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1、1,数控机床课程设计指导资料,学院数控专业方向,2,课程设计题目：,钻床数控改装用数控X、Y工作台设计,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。,课程设计的目的： 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。,3,例：钻床实物图片、 型号及主要技术参数,4,数控X、Y工作台实物图：,5,设计要求： 1、改造后的钻床能够加工最大面积为AmmxBmm
2、的工 件，最大工件重量200kg； 2、数控XY工作台要求孔的定位精度在0.02mm内， 快进速度为3.6m/min，加减速时间为0.1秒。 注：A和B的推荐取值范围为180-300mm。,6,注：A和B的推荐取值范围为180-300mm。 分组-（按照学号先后顺序，每人取一组参数，每个人独立完成） L071班： 180 x180,180 x190,180 x200,180 x210,180 x220,180 x230, 180 x240,180 x250,180 x260,180 x270,180 x280,190 x180, 190 x190,190 x200,190 x210,190 x
3、220,190 x230,190 x240, 190 x250,190 x260,190 x270,190 x280,190 x290,190 x300, 200 x180,200 x190,200 x200,200 x210,200 x220,200 x230, 200 x240, 200 x250,200 x260,200 x270,200 x280,200 x290 200 x300,7,注：A和B的推荐取值范围为180-250mm。 分组-（按照学号先后顺序，每3个人取同一组参数，每个人独立完成） L072班： 210 x180,210 x190,210 x200,210 x210,2
4、10 x220,210 x230, 210 x240,210 x250,210 x260,210 x270,210 x280,210 x290, 210 x300,220 x180,220 x190,220 x200,220 x210,220 x220, 220 x230,220 x240,220 x250,220 x260,220 x270,220 x280,8,注：A和B的推荐取值范围为180-300mm。 分组-（按照学号先后顺序，每人取一组参数，每个人独立完成） L073班： 220 x290,220 x300,230 x180,230 x190,230 x200,230 x210,
5、230 x220,230 x230,230 x240,230 x250,230 x260,230 x270, 230 x280,230 x290,230 x300,240 x180,240 x190,240 x200, 240 x210,240 x220,240 x230,240 x240,240 x250,240 x260, 240 x270,240 x280,240 x290,240 x300,250 x180,250 x190, 250 x200, 250 x210,250 x220,250 x230,9,注：A和B的推荐取值范围为180-300mm。 分组-（按照学号先后顺序，每人取一
6、组参数，每个人独立完成） L074班： 250 x240,250 x250,250 x260,250 x270,250 x280,250 x290, 250 x300,260 x180,260 x190,260 x200,260 x210,260 x220, 260 x230,260 x240,260 x250,260 x260,260 x270,260 x280, 260 x290,260 x300,270 x180,270 x190,270 x200,270 x210, 270 x220,270 x230,270 x240,270 x250,270 x260,270 x270, 270 x
7、280, 270 x290,270 x300,280 x200,280 x210,280 x210,10,设计主要步骤- 一、确定设计总体方案； 二、机械部分改装设计（XY工作台的设计计算）； 1）初步确定工作台尺寸及其重量； 2）计算切削力； 3）传动系统设计（齿轮设计计算，各传动轴及各部件转动 惯量计算）； 4）滚珠丝杠传动的计算与选型； 设计步骤： a.求出螺旋传动的计算载荷Fc 其中，KF为载荷系数，无冲击平稳运转：1.0-1.2 一般冲击：1.2-1.5；有冲击和振动：1.5-2.5,11,设计主要步骤- KH为硬度系数, 滚道硬度HRC58：1.0；滚道硬度HRC55：1.11 滚
8、道硬度HRC50：1.56；滚道硬度HRC45：2.4；滚道硬度HRC40：3.85 KL为精度系数，精度等级C、D： 1.0； 精度等级E、F： 1.1 精度等级G： 1.25； 精度等级H：1.43 Fm为丝杠工作时的轴向压力， 为导轨的摩擦系数。 为最下面的丝杠以上的所有质量。 b.额定动载荷及寿命计算 初步确定滚珠丝杠的规格型号。选择的滚珠丝杠副的额定动载荷Ca，必需大于等于其计算值： Ca额定动载荷（N）；nm螺杆的平均转速，取90-110r/min Lh运转寿命（h）； Fc螺旋传动的计算载荷（N）,12,滚珠丝杠螺母副的标注：,此标注表示：,外循环垫片调隙式的双螺母滚珠丝杠副，名
9、义直径为30，螺距为5，一个螺母工作滚珠3.5圈，单列，D级精度，左旋，丝杠的螺纹部分长度为800，丝杠的总长度为1000。,滚珠丝杠螺母副精度等级的选择： 普通精度的数控机床可选用D级精度，精密型数控机床选用C级。,13,设计主要步骤- 5）滚动导轨参数计算与选型 .计算导轨的工作寿命Th（小时），要求寿命不低于5年； .计算导轨行程长度寿命Ts（Km），Ts=2ThLsn/1000, 其中：Ls为单向行程（m），n为每分钟往复次数； （可取4 - 6次/分钟） .计算导轨的额定动载荷Ca（N），可由下式求得： 其中F为每个滑座承受的工作载荷（N）; .根据额定动载荷Ca确定滚动导轨的型号及
10、结构尺寸。,14,直线滚动导轨副：,15,设计主要步骤- 6）步进电机的选型及计算： 由机床精度要求确定脉冲当量及步距角： 计算电机轴上的总当量负载转动惯量 丝杠的转动惯量： 其中，为丝杠密度取7.8 kg/ ,d为丝杠的等效直径(m), l为丝杠长度(m)。 工作台、工件、夹具、支承座等等折算到电机轴上的转动惯量： 其中， 为总的质量，kg； P为丝杠导程，mm。 *电机转子的转动惯量小的场合，可忽略不计。,(Kg* ),(Kg* ),16,6）步进电机的选型及计算： 电机轴转矩的计算 空载启动时，电机轴上的惯性转矩： 其中，t为电机加减速时间（=0.1s）；P-丝杠导程(m) Vmax为工
11、作台快进速度（=3.6m/min，换算为m/s）；为传动比. 电机轴上的当量摩擦转矩（工作台及工件重量引起） ： 为伺服传动链的总效率，可取0.8。 因丝杠副预紧力引起的电机轴上的附加摩擦转矩： （设预紧力为最大轴向载荷的1/3) 其中， 0为滚珠丝杠螺母副未预紧时的传动效率（=0.9）。 空载启动时电机轴上的最大静转矩： 所选取的步进电机的最大静转矩Ts需满足：,(Nm),(Nm),(Nm),17,6）步进电机的选型及计算 注意： 步进电机选型的时候，必需同时满足转动惯量及静转矩的要求。 即应进行惯量匹配验算： Jm为所选电机的转动惯量 由步进电机的矩频特性曲线确定电机的最大运行频率f，并应
12、满 足：f 为实际连续运行频率的最大值 7）联轴器的选择 三、编写设计说明书（不少于20页）。要求： 设计说明书中的有关计算公式应标明出处； 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；,18,参考格式：,目录 一、设计目的 二、设计要求 三、设计的内容和步骤 （一）总体设计方案 设计机构的性能要求 待改装钻床型号的确定 控制方式的确定 伺服系统的确定 工作台参数的初步选定 导轨的选型思路 滚珠丝杠选型思路 丝杠和电机连接零件的选取思路 支承座材料的选取 轴承类型的选取思路 （二）机械部分改装设计与计算 确定工作台的尺寸及其重量
13、 支承座参数设计 滚珠丝杠参数计算与选型 滚动导轨参数计算与选型 步进电机参数计算与选型,联轴器的选择 四、设计总结 五、参考文献,19,课程设计总体要求： 1、数控XY工作台机械部分装配图设计（A0）； 2、总装联系图（A4）； 3、工作台、螺母座、支承座零件图（选做）； 4、按照论文格式要求的设计说明书1份（不少于20页）； 5、CNC系统总体设计框图A4x1张（选做）； 时间要求2周内完成。参考进度： 总体方案设计及系统总体设计框图1天； 总装联系图绘制1天； 机械部分计算及结构设计2天； 装配图绘制3.5天； 编写设计说明书1.5天； 答辩1天,20,课程设计成绩考核： 设计者本人应首先对自己的设计思路及过程进行简单讲解 （做成ppt格式，3-4分钟/每人），然后进行答辩。 课程设计成绩 根据平时的设计情况、独立设计能力及答辩情况综合评定。 最终成绩定为五级：优、良、中、及格、不及格。 课程设计中如发现有抄袭他人设计的，一律作为不及格处理。,
