數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)-X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)

《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械工程及自動化班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師2015年6月25日設(shè)計(jì)的目的《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)是一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的是：1）通過本設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其相關(guān)基本知識，學(xué)習(xí)總體方案擬定、分析與比較的方法。2）通過對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法及選用原則。3）通過伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電動機(jī)的工作原理、計(jì)算選擇方法與控制驅(qū)動方式。4）培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想。5）鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料以及撰寫科技論文的能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：立銑刀最大直徑；立銑刀齒數(shù)；最大銑削寬度；最大背吃刀量；加工材料為碳素鋼或有色金屬。X、Y方向的定位精度均為。工作臺尺寸為，加工范圍為；工作臺空載最快移動速度，工作臺進(jìn)給最快移動速度，加減速0.4s。三、設(shè)計(jì)主要步驟（一）確定設(shè)計(jì)總體方案1.機(jī)械傳動部件的選擇。（1）絲杠螺母副的選用。由于該立式銑床為經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，由于精度要求不高，因此采用開環(huán)控制，在工作中需把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，而且對定位精度有要求，因此選擇定位絲杠。由于需要達(dá)到的定位精度，初選的脈沖當(dāng)量。而滑動絲杠副的定位精度普遍為，達(dá)不到所要求的定位精度，因此選擇滾珠絲杠螺母副，根據(jù)《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P95-P97可知滾珠絲杠螺母副具有摩擦損耗低、傳動效率高、動/靜摩擦變化小、低速時無爬行及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并可通過絲杠螺母的預(yù)緊消除間隙，提高傳動剛度。1）精度等級的確定由《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例》P229選取滾珠絲杠的精度等級為P4。2）滾珠循環(huán)方式的確定由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P96-P97可知外循環(huán)回路轉(zhuǎn)折平緩，便于滾珠循環(huán)，同時結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。因此滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式選擇外循環(huán)。3）預(yù)緊方式的選擇由《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》P105可知墊片預(yù)緊具有結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便、剛度高等優(yōu)點(diǎn)，考慮到本機(jī)床為經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，定位精度要求不高，因此選擇墊片預(yù)緊。4）支承形式的選擇已知工作臺最快移動速度，定位精度為，加工范圍為，轉(zhuǎn)速不高，有位置精度要求，由《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例》P57選擇一端固定，一端游動的支承形式。這種支承形式的特點(diǎn)是壓桿穩(wěn)定性更高和臨界轉(zhuǎn)速更高。導(dǎo)軌副的選用。由于本機(jī)床為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，工作臺直線運(yùn)動，載荷不大，運(yùn)動速度低，定位精度要求為，由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P180-P181可知滾動導(dǎo)軌運(yùn)動靈敏度高，摩擦系數(shù)小，定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇雙導(dǎo)軌循環(huán)式滾珠導(dǎo)軌。由《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例》表2.4-1，選擇滾動導(dǎo)軌精度等級為P3，預(yù)載荷等級為P2，預(yù)載荷值為0.025C。伺服電動機(jī)的選用。由于本機(jī)床為經(jīng)濟(jì)型立式數(shù)控銑床，伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用開環(huán)系統(tǒng)，定位精度要求較低，脈沖當(dāng)量為，定位精度為，最快移動速度為。由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P107，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度出發(fā)，選用步進(jìn)電機(jī)。減速裝置的選用。由于本機(jī)床為經(jīng)濟(jì)型立式數(shù)控銑床，伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用開環(huán)系統(tǒng)，從而為了簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，保證較高的傳動精度和傳動剛度，首先初定電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖及步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動。根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)要求，繪制進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖如圖伺服機(jī)構(gòu)數(shù)控裝置控制介質(zhì)伺服機(jī)構(gòu)數(shù)控裝置控制介質(zhì)工作臺（二）機(jī)械傳動部件的計(jì)算與選型1.導(dǎo)軌上移動部件的重量估算。按照下導(dǎo)軌上面移動部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機(jī)、減速箱、滾珠絲桿副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為800N。計(jì)算切削力。根據(jù)題目所給要求，確定加工材料主要是碳素鋼或有色金屬，由《切削用量簡明手冊》表3.28可得切削力計(jì)算公式式中——銑刀直徑，由任務(wù)書中可知；——最大背吃刀量，；——每齒進(jìn)給量，由目前刀具應(yīng)用范圍，選擇機(jī)床所用刀具主要是硬質(zhì)合金立銑刀，查《數(shù)控加工工藝與編程》表1-9選擇；——最大銑削寬度，由任務(wù)書中可知；——齒數(shù)，由任務(wù)書中可知；——轉(zhuǎn)速，由于切削力隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小，而數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速普遍在以上，因此在此確定為切削力最大時的主軸轉(zhuǎn)速；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；——查《切削用量簡明手冊》表3.28可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得由于銑削對象主要是碳素鋼和有色金屬，選擇銑削方式為不對稱逆銑，查《金屬切削原理和刀具》表15.4選擇各銑削分力的經(jīng)驗(yàn)比值如下水平進(jìn)給力：垂直進(jìn)給力：軸向進(jìn)給力：代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得水平進(jìn)給力：垂直進(jìn)給力：橫向進(jìn)給力：滾珠絲杠傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算及效驗(yàn)。最大工作載荷的計(jì)算。由經(jīng)驗(yàn)公式式中——水平進(jìn)給力，由上可知；——垂直進(jìn)給力，由上可知；——橫向進(jìn)給力，由上可知；——工作臺重量，由上可知；——摩擦系數(shù)，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P180可得代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得最大計(jì)算動載荷的確定。初定絲杠導(dǎo)程查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第5卷P34-19，根據(jù)公稱導(dǎo)程的優(yōu)先系列，初定滾珠絲杠的導(dǎo)程。動載強(qiáng)度計(jì)算已知工作臺在進(jìn)給時，最高速度為，根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式計(jì)算可得由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P89可知當(dāng)轉(zhuǎn)速時，滾珠絲杠螺母副的主要破壞形式是工作表面的疲勞點(diǎn)蝕，因此需要進(jìn)行動載強(qiáng)度的計(jì)算。查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》P114可得動載強(qiáng)度計(jì)算公式式中——動載荷系數(shù)，查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表4-14，由于機(jī)床承受的一般為中等沖擊，選擇；——硬度系數(shù)，查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表4-15，由硬度，選擇；——當(dāng)量動載荷，查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》P114得式中——最大工作載荷，由上可得；——最小工作載荷，由上可得；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得——壽命，以轉(zhuǎn)為1單位，查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》P114得式中——使用壽命，一般數(shù)控機(jī)床工作年限為10年，每天工作8小時，因此；——當(dāng)量轉(zhuǎn)速，由上可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得最終代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得規(guī)格型號的初選。根據(jù)計(jì)算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，上網(wǎng)查詢有關(guān)廠家產(chǎn)品資料，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度出發(fā)，選擇BSS2505的外循環(huán)插管式滾珠絲杠副，由廠家提供產(chǎn)品規(guī)格，我們可以得知：其公稱直徑為25mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為2.5圈×1列，由廠家提供的資料查得額定動載荷，滿足的要求。其詳細(xì)參數(shù)如表3-1。表3-1滾珠絲杠主要尺寸絲杠滾道參數(shù)名稱符合計(jì)算公式公稱直徑導(dǎo)程接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角絲杠絲杠外徑絲杠內(nèi)徑螺桿接觸點(diǎn)直徑絲杠螺母螺母螺紋大徑螺母內(nèi)徑傳動效率的計(jì)算。查《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》P33可得傳動效率計(jì)算公式式中——螺紋升角，由表2.1可知——摩擦角，一般??；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得剛度的驗(yàn)算。按最不利的情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性變形方向是一致的。查《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》P32可得彈性變形的計(jì)算公式式中，其中由上可知，，，，代入計(jì)算；——摩擦系數(shù)，?。弧z杠內(nèi)徑，由表2.1可知；——螺距，由上可知；——剪切模量，查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》表1.1-4選擇；——彈性模量，查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》表1.1-4選擇；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得每米螺紋上長度上的螺紋距離的彈性變形為查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第5卷得有效行程內(nèi)的平均偏差，行程變動量，平均行程變動量，已知定位精度為，即。因?yàn)椋詣偠闰?yàn)算通過，絲杠螺母副剛度符合要求。穩(wěn)定性的驗(yàn)算。細(xì)長絲杠在受壓縮載荷時，應(yīng)驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性，不會發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷。查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P100臨界載荷計(jì)算公式式中——絲杠公稱直徑，由上部分可知；——滾珠絲杠直徑，由上部分可知；——絲杠最大受壓長度，由于工作臺范圍最大為260mm，因此取絲杠有效行程為280mm，因此絲杠最大受壓長度為280mm，即0.28m?！z杠支承方式系數(shù)，當(dāng)一端固定，一端游動時，；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得因此經(jīng)過穩(wěn)定性檢驗(yàn)，所選絲杠符合要求。臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算。對于高速長絲杠有可能發(fā)生共振，需要驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P100可得計(jì)算公式式中——臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度，經(jīng)查資料確定為支承間長度，由上部分可知螺母長度為67mm，由上可知絲杠有效行程為280mm，可知；——絲杠支承方式系數(shù)，當(dāng)一端固定，一端游動時，；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得經(jīng)驗(yàn)算，轉(zhuǎn)速符合要求。滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定。支承部件——軸承座的選擇由于絲杠受用一端固定一端游動的支承方式，經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第3卷P20-96確定在固定端選用成對角接觸球軸承（背對背），在游動端選擇深溝球軸承，這樣的軸承組合具有可承受較大的徑向和軸向載荷，結(jié)構(gòu)簡單和調(diào)整方便等特點(diǎn)。經(jīng)上網(wǎng)查詢，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用和結(jié)構(gòu)緊湊的角度考慮，廠家比對，固定端選用上海銳湛軸承有限公司生產(chǎn)的BK20軸承座，此類軸承座內(nèi)含一對角接觸球軸承，背對背配置；游動端選用上海銳湛軸承有限公司生產(chǎn)的BF20軸承座，此類軸承座內(nèi)含一個深溝球軸承，具體參數(shù)如圖3-1和3-2所示。圖3-1BK系列軸承參數(shù)圖3-1BK系列軸承參數(shù)圖3-2BF系列軸承參數(shù)圖3-2BF系列軸承參數(shù)聯(lián)軸器的選擇由于絲杠與電動機(jī)主軸相連，需考慮振動等情況，因此選用彈性膜片聯(lián)軸器，經(jīng)上網(wǎng)查詢，選擇天津騰驥科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的TJ-A-050SA型的聯(lián)軸器。具體規(guī)格尺寸如圖3-1所示圖3-1聯(lián)軸器規(guī)格和尺寸圖3-1聯(lián)軸器規(guī)格和尺寸絲杠長度的計(jì)算查得絲杠長度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式式中——有效行程長度，由上可知；——螺母長度，由上可知；——聯(lián)軸器伸入長度，由上可知；——軸承座長度總和，由所選軸承座幾何參數(shù)可知；——余程，取；代入數(shù)據(jù)可得具體安裝尺寸如圖3-2和圖3-3所示圖3-2滾珠絲杠尺寸示意圖圖3-2滾珠絲杠尺寸示意圖圖3-3滾珠絲杠技術(shù)數(shù)據(jù)圖圖3-3滾珠絲杠技術(shù)數(shù)據(jù)圖（四）步進(jìn)電動機(jī)的傳動計(jì)算及電動機(jī)選用。1.傳動計(jì)算由于本機(jī)床要求的位置精度為，選用的脈沖當(dāng)量為，由于總體方案中選擇電動機(jī)主軸通過聯(lián)軸器與絲杠相連，因此可知傳動比。查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P110中可得計(jì)算公式式中——脈沖當(dāng)量，由上可知；——傳動比，由上可知；——滾珠絲杠的導(dǎo)程，由上可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得因此需選擇步距角的步進(jìn)電機(jī)。2.步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算及選型。（1）步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J的計(jì)算?？傓D(zhuǎn)動慣量J主要包括電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、減速裝置與滾珠絲桿一級移動部件等折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量等。1）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件慣量的計(jì)算①聯(lián)軸器的慣量由所選的聯(lián)軸器的生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)可知；②絲杠轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算式中——圓柱體直徑，本式中按絲杠外徑計(jì)算，因此；——圓柱體長度，由上可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得直線運(yùn)動部件轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P123可得沿直線軸移動物體的慣量的計(jì)算公式式中——工作臺（含工件）質(zhì)量，由任務(wù)書可知；——絲杠螺距，選擇得到絲杠為單頭螺紋，因此；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得負(fù)載慣量的計(jì)算式中——絲杠慣量，；——聯(lián)軸器慣量，；——工作臺慣量，；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第5卷35-85選用BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)過上網(wǎng)查詢廠家產(chǎn)品信息，根據(jù)步距角等要求，經(jīng)過分析比對，初選北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司的90BYG550B-SAKRML-0307的步進(jìn)電機(jī)。具體技術(shù)參數(shù)如圖3-4、圖3-5和圖3-6所示圖3-4電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)圖3-4電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)圖3-5電動機(jī)矩頻圖圖3-5電動機(jī)矩頻圖圖3-6電動機(jī)外形尺寸圖3-6電動機(jī)外形尺寸總轉(zhuǎn)動慣量查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P124可知式中——負(fù)載慣量，由上可知；——電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，由廠家提供的技術(shù)資料可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P126可得小慣量直流伺服電動機(jī)的匹配關(guān)系為，而因?yàn)椋运x的步進(jìn)電機(jī)滿足要求。3.步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計(jì)算。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是有區(qū)別的，而最大切削負(fù)載時所需力矩和快速空載啟動時所需力矩是最大的，因此考慮最大切削負(fù)載時電動機(jī)所需力矩。由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P122可得最大切削負(fù)載時電動機(jī)所需力矩計(jì)算公式和快速空載啟動時所需力矩計(jì)算公式

式中——切削時折算到電動機(jī)軸上的加速力矩，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表5-5可得計(jì)算公式（式中——折算到電動機(jī)軸上的總慣量，由上可知；——系統(tǒng)時間常數(shù)，由任務(wù)書中可知；——電機(jī)轉(zhuǎn)速，由上可知，；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得）——折算摩擦力矩，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》得計(jì)算公式（式中——導(dǎo)軌摩擦力，由上可知——絲杠螺距，即；——齒輪降速比，由于本進(jìn)給傳動系統(tǒng)沒有采用減速裝置，因此；——傳動鏈總效率，由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P122??；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得）——由于絲杠預(yù)緊引起的折算到電動機(jī)軸上的附加摩擦力矩，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表5-5可得計(jì)算公式（式中——最大軸向載荷，由上可知；——絲杠螺距，即；——齒輪降噪比，由上可知；——傳動鏈總效率，由上可知；——滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率，?。淮霐?shù)據(jù)計(jì)算可得）——折算到電動機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表5-5得計(jì)算公式（式中——進(jìn)給方向的最大切削力，由上可得；——絲杠螺距，即；——齒輪降噪比，由上可知；——傳動鏈總效率，由上一個參數(shù)計(jì)算過程可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得）代入各部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算可得從所選電機(jī)的生產(chǎn)參加提供的產(chǎn)品資料可查得電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為，由于，因此所選的電機(jī)符合要求。步進(jìn)電動機(jī)的初選。由第（四）部分中的第2點(diǎn)可知初選北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司的90BYG550B-SAKRML-0307的步進(jìn)電機(jī)。（4）步進(jìn)電動機(jī)的性能校核。1）最快工作進(jìn)給速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核。由（2）可知，因?yàn)?，所以所選電動機(jī)最快工作進(jìn)給速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩符合要求。2）最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核。由（2）可知，因?yàn)椋运x電動機(jī)最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩符合要求。3）最快空載移動時電動機(jī)運(yùn)行頻率校核。由《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》P137可得步進(jìn)電機(jī)工作時最高運(yùn)行頻率計(jì)算公式式中——機(jī)床運(yùn)行最高速度，由任務(wù)書中可知；——脈沖當(dāng)量，由上可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第5卷P35-85可查得90BYG5502型的電動機(jī)的空載運(yùn)行頻率為以上，由可知所選電動機(jī)符合要求。4）啟動頻率的校核。查《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》P139可得啟動頻率計(jì)算公式式中、——步進(jìn)電機(jī)負(fù)載及空載時的起動頻率，由廠家提供的技術(shù)資料圖可得；、——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，由上可知，；——負(fù)載摩擦轉(zhuǎn)矩，由上可知；——電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，由廠家提供的矩頻特性圖可查得；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得因此要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺的進(jìn)給傳動系統(tǒng)選用的北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司的90BYG550B-SAKRML-0307的步進(jìn)電機(jī)完全滿足設(shè)計(jì)要求。（五）滾動導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算1.工作載荷的計(jì)算。因?yàn)楣ぷ鬏d荷是影響導(dǎo)軌副適用壽命的重要因素，對于水平布置的十字工作臺，多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]到有可能在實(shí)際加工時發(fā)生的最不利的情況，即垂直于臺面的銑削力分力全部作用在其中一個滑塊上，則單個滑塊座上所承受的工作載荷為式中——移動部件重量，已知；——軸線進(jìn)給力，由上可知；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得小時額定工作壽命的計(jì)算。由上可知，。距離額定壽命的計(jì)算。由額定工作壽命計(jì)算公式可以反推出距離額定壽命計(jì)算公式式中——距離額定壽命，單位為km；——移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)(可取4-6次/分鐘)取5次每分鐘；——移動件行程長度，一般與有效行程一致，因此；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得額定動載荷計(jì)算。根據(jù)《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P185中的預(yù)期壽命計(jì)算公式反推出額定動載荷的計(jì)算公式式中——滾動導(dǎo)軌的預(yù)期壽命，由上可知；——導(dǎo)軌塊的工作載荷，由上可知；——硬度系數(shù)，由導(dǎo)軌面硬度系數(shù)普遍在58HRC以上可查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P185得；——溫度系數(shù)，由于本機(jī)床工作環(huán)境低于，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P185得；——接觸系數(shù)，由于本導(dǎo)軌副具有四個導(dǎo)軌塊，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P185得；——載荷系數(shù)，由于本機(jī)床工作時，無明顯沖擊振動，而速度，查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P185得；代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得導(dǎo)軌副選型根據(jù)額定動載荷計(jì)算公式可知若需滿足距離額定壽命，所選導(dǎo)軌副的額定動載荷需滿足。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第2卷，上網(wǎng)查詢產(chǎn)品資料，選用南京工藝裝備制造廠生產(chǎn)的GGB20BA型導(dǎo)軌，由廠家提供的產(chǎn)品資料顯示，該型號額定動載荷為，滿足額定動載荷要求，具體結(jié)構(gòu)幾何尺寸如圖3-7所示圖3-7導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸圖3-7導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸6.安裝連接尺寸。由所選導(dǎo)軌副的產(chǎn)品資料可知安裝連接尺寸詳細(xì)如圖，其中導(dǎo)軌長度與絲杠長度相等，為。其他安裝連接尺寸如圖3-8所示。圖3-8導(dǎo)軌安裝尺寸圖3-8導(dǎo)軌安裝尺寸四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時主要考慮以下功能：1.接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；2.接受限位開關(guān)信號；3.控制X，Y向步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動器；4.與PC機(jī)的串行通信。（1）設(shè)計(jì)的X-Y工作臺準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。（2）對于步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的CPU，應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書的相關(guān)指標(biāo)。（3）要設(shè)計(jì)一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴(kuò)展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示器、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。（4）選擇合適的驅(qū)動電源，與步進(jìn)電動機(jī)配套使用。（5）繪制總體方案圖，如圖4.1所示。圖4.1總體方案圖圖4.1總體方案圖五、機(jī)械部分裝配圖的繪制裝配圖見附件A1圖紙。結(jié)束語在為期兩周的數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)中我進(jìn)行了數(shù)控機(jī)床工作臺進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，其中主要包括滾珠絲杠、電機(jī)、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型，對過去所學(xué)的專業(yè)知識進(jìn)行了綜合的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過程中我不斷地溫習(xí)所學(xué)過的知識，鍛煉了自己的分析和解決實(shí)際問題的能力，鞏固、加深了專業(yè)知識；而在另一方面，由于在設(shè)計(jì)過程中需要自己不斷思考、創(chuàng)新，又需要查閱現(xiàn)有的資料，借鑒他人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、專業(yè)書籍以及借鑒同類設(shè)計(jì)并加以創(chuàng)新的能力。而本次課程設(shè)計(jì)需要手工作圖，因此鍛煉自己手工繪圖的能力。并在做設(shè)計(jì)的過程中樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。致謝課程設(shè)計(jì)是對我們所學(xué)的專業(yè)知識運(yùn)用能力的一次全面的考核，也是對我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立地分析問題和解決問題的能力，為以后進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)、撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，要感謝指導(dǎo)本次課程設(shè)計(jì)的老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到課程設(shè)計(jì)中去。還要感謝我的同學(xué)們，在遇到問題的時候，我們一起討論，幫助我解開了許多設(shè)計(jì)中的疑惑。最后還要感謝相關(guān)參考文獻(xiàn)的編著者以及熱心提供所選配件技術(shù)資料的廠家。參考文獻(xiàn)[1]文懷興，夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.3[2]龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2[3]文懷興，夏田.數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.1[4]艾興，肖詩鋼.切削用量簡明手冊.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.6[5]晏初宏.數(shù)控加工工藝與編程.第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.6[6]韓榮第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