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1、 数控机床课程设计课题名称 X-Y数控工作台设计 学 院 机械工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2016年 月 日目录一、设计的目的1二、设计任务1三、设计主要步骤1（一） 确定设计总体方案11. 机械传动部件的选择。12. 控制系统的设计，完成进给控制系统原理框图及步进电机的控制驱动。2（二）机械传动部件的计算与选型21.导轨上移动部件的重量估算。22. 计算切削力。3（三） 滚珠丝杠传动的设计计算及效验。41. 最大工作载荷的计算。42. 最大计算动载荷的确定。43. 规格型号的初选。54. 传动效率的计算。65. 刚度的验算。76. 稳定性的验算。87. 临界转速的验算
2、。88. 滚珠丝杠的选型及安装连接尺寸的确定。9（四）步进电动机的传动计算及电动机选用。121.传动计算122.步进电动机的计算及选型。123. 步进电动机转轴上的等效负载转矩M的计算。15（五）滚动导轨的设计计算181.工作载荷的计算。182. 小时额定工作寿命的计算。193. 距离额定寿命的计算。194. 额定动载荷计算。195. 导轨副选型206.安装连接尺寸。21四、控制系统的设计22五、机械部分装配图的绘制22结束语23致谢23参考文献24II一、 设计的目的数控机床课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学理论知识，独立进行的设计训练，主要目的是：1）通过本设计，使学
3、生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。2）通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法及选用原则。3）通过伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。4）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。5）锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。二、设计任务设计一套供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：1） 立铣刀最大直径；立铣刀齿数；最大铣削宽度；最大背吃刀量；加工材料为碳素钢或有色金属。其它参数如下表。第一组
4、第2组第3组第4组第5组第6组X、Y方向的定位精度mm工作台尺寸为mm加工范围为mm工作台空载最快移动速度mm/min500045004000350030002500工作台进给最快移动速度mm/min500450400350300250加减速时间s0.30.330.360.390.420.45三、设计主要步骤（一） 确定设计总体方案1. 机械传动部件的选择。（1）丝杠螺母副的选用。由于该立式铣床为经济型机床，由于精度要求不高，因此采用开环控制，在工作中需把电动机的旋转运动转换成直线运动，而且对定位精度有要求，因此选择定位丝杠。由于需要达到的定位精度，初选的脉冲当量。而滑动丝杠副的定位精度普遍为
5、，达不到所要求的定位精度，因此选择滚珠丝杠螺母副，根据数控机床系统设计P95-P97可知滚珠丝杠螺母副具有摩擦损耗低、传动效率高、动/静摩擦变化小、低速时无爬行及使用寿命长等优点，并可通过丝杠螺母的预紧消除间隙，提高传动刚度。1）精度等级的确定由现代数控机床设计典例P229选取滚珠丝杠的精度等级为P4。2）滚珠循环方式的确定由数控机床系统设计P96-P97可知外循环回路转折平缓，便于滚珠循环，同时结构简单，加工方便。因此滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式选择外循环。3）预紧方式的选择由数控机床设计实践指南P105可知垫片预紧具有结构简单、装卸方便、刚度高等优点，考虑到本机床为经济型机床，定位精度要求
6、不高，因此选择垫片预紧。4）支承形式的选择已知工作台最快移动速度（ ），定位精度为（ ），加工范围为（ ），转速不高，有位置精度要求，由现代数控机床设计典例P57选择一端固定，一端游动的支承形式。这种支承形式的特点是压杆稳定性更高和临界转速更高。（2） 导轨副的选用。由于本机床为经济型数控机床，工作台直线运动，载荷不大，运动速度低，定位精度要求为（ ），由数控机床系统设计P180-P181可知滚动导轨运动灵敏度高，摩擦系数小，定位精度高等优点，因此选择双导轨循环式滚珠导轨。由现代数控机床设计典例表2.4-1，选择滚动导轨精度等级为P3，预载荷等级为P2，预载荷值为0.025C。（3） 伺服电动
7、机的选用。由于本机床为经济型立式数控铣床，伺服进给系统采用开环系统，定位精度要求较低，脉冲当量为（ ），定位精度为（ ），最快移动速度为（ ）。由数控机床系统设计P107，从经济实用角度出发，选用步进电机。（4） 减速装置的选用。由于本机床为经济型立式数控铣床，伺服进给系统采用开环系统，从而为了简化机械结构，保证较高的传动精度和传动刚度，首先初定电动机通过联轴器直接与丝杠联接。2. 控制系统的设计，完成进给控制系统原理框图及步进电机的控制驱动。根据机床设计要求，绘制进给控制系统原理框图如图伺服机构数控装置控制介质工作台（二）机械传动部件的计算与选型 1.导轨上移动部件的重量估算。按照下导轨上面
8、移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杆副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为（ ）。2. 计算切削力。根据题目所给要求，确定加工材料主要是碳素钢或有色金属，由切削用量简明手册表3.28可得切削力计算公式式中 铣刀直径，由任务书中可知 （ ）； 最大背吃刀量，（ ）； 每齿进给量，由目前刀具应用范围，选择机床所用刀具主要是硬质合金立铣刀，查数控加工工艺与编程表1-9选择（ ）； 最大铣削宽度，由任务书中可知（ ）； 齿数，由任务书中可知（ ）； 转速，由于切削力随着主轴转速的增大而减小，而数控铣床的主轴转速普遍在以上，因此在此确定为切削力最大时的主轴转速；
