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1、广西科技大学（筹）课程设计说明书 广西科技大学（筹）课程设计说明书 设计题目 钻床数控改装用数控XY工作台设计 系 别 职 教 院 专业班级 机自? 学生姓名 ? 学 号 2010022010? 指导教师 吴 汉 夫 日 期 2012/12/14 目 录 目录.1 摘要.2一、 设计目的.3二、 设计要求.3三、 设计的内容和步骤（一）总体设计方案.31设计机构的性能要求.32待改装钻床型号的确定.43控制方式的确定.54伺服系统的确定.65工作台参数的初步确定.76导轨的选型思路.77滚珠丝杠选型思路.88丝杠和电机连续零件的选取思路.109支承座材料的选取.1010轴承类型的选取思路.10
2、（二） 机械部分改装设计与计算 1确定工作台的尺寸及其重量.122支承座参数设计.123滚珠丝杠参数计算与选型.174滚动导轨参数计算与选型.205步进电机参数计算与选型.226联轴器的选择.27四、 设计总结.28五、 参考文献.29 摘要数控XY工作台具有自动化程度高的特点。将钻床进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。本次设计主要对数控XY工作台的机械部分进行设计，对滚珠丝杠，滚动导轨及步进电动机做了设计计算并选型，对相关支撑部件和连接部件进行了分析计算和选型改造。另外，零件图和装配图利用AutoCAD 绘制完成。 本次设计
3、我主要针对以下几个方面进行设计计算：工作台总重量的估算。滚珠丝杠的相关计算与选型。通过对滚珠丝杠的动载荷及静载荷的计算，确定所要丝杠的动静载荷值，并据此选型。滚动导轨的相关计算与选型。分别计算滚动导轨的动载荷及其工作寿命来确定滚动导轨的参数，并据此选型。 步进电动机的相关计算和选型。我分别作了其转动惯量和转动力矩的计算，根据所得的数据作步进电动机进行选型。同时对其进行了惯量验算和最大运行频率验算。最后设计出了如装配图所示的XY工作台。 关键字：XY工作台 步进电动机 滚动导轨 滚珠丝杠一、 设计目的数控机床课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练
4、，本次设计的主要目的： 1、 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 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、设计计算及选用的方式 3、 通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式 4、 培养相应的创新意识、工程意识和动手能力 5、 锻炼提高学生设计能力，为毕业设计打好基础。二、设计要求改造后的钻床能够加工最大面积为Amm*Bmm的工件，最大工件重量200kg;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，
5、加减速时间为0.1秒。注：A和B的推荐取值范围为180-250mm，本次设计题目A和B的数值均为240。三、设计的内容和步骤（一）总体设计方案1、设计机构的性能要求机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足以下几方面： （1）转动惯量小 在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。 （2）刚度大 刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度对机械系统而言是有利
6、的：伺服系统动力损失随之减小。机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。增加闭环伺服系统的稳定性。所以在设计时应选用大的刚度的机构。 （3）阻尼合适 机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳态误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选着适当。 此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间隙小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性相匹配。 2.待改装钻床型号的确定根据本次课程设计改造范围，是设计一套简易的数控工作台，固定在某台钻床的工作台上，所以要对机床的改动尽可能少，
7、控制部分要有较高的动态特性，动态刚度，阻尼精度，耐磨性及抗热变形性能。改造前要对原钻床的性能，有关参数，以便对机床的本身精度高低来确定改造后精度和改造范围。下面Z5140B钻床是本设计要改装的机床：（钻床资料来http:/ 3、控制方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，可选用点位控制方式。数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工， 对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。4、伺服系统的确定XY 工作台系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动, 系统没有检测装置; 半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动, 并在电机输出轴安装脉冲编码器, 将速度反馈信号传给控制单元; 闭环的伺服系统也是采用交流或直流伺服电机驱动, 位置检测装置安装在工作台末端, 将位置反馈信号传给控制单元。闭环和半闭环伺服系统价格昂贵，结构复杂，同时其可控分辨率也很高。
