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1、徐州工程学院毕业设计(论文)图书分类号：密 级：XK-160小型数控铣床XY工作台的设计XY-160 SMALL-DCALE CNC MILLING MACHINE DESIGN X-Y WORKTABLE摘要随着现代信息技术的发展，以提高产品加工的生产效率为主的高度自动化和以提高产品的质量为主的精密化成为现代机械加工技术发展的两个主要方向。人们对航空机、数控机床、精密仪器和仪表以及各种精密机械设备提出了越来越高的精度要求，X-Y作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。本设计通过伺服系统控制伺服电机经过数控机床进给系统包括丝杠螺母副及其支撑部件等，即将伺
2、服电机的转动转化为工作台的进给运动。整个设计包括了伺服电机的选型，滚珠丝杠的选型、强度校核及其生产设计中应注意的问题，连接伺服电机和滚珠丝杠副的联轴器的选型与校核，支承件轴承的设计，导轨及机架的设计。通过对工作台机械传动链的系统设计以期满足机床进给系统的定位精度和静动态性能，从而确保机床的加工精度。关键词 X-Y工作台；伺服系统；滚珠丝杠AbstractWith the development of modern information techniques, the high automation with the main purpose of improving the producti
3、on efficiency of product process and the accuracy with the accuracy with the main aim of improving the quality of product have been becoming the two major directions of the modern technique of mechanical process. People on the air machines, CNC machine tools, precision instruments and meters and all
4、 kinds of sophisticated machinery and equipment raised higher and higher precision, XY for Taiwan is that these high-precision machining equipment to achieve the core components, for improving the quality of processed products play Is particularly important role. The servo system designed to control
5、 the servo motor to the transmission system into the NC machine tools, including screw and nut bearing components such as vice, is about to servo motor for the transfer of rotating turret of the table or feed the entire campaign mechanical transmission chain. The entire mechanical transmission chain
6、 for the system design, servo motor related to the selection, the selection of ball screws, checking strength and production design should pay attention to the problem of connecting the servo motor and the ball screw of the axis The Selection and Verification, bearing pieces bearing the design, rail
7、 and rack design. Through the table mechanical transmission chain system design to meet the machine into the system to the positioning accuracy and static and dynamic performance, so as to ensure the accuracy of processing machine. Keywords The X-Y worktable；Servo system；Ball screw47目 录绪论1一 总体方案设计31
8、.1 设计任务31.2 总体设计方案的确定31.2.1 导轨的选择31.2.2 驱动电机的选择41.2.3 丝杠的选择61.2.4 联轴器的选择81.2.5 轴承的选择9二 基本参数的确定102.1 脉冲当量和传动比的确定102.2 基本参数的设计102.2.1 初选伺服电机102.2.2 计算丝杠承受的重量102.2.3 计算铣削力10三 X向进给系统的设计与计算123.1 设计内容123.2 X轴进给系统的设计概述123.3 X轴进给系统的设计计算123.3.1 切削力的计算123.3.2 滚珠丝杠设计计算123.3.3 所需转动力矩计算173.3.4 X轴联轴器的设计183.3.5 X轴
9、伺服电机的选型193.3.6 轴承的选型20四 Y轴进给系统的设计与计算224.1 设计内容224.2 Y轴进给系统的设计概述224.3 Y轴进给系统的设计计算224.3.1 切削力的计算224.3.2 滚珠丝杠设计计算224.3.3 所需转动力矩计算244.3.4 Y轴联轴器的设计254.3.5 Y轴伺服电机的选型26五 其他部件设计285.1 设计内容285.2 支撑架的设计285.3 轴承端盖的设计295.4 滑鞍的设计30结论31致谢32参考文献33英文翻译34英文原文34中文翻译42绪论毕业设计的目的是培养学生综合运用所学的基础理论，技术基础和专业课知识去分析和解决本专业范围内的一些
10、工程技术问题的能力，培养学生建立正确的设计观点。掌握工程技术问题设计的一般程序、规范和方法。通过毕业设计进一步巩固、扩大和深化学生所学的理论知识，提高学生设计、计算、绘图、编写技术文件，正确使用技术材料，标准手册等工具书的独立工作能力，培养学生认真、严肃、一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观点，经济观点和全局观点，从而实现学生向工程技术人员转变的过程。毕业设计是一名学生在大学四年学习过程中的一个重要环节，通过毕业设计，可以学到操作的技能、技巧，树立注重实际的观点和严谨的科学作风，使学生走上工作岗位后具有独立研究问题和解决问题的能力，也对知识转化为能力的实际测试。毕业设计是理论与实践的
11、结合，具有一定得水平，是对即将毕业进入社会的学生的一次全面、系统、目标明确的教学训练，有利于加强和弥补以往教学过程中的不足。机电一体化毕业设计在机电一体化专业教学中占有重要位置，它关系到学生知识的综合运用和学生动手能力的培养及机电产品开发的能力。因此设计内容选择很重要。基于微型计算机控制的X-Y工作台是典型的机电一体化系统，以此为设计内容有较强的教学研究意义。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视
12、，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门所面临的重要任务。把机电一体化技术应用于生产和生活所开发出来的新产品叫做机电一体化产品。数控机床、机器人、全自动智能洗衣机等机械都是典型的机电一体化产品。在发达国家中，机床的数控化率已经达到25%以上，而我国还不到1%。但是，随着我国国民经
13、济的发展，各行业对数控机床的需求量逐年增加。机电综合设计内容大体上分为两个阶段：总体方案的确定和关键部件的设计，同时，在设计过程中要贯穿技术经济效益分析和现代设计手段的应用。设计最初环节必须理解和分析设计任务所提出的主要功能和技术指标。比如，工作台的进给运动，关系到机床的加工精度和加工效率，采用伺服电机驱动，可以提高加工个精度并不会带来转矩浪费。功能原理构思和技术路线确定以后，对运动、布局、传动、控制以及软件等方面作出总体方案设计。方案可以同时有几个，经过技术和经济评价后，选择其中一种较合理的作为最优方案采用。比如，在XY工作台的设计中，传动精度对零件的加工有决定性的影响，所以在选择导轨和传动
14、装置是要给予充分的考虑。在机电综合设计的过程中要作出技术评价和经济评价。除了完成设计任务规定的功能和技术指标外，技术经济指标主要有生产率、质量和成本。比如，工作台的合理设计可以提高装拆工件的时间，从而提高生产效率。采用滚珠丝杠螺母副，摩擦小，传动效率高。导轨的采用需要合理选择，因为导轨的质量直接影响到加工零件的精度。导轨分为很多种，比如滑动导轨、滚动导轨。直线滚动导轨的滑动摩擦系数f0.0030.004，而传统的贴塑导轨f0.04，铸铁导轨f0.12，可见直线滚动导轨的摩擦阻力仅为传统导轨的十到三十分之一。就直线滚动导轨而言，很小的进给力就能推动滑台，其运动也是轻便平稳的，但若进给系统的刚性差
15、就会造成滑台的爬行、窜动，这种爬行与传统的爬行完全是两回事，它不是由于导轨面的摩擦引起的，而是由系统的进给刚度较差导致的，因此解决的方法也完全不同，着重应提高系统的稳定性。当进给系统为油缸推动时，油缸中活塞受密封圈及其安装槽和油液波动的影响，活塞的爬行导致滑台的爬行。常用的解决措施有：选用摩擦系数小、密封性能好的密封圈，并严格控制其沟槽尺寸公差及其加工表面的表面粗糙度；注意主油路上油泵的合理选取，使泵的工作区间压力变化平稳，无波动、脉动。重视液压系统的管路布置，尽量减少直角弯管及其对液流的不稳定影响；增加蓄能器以减少系统的压力波动等，尽可能地采用专门的液压油而不是使用性能较差的机油作为介质。对伺服电机滚珠丝杠推动则应注意满足惯量匹配，尽量减小运动部件的惯量；若滚珠丝杠间隙过大也易产生窜动，应定期预紧滚珠丝杠以保持其稳定的刚性；滚珠丝杠不自锁，结构上应考虑滚珠丝杠的锁紧、固定，或直接采用带制动器的伺服电机等。1 总体方案设计1.1 设计任务本设计的任务是对XK-160小型数控铣床XY工作台的设计。进给系统式数控加
