌座的外形，計(jì)算選取適當(dāng)?shù)某叽纾硗庖沧髁搜b配圖，適于所設(shè)計(jì)工作臺的安裝。其中各部分的計(jì)算及選擇如下所示：計(jì)算及說明結(jié)果1、初步確定工作臺的尺寸及其重量 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所取的能夠加工的最大面積為180200，最大工件的重量為150kg。因此我初定工作臺的。工作臺的材料為號鋼，其密度為。（?。┮虼耍?.1

4、、 工作臺（x向托板）1.2、取y向托板=x向托板 1.3、上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量 初步取導(dǎo)軌座的長，寬為，高為，但導(dǎo)軌座中間有一大空缺，空缺部分大約2807030mm3。因此所以根據(jù)上面所求，得xy工作臺運(yùn)動(dòng)部分的總重量為：根據(jù)要求所知，其最大加工工件為，另外，還有絲杠、電機(jī)、聯(lián)軸器等，大約3kg，因此：m4=3kg 2、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)脈沖當(dāng)量是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺的位移量，應(yīng)該小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度在內(nèi)，因此：由于是聯(lián)軸器傳動(dòng)，因此它的傳動(dòng)比為,取絲杠的導(dǎo)程為步距角 取標(biāo)準(zhǔn)0.75。實(shí)際的脈沖當(dāng)量3、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇由于鉆床切削時(shí)產(chǎn)生的軸向切削力很小并且工作臺是點(diǎn)位系

5、統(tǒng)，滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)與靜止時(shí)都不受由于切削而引起的軸向阻力，故切削力可忽略不計(jì)。因此滾珠絲杠的負(fù)荷只有運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的摩擦阻力。=0.01=0.75。=0.0104mm根據(jù)：其中為淬火鋼的摩擦因數(shù)(查數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)p182) 。因此：3.2、確定動(dòng)載荷及其使用壽命根據(jù)絲杠動(dòng)載荷公式：式中：額定動(dòng)載荷 n：絲杠的最高轉(zhuǎn)速 ：使用壽命 fc：靜載荷根據(jù)：式中的絲杠的最高轉(zhuǎn)速，因題目中所給其工作臺快進(jìn)的速度為，因此其計(jì)算為：所以：fm=1.704nfc=2.249nc=45.11n3.3滾珠絲杠的選取查/uploadfiles/2010827955938

6、0.pdf安裝尺寸根據(jù)動(dòng)載荷及動(dòng)載荷和公稱導(dǎo)程值的核對，最后選取的滾珠絲杠的型號為ffb1605-3 ，其公稱直徑為16mm，公稱導(dǎo)程為5mm，動(dòng)靜載荷分別為7.6kn和13.2kn。計(jì)算及說明結(jié)果3.4、滾道半徑、偏心距在上圖中查得，鋼球直徑為3.5mm，絲杠底徑為12.9mm。滾道半徑偏心距3.5、穩(wěn)定性計(jì)算 因螺桿較長，所以穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)以下式求臨界載荷： 式中：e：螺桿材料的彈性模量，查材料力學(xué)表2-2，取e=206gpa ia：螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩 ：長度系數(shù)，查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊得=1絲杠的有效長度是220mm2.54 是安全的3.6、剛度過驗(yàn)算按最不利的情況考慮，螺紋螺距因愛軸向

7、力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向是一致的，所以 計(jì)算及說明r=1.82mme=4.9510-3ia=1.3610-9m4fcr= n式中：查材料力學(xué)表2-2得，=0.001，所以：每米螺紋度上的螺紋距離彈性變形為 3.6、效率驗(yàn)算 4、滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選擇 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)介紹滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成，如圖：4.1、導(dǎo)軌的型號查機(jī)電一體化技術(shù)手冊1卷下冊6篇3章，選用ggb20ba型導(dǎo)軌；表6.3-11，選擇導(dǎo)軌精度等級為4級，每個(gè)托板有兩條導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌有兩個(gè)滑塊。由于絲杠的直徑為16mm，跟根機(jī)電一體化技術(shù)手冊所給的選用方法，選用導(dǎo)軌

8、的規(guī)格為20。查機(jī)電一體化技術(shù)手冊表6.3-12和表6.3-13選擇導(dǎo)軌的預(yù)加載荷為普通載荷p=287.5n。導(dǎo)軌是承受力的主要部件，除工件外、工作臺外，還有鉆床的切削力，鉆床的切削力約為400n。4.2、導(dǎo)軌的受力分析a=110，b=55。質(zhì)量中心偏移時(shí)，選擇修正系數(shù)，當(dāng)機(jī)床沒有切削時(shí)， 當(dāng)機(jī)床在切削時(shí)候，當(dāng)量載荷：查機(jī)電一體化技術(shù)手冊得ggb型號規(guī)格為20的導(dǎo)軌的動(dòng)載荷為11.6kn。4.3計(jì)算導(dǎo)軌的壽命：式中：ft：溫度系數(shù)。查機(jī)電一體化技術(shù)手冊表6.3-3，取ft=1fc：接觸系數(shù)。查機(jī)電一體化技術(shù)手冊表6.3-4，fc=0.81fw：載荷系數(shù)。查機(jī)電一體化技術(shù)手冊表6.3-5，fw=

9、1.2 壽命根據(jù)題目要求所知其壽命要在6年以上，一年280天，一天10小時(shí)；假設(shè)每分鐘走行程，則所選用的導(dǎo)軌壽命比要求壽命要長，所以合格。= 滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇查/html/gund/g2/c/ggb/ba.htm我選定的導(dǎo)軌副的型號為ggb20ba，其尺寸見上圖。計(jì)算及說明結(jié)果5、電機(jī)5.1、負(fù)載慣量的計(jì)算絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量工作臺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5.2、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算快速空程啟動(dòng)時(shí)電機(jī)所需力矩；最大切削負(fù)載時(shí)電機(jī)所需力矩；快速進(jìn)給時(shí)電機(jī)所需力矩由于電機(jī)與絲杠間直接用聯(lián)軸器連接，所以傳動(dòng)鏈效率取0.9，滾球未加預(yù)緊力時(shí)的效率0取0.93；鉆床在x、y

10、軸進(jìn)給方向是沒有切削力的，所以沒有切削力矩?？蛰d加速力矩切削加速力矩摩擦力矩附加摩擦力矩 切削力矩 5.3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇查/product/stepmotor/86byg/86byg.html根據(jù)上述分析，最后我選定步距角為0.9度的型號為86byg101的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩為1.27我所需要的0.0287 。其外形結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示：6、聯(lián)軸器的選擇6.1、聯(lián)軸器的介紹 聯(lián)軸器屬于機(jī)械能用零誤了件范疇，用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖，減振和提高軸系動(dòng)

11、態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。6.2、聯(lián)軸器的選擇 因?yàn)樯鲜鏊x的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑為9.5mm，絲杠端徑為16mm，因此我所選的聯(lián)軸器為：所選的型號為lk7-c25k-9.525-12參數(shù)與外型尺寸如上圖所示。7、軸承座的選擇根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑為16mm，因此我先擇的軸承座為：查/daoquan2/homeproduct.asp其外觀圖為：其參數(shù)為根據(jù)參數(shù)，我所選的型號為ek-12裝配參數(shù)：四、總結(jié)經(jīng)過2個(gè)星期時(shí)間的課程設(shè)計(jì)完成了整個(gè)鉆床xy工作臺的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選取。在設(shè)計(jì)中也遇到了一些問題，在一些問題的上得不到及時(shí)的處理，卡在工作臺中心和導(dǎo)軌中心配合這個(gè)問題上很久，和同學(xué)討論也得不出結(jié)果，經(jīng)過老師的指導(dǎo)得到處理，感謝老師的的精心指導(dǎo)，也感謝同學(xué)的指正和幫助。由于本人經(jīng)驗(yàn)不足，專業(yè)水平有限以及一些不可預(yù)見的因素，所以設(shè)計(jì)中也必定會(huì)出現(xiàn)一些問題，懇請老師批評指正。這