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1、Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2012.4.816.1629, please register! 1 前言 设计目的 数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课， 特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。 本课程设计是以机电一体化的典型课题- - - 数控系统设计方案的拟定为主线， 通过对数控系统设计总体方案 的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的 机械、电子和微机方面的
2、知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力 以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 设计要求 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。 通过课程设计可以初步树立正确的设计思想， 了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在 教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、 计算机 I / O 接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图
3、的分析、电气执行元件的选用说明、 机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。 该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1 . 采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成 电路的选用、接口电路、软件编制等。 2 . 选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑 电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3 . 精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元 件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等） ，进行力矩、负载
4、功率、惯性 （转动惯量） 、加（减）速控制和误差计算。 4 . 学会使用手册及图表资料。 Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2012.4.816.1629, please register! 2 1.总体方案的确定 1.1 设计参数 系统分辨率为 0.01mm，其它设计参数如下表。 设计分组 最大铣刀直 径 最大铣削宽 度 ae 最 大 铣 削 深度 ap 加工材料 工 作 台 加 工 范 围 （mm） 最大移动速 度 4 16mm 5mm 2mm 碳钢 X=200,y=150 3m/min 工作台草图 1.2初选步进电动
5、机和丝杠 当传动比 i = 1时，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由 i =pbL 360?(公式 2 - 1 )， b为步进电机步距角 L o 为滚珠丝杠导程、p为系统脉冲当量。 选电动机型号为 55BF009，其步矩角b=9 . 0 选丝杠规格为 2004- 3(FYND) 其导程为 4mm, 由传动比公式pbLi =3600得 101. 036049 . 0=i 故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。 预选由广州菱科自动化设备有限公司生产的 LK13 系列刚性联轴器（） 。 1.3 初定工作台尺寸 查机电一体化设计手册 ，根据( G B / T 1 5 8
6、- 1 9 9 6 ) 选工作台 T 型槽尺寸如下： 深度 H=15mm 槽低宽度 B12mm 槽宽 A6mm C6mm 槽数5，间隔40mm Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2012.4.816.1629, please register! 3 ； 由工作台加工范围 200*150 选工作台尺寸 240 200 20 初定滚珠丝杠长度 L340mm B 5060 Lx+B+1020 3545 1.4 系统组成框图 B Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converte
7、r 2012.4.816.1629, please register! 4 2.机械部分的设计 2 . 1 传动系统等效转动惯量计算 2 . 1 . 1 机转子转动惯量查指导书表面 2 - 1 8 得20701. 0cmkgJD= 2 . 1 . 2 丝杠的转动惯量由指导书公式 2 - 3 有2341078. 0cmkgLDJS=得 234424. 010340278. 0cmkgJS=2 . 1 . 3 工作台转动惯量GJ 由于工作台材料为碳钢，故其质量为 kgvm74. 6220024108 . 73= 2220.0273. 074. 6)14. 324 . 0()2(cmkgmLJG=由
8、于联轴器的转动惯量小故可忽略不计 2 . 1 . 4 总转动惯量计算 25214. 00273. 0424. 00701. 0cmkgJJJJGSD=+=+=2 . 2 工作载荷分析及计算 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,此选用圆柱铣 刀,铣刀材料选择高速钢.查金属切削手册P3 9 8常用铣刀介绍表，选择细齿锥柄立铣刀， 其尺寸参数如下： D = 1 6 m m , 齿数 Z = 4 。 2 . 2 . 1 查金属切削手册P4 1 7细齿锥柄立铣刀切削
9、用量表得铣削速度min/20mv= 查铣工表 2 4 ，初选fa0.03mm 因此可得 min/375403. 045rZavnf= 查机械制造基础课程设计指导书表 4 - 1 5 立式铣床主轴转速表，选铣床型号 X 5 1 ，查其转速表并将转速 圆整为min/380rn = Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2012.4.816.1629, please register! 5 实际切削速度为min/1 .1910003801614. 3 1000mndv=故实际mmnZvaf0296. 0380445=2 . 2 .
10、2 根据指导书表 2 - 2 得高速钢铣刀铣削公式为 zadaaCFpfeFZZ= 86. 0 072. 086. 081. 9查指导书表 2 - 3 得铣削力系数2 .68=FZC 有NFZ139.19552160296. 052 .6881. 986. 072. 086. 0=2 . 3进给工作台工作载荷计算 查指导书表 2 - 4 ，有如下表格参数 不对称铣削 比值 逆铣 顺铣 ZLFF / 1 2 0 9 ZVFF / 0 3 0 8 ZCFF / 0 4 0 4 故有纵向进给方向NFNFLSLN 625.175139.1959 . 0167.234139.1952 . 1 =工作台垂
11、直进给方向NFNFVSVN 11.156139.1958 . 054.58139.1953 . 0 =工作台横向进给方向NFFCSCN055.78139.1954 . 0= 2 . 4 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 2 . 4 . 1 最大工作载荷的计算 滚珠丝杠上的工作载荷mF为走刀抗力，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。 由于选择的导轨要求结构紧凑，间隙调整方便，摩损小，有良好的精度保持性且运动平稳，故选择直线滚 动导轨， 在此设计中还要求导轨能承受一定的颠覆力矩， 所以选择燕尾导轨的实验公式进行计算， 由式 2 - 1 1 Generated by Unregistere
12、d Batch DOC TO PDF Converter 2012.4.816.1629, please register! 6 )2(GFFfkFFCVLm+= 4 . 1=k 2 . 0=f 将所得数据代入公式有： NFm974.383)052.66055.78211.156(2 . 0167.2344 . 1=+= 2 . 4 . 2 最大动负载 C 的计算及主要尺寸初选 滚珠丝杠最大运载荷mmFfLC=3由指导书中可知61060tnL= KNCNCrLrLvna747. 736.1661974.3832125.1010125.10101500025.1160min/25.114045.
13、 01000100036 60=KmKKnFFn 故丝杠符合要求 2 . 5 导轨的选型和计算 由于选择的导轨为直线滚动导轨由指导书式 2 - 2 0 L50（FCa ffffWCTH）3每个滑块的的工作载荷NFGFvsh993.95411.1568 .749. 64=+=+ = 取硬度系数f H0.53、f T=1、f C0.81、f W2 预设导轨寿命 L=50KM 则根据此寿命可算出 Ca 3267kN 故选导轨型号 GDA20SV 符合要求，查指导书表 216 可知其Ca=12.4KN Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Convert
14、er 2012.4.816.1629, please register! 8 资料来源 h t t p : / / w w w . h j m t c . c n / c p z s _ d g _ c s . a s p 2 . 6 驱动电机的选用 根据脉冲当量和最大静转矩初选择电机 2 . 6 . 1 步距角的选择 已知脉冲当量脉冲/01. 0mmP= 由公式 2 - 2 3 PPb iL=01. 0360149 . 0 3600代入数据得 2.6.2 步进电机输出转矩的选择 查指导书表 2- 17 得 步进电机启动转矩KM与最大静转矩maxjM的关系有 707. 0/max=jKqMM
15、2 . 6 . 2 . 1 加速度力矩 2max10602 =tnJJMKa cmNMrvnkaPb=093. 4101 . 060 75014.325214. 0min/75036001. 09 . 030003602max max2 . 6 . 2 . 2 空载摩擦力矩（取传动系统总效率8 . 0=） . 、cmNiLfGMkf=+=029. 018 . 014. 324 . 0005. 0)831. 6052.66(20 NG052.66工作台,NG831. 68 . 9697. 0丝杠 2 . 6 . 2 . 2 附加摩擦力矩 cmNiLFMYJ=876. 1)9 . 01 (18 . 014. 324 . 0)3/974.383()1 (222 00 00 为滚珠丝杠未预紧时的传动效率取9 . 00= 故电机空载启动力矩 cmNMMcmNMMMMkqjkakfKq =+=+=471. 8707. 0/989. 5707. 0/989. 5876. 1093. 4029. 01max0Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Con
