x-y数控工作台及其控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

x-y数控工作台及其控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。 ……本科毕业设计说明书（论文） 10 3 XY 数控工作台机械系统设计 XY 数控工作台的整体结构设计 进给传动系统示意图如图 31 所示 : 滚珠丝杠 图 31 传动系统示意图 如图 32 所示为典型 XY 工作台。 图 32 XY 工作台 考虑到 X、 Y 两个方向的加工范围接近，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量， X、 Y 两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置伺服电动机 工作台 ……本科毕业设计说明书（论文） 11 拟采用相同的型号与规格， 主要设计参数及其依据 X、 Y 方向的脉冲当量为 ； X、 Y 方向的定位精度均为  mm； 加工范围为 ㎜； 工作荷载 2020N； 工作寿命 15000h； 时间常数 T=30ms； 快速进给速度 m ax 20 00 / m inV mm 工作载荷分析及计算 铣削力的分析与计算 铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给）。 铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。 圆柱铣刀和端铣刀的 切削部分都可看做车刀刀头的演变，铣刀的每一刀齿相当于一把车刀。 通常假定铣削时铣刀受到的铣削力是作用在刀尖的某点上。 设刀齿上受到切削力的合力为 F，将 F 沿铣刀轴线、径向和切向进行分解，则分别为轴向铣削力 ，径向铣削力 和切向铣削力。 其中切向铣削力 是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床电机功率（即铣削功率）最多。 参考 [1]《数控机床与编程》选铣刀。 根据最大铣刀直径 d＝  32mm，最大铣削宽度mmae 16 ， 最大铣削深度 mmap 6 选择莫氏锥柄立铣刀，立铣刀各参数如表 所示： 表 立铣刀各参数 直径范 围  0 n 齿数 粗齿 中齿 细齿 636 30 ~45 10 15 3 4 5 根据工件材料为碳钢可确定铣削力的计算公式 31： zFx yFy……本科毕业设计说明书（论文） 12 0 .8 6 0 .7 2 0 .8 6 [ 2 ]09 .8 1Z F Z e f pF C a a a Z d  （ 31） 式中各参数如下 : FZC ———铣削力系数， CFz=； ea ———最大铣削宽度，本设计为 16mm； pa ———最大铣削深度，本设计为 6mm； Z ———铣刀齿数，齿数取 5； 0d ———圆柱铣刀直径，查得 d0=32mm(《机械制造技术基础课程设计指导教程》 )； fa ———每齿进给量（ mm/齿），即铣刀每转一个齿间角时，工件与铣刀的相对移动量，查得 fa =（ [3]《机电一体化系统设计》）； 故 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 69 . 8 1 6 8 . 2 1 6 0 . 1 6 5 3 2ZF       = 进给工作台工作载荷计算 此 处省略 NNNNNNNNNNNN 字。 如需要完整说明书和 设计 图纸等 .请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载。 该论文已经通过答辩 直线滚动导轨副的计算与选型 根据给定的工作荷载 Fz 和估算的 xW 和 yW 计算导轨的静安全系数 /SLf C P 0 （ 32） 式中， C0为导轨的基本静额定荷载 KN； 工作载荷 ( )ZP F W （ 33） 1 . 0 ~ 3 . 0 (SLf  一 般 运 行 情 况 ） ~ (SLf  运 动 时 受 冲 击 、 振 动 ） 根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受到中等冲击，所以取 ； ……本科毕业设计说明书（论文） 13 SL xyC f P0 （ 34） 0 .5 ( )x y Z x yP F W （ 35） xP = (F )xW =(2020+936)=1468N yP =1368N 0XC = SL xfP=4 1468=5872N 0YC =5472N 根据计算额定静荷载初选导轨： 选择 HJGA 系列滚动直线导轨，其型号为： HJGDA45A，如图 32 所示： 图 32 滚动直线导轨副 其参数如表 、表 ： 表 滚动直线导轨副的参数 额定载荷 /N 静态力矩 /N*M 滑块 导轨 导轨长度 动载荷 C 静载荷C0 AT BT CT gK /gKm L(mm) 5500 8770 3 700 表 滚动直线导轨副的参数 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M SL n 2 4 导轨的额定动载荷 17500aCN ……本科毕业设计说明书（论文） 14 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 滚珠丝杠螺母副类型选择 选用外循环，垫片式预紧方式的滚珠丝杠螺母副。 预选 系列的 丝杠，表面硬度 58~64HRC。 如图 33 所示： 图 33 滚珠丝杠螺母副 其参数具体如表 ： 表 滚珠丝杠螺母副的参数 规格 代号 公称直径0D 公称导程0hD 滚珠直径wD 螺旋升角 循环圈数 额定动载荷)(KNCa 额定静载荷)(KNCoa 接触刚度)/( mNKc  32 6 325。 915 滚珠丝杠螺母副的校核 最大工作载荷： 滚珠丝杠上的工作载荷 是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫进给牵引力。 它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。 工作载荷的计算公式： [ 5]()m L VF K F f F G   (36) 式中 K———考虑颠覆力矩影响的实验系 数，矩形导轨 K=。 f ———滚动导轨摩擦系数 ～ ，这里取 ； )(NFm……本科毕业设计说明书（论文） 15 G ———移动部件的重力（ N）； LF ———工作台纵向进给方向载荷； Fc ———工作台横向进给方向载荷； Fv ———工作台垂直进给方向载荷； Fm=＋ （ ＋ 20 ） = 最大动负载 C 的计算及主要尺寸初选 滚动丝杠最大动载荷 C 可用下式计算： [6]3 mmC L f F （ 37） 式中： L 为工作寿命，单位为 r610 ， 660 /10L nt （ 38） n 为丝杠转速 min)/(r ， 0/1000 Lvn  ； t 为额定使用寿命（ h），可取 t=15000h； mf为运转状态系数，无冲击取 1~，一般情况取 ~，有冲击振动取 ~； mF 为滚珠丝杠工作载荷（ N）。 初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷 aC 不得小于最大动载荷 C；CCa。 L0———滚珠丝杠导程，初选 L0=6mm； v———最大切削力下的进给速度 af———每齿进给量（ mm/齿） af=Z———铣刀齿数， Z=4 n———铣刀转速，区别与以上丝杠转速 n，取为 600r/min v=4600=168 r/min n= 01000Lv =(1000168)/6=28000 minr 660L = = ( 6 0 2 8 0 0 0 1 5 0 0 0 ) / = 2 5 2 0 0 ( r )10 nt  mmFfLC 3 = 3 25200 = 因为 Ca C ，所以所选滚珠丝杠螺母副符合最大动载荷要求。 传动效率计算： 滚珠丝杠螺母副的传动效率  为 0[ 7 ]0()4 33 %( 4 33 10 )tgtgtgtg  （ 39） ……本科毕业设计说明书（论文） 16 刚度验算： 滚珠丝杠计算满载时拉压变形量 1 1[ 8 ]42 4 2 7 . 3 4 5 4 0 0 . 0 0 8 42 0 . 6 1 0 7 5 4 . 3 8 5mFLEAmm    （ 310） 其中 L 取 540mm， M p aE  ， 222 3 8 5 4)231()2( mmdA   滚珠与螺纹滚道间的接触变形 2 2 23[ 8 ]3 20 .0 0 1 32 4 7 .6 80 .0 0 1 3 0 .0 0 2 9 1 34 4 3 .6 4 8 8mw Y JFD F Zmm   （ 311） 其中： 1 2 8 2 . 9 6 2 4 7 . 6 8mF N k g f， 4wD ， k g fNFF mYJ  ， 223)4/(3)/(  wm DdZ  ， 88225 3  列数圈数ZZ 滚珠丝杠副刚度验算： 丝杠的总变形量 12  应小于允许的变形量。 一般  不应大于机床进给系统规定的定位精度值的一半。 或者，由丝杠精度等级查出规定长度上允许的螺距误差，则相应长度上的变形量应该比它小。 否则，应考虑选用较大公称直径的滚珠丝杠。 机床的定位精度为： ， 12 0. 00 84 0. 00 29 13 0. 01 13 13 0. 02m m m m       。 因此所选的滚珠丝杠副刚度符合要求。 压杆稳定性验算： 滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定而产生纵向屈曲，即失去稳定。 失稳时的载荷 KF 为： （ 312） 10 N4422 10 10540    [8]2zK f EIF L……本科毕业设计说明书（论文） 17 其中， zf （丝杠承载方式系数，选用一端固定，一端浮动方式）， I 为截面惯量距， mmmmdI 7441   临界载荷 KF 与丝杠工作载荷 mF 之比称 为稳定性安全系数 kn ，如果 kn 大于需用稳定安全系数 kn ，则该滚珠丝杠就不会失稳。 因此，滚珠丝杠的压杆稳定条件为：  51 . 3 4 1 0 5 5 . 2 0 42 4 2 7 . 3 4KkkmFnnF     =~4 （ 313） 因此，所选滚珠丝杠符合稳定性要求。 滚珠丝杠副的精度等级 滚珠丝杠副的精度， [9]按国标 GB/T ,分为七个等级，即 10 级 ,1 级精度最高，依次降低。 立式铣床的工作精度：不平度 ，平行度，垂直度 （毫米 /毫米长度），表面粗糙度 m。 选用 4 级精度的滚珠丝杠。 滚珠丝杠的行程公差如表 所示： 表 滚珠丝杠的行程公差 项目 符号 有效行程 L （ mm） 精度等级 4 m 目标行程差 pe 500 15 450 12 行程变动差 mpV 490 13 440 12 任意 300mm内行程变量 300pV 16 2 弧度内行程变动量 2pV 7 同步带轮传动的设计和计算 同步带传动示意图如图 34 所示： 图 34 同步带传动 ……本科毕业设计说明书（论文） 18 确定梯形齿同步带轮的 基本参数 [10] （ 1）确定设计功率 设计功率 Ad kp  P 其中 AK 为载荷修正系数 根据已知工作条件查表取 =2AK , 则 dP ＝ AK P ＝ 2= （ 2）选择带形和节距 根据 P = 查表确定为 L 型，节距 bP ＝ （ 3）传动比的选择 带传动是一种最常见的机械传动形式，它主要用于传递转矩和改变转速。 大部分带传动是依靠扰性传动与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的，铣床方。