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1、目录、八 、一、 前言二、总体方案的确定1、 设计参数52、初选步进电动机和丝杠.53、选定工作台尺寸.64、系统组成框图.7三、机械部分的设计.81、传动系统等效转动惯量的计算82、工作载荷分析与计算83、进给工作台工作载荷计算94、滚珠丝杠螺母副的选型与校核95、导轨的选型和计算136、驱动电动机的选用 1 3四、数控系统的设计. 1 71、硬件设计172、步进电动机开环伺服原理183、步进电动机的控制框图194、软件程序设计20五、心得体会.23六、参考书目.23课程设计 III 任务书要求：该工作台可安装在钻、铳床上用于钻孔或铳削加工。设计参数如下：Y方 向的脉冲当量为：0.005 m
2、m/STEP；最大钻孔直径10伽，铳刀直径的D=20; 齿数为 4；加工材料为碳钢； 工作台行程范围是：500 m X450；最大快速移动速度为：3M/MIN,具体任务：1、确定总方案，绘制系统组成图一张(A3)2、机械部分设计计算，选择适当的元器件；3、画出X-Y工作台外形图和Y向机械部分装配图一张(A0)4、设计控制系统硬件电路，画出控制系统硬件电路图一张(A1)5、编写设计说明书1 分，(不少于8000)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
3、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
4、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
5、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。1 总体方案的确定1.1设计参数Y方向脉冲当量为： = 0.005mm/step，其它设计参数如下表。 p设计分组最大铣刀直 径最大钻孔直 径e齿数Lo加工材料工作台加工范围(mm)最大移动速 度220mm10mm4碳钢X=500,y=4503m/min工作台草图1.2初选步进电动机和丝杠当传动比i=2时，由于本机构结
6、构简单，可用联轴器直接将电机与丝杠连接,无需用减速装置，这样有利于简化结构，提高精度。由i二也(公式2-1)错误味 360p找到引用源。，9为步进电机步距角Lo为滚珠丝杠导程、为系统脉冲当量。bp选电动机型号为55BF009，其步矩角0 =0.9。b型号相数步距角/(0电压/V电流/A最大静转矩/(N.M)空载启动频率/HZ空在运行频率/HZ转动惯量 /(Kg. cm)55BF00940.9/1.82730.7482500240000.075选丝杠规格为2004-3(FYND)其导程为4mm,滚珠直径为2.381,丝杠底径:16.2,丝杠外径为19.3，循环列数为3*2，额定载荷C =5243
7、，C =11506.oa 由传动比公式i二eb *Lo得i二叱二2360 x6360 x 0.005p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。13初定工作台尺寸查机电一体化设计手册，根据(GB/T 158-1996)选工作台T型槽尺寸如下:深度H=15mm槽低宽度B = 12mm槽宽A=6mmC = 6mm槽数=5,间隔=40mm&由工作台加工范围500*450选工作台尺寸1.4系统组成框图环母脉*冲碱伺服系统：步莖电蚌浚於更环侶黑也雪鬼毎工抽*同放卄 斗日绕鉅 定也传 适渤紇1-动机构 按虬幽-功址；* 了相绕館r-sti I會F坨七、
8、A相蜒魁亠定比传运站蛊D相绕理1甘猶絆）4 ：? ；.、-*_ -：hi 产2机械部分的设计21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2-18得J二0.0701kg cm2D2.1.2丝杠的转动惯量由指导书公式2-3有J二0.78X D4LX10-3kg cm2得SJ = 0.78 x 24 x 340 x 10-3 = 0.424kg cm2S2.1.3工作台转动惯量jG由于工作台材料为碳钢，故其质量为m = p v = 7.8x 10-3 x 45 x 500 x 2 - 35.1kgL0.4丁 （益）2 X m 二（E X 35J 二 2235 腹 ”m 2由于联轴
9、器的转动惯量小故可忽略不计2.1.4 总转动惯量计算J = J + J + J 二 0.0701 + 0.424 + 2.235 二 2.7301 kg cm2X D S G2.2 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P常用铳刀介绍表，选择细齿锥柄立铳刀，其尺寸参数如398下：D=20mm,齿数 Z=4。2.2.1查金属切削手册P细齿锥柄立铳刀切削用量表得铳削速度v=45m/m
10、in417查铳工表2-4,初选a = 0.03mmf因此可得亦7 二375 r/min查机械制造基础课程设计指导书表 4-15 立式铣床主轴转速表，选铣床型号X51,查其转速表并将转速圆整为n二380r/min实际切削速度为 v 严d xn = 3.14x2x380 = 23.8m/min1000 1000v 45故实际 af = 一 = 0.0296mm/ Z x n 4 x 3802.2.2根据指导书表 2-2 得高速钢铣刀铣削公式为F = 9.81C x a 0-86 x a 0-72 x d -0-86 x a x zZFZ ef0p查指导书表2-3得铳削力系数C = 68.2FZ有
11、F = 9.81 x 68.2x50.86 x 0.02960.72 x 20-0.86 x 2x5 = 161.068N Z2.3 进给工作台工作载荷计算查指导书表 2-4,有如下表格参数故有纵向进给方向Fln二1.2X 161.068二193.281NF 二 0.9 X161.068 二 144.961N LS工作台垂直进给方向Fvn = 0.3 X 161.968二48.320NF = 0.8 x 161.068 二 128.854NVS2.4 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F为走刀抗力，移动体重力和作用在导轨上的其他切m削分力相关的摩擦力。
12、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2-11F 二 kF + f(F + 2x F + G)k 二 1.4 f= 0.2mLVC将所得数据代入公式有：F 二 1.4x 193.281 + 0.2x (128.854 + 2x 78.055 + 66.052)二 343.964N m2.4.2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c = VL X f X Fm m 由指导书中可知L = 60-n -1106 1000xv 1000x0.
13、045L4060x11.25x15500L =-= 11.125 x 106 rn = 11.25r /mm106C = 311.125 x 2 x 343.964 = 1561.54N C = 7.747KNa2.4.3 传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率耳为查得“ 255（或可由九=火陆算出） 申=10n =倍舖=0.9462.4.4 刚度验算丝杠的拉压变形量的计算满载时拉压变形量：343.964 x 640=0.00139mmF xL5 = m=1 Ex A20.6x 104 x3.14x17.52/4滚珠与螺纹滚道间的接触变形量52由指导书式2-17得5 = 0.0013x23 D x F x Z 2W YJ S式中 D 为滚珠直径， D = 2.381mmWWZs为滚珠总数量去=Z x圈数x列数=23x 3 x 1 = 69个兀 x d3.14x 20Z = ( ) - 3 = (-) - 3 沁 23D2.381WF 为预紧力 = F /3 = 343.964 / 3 = 114.654 N YJm5 = 0.0013 x2343.964 / 9.8：2.381x 114.654 x 6929.8= 0.096 mm滚珠丝杠副刚度的验算 丝杠总变
