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1、 毕业设计说明书 第 30 页1 绪论1.1课题的背景及目的科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。而数控机床则能适应这种要求，满足目前的生产需求1。数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工的比例约占80%。这样，对机床不仅要求具有高精度和生产效率，而且还具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、质量
2、稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床2。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y工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的作用。1.2国内外数控机床的发展状况数控机床的出现是20世纪机床工业的主要特点。随着机床工业的发展，适应汽车工业的需要、高精度、高效率、高自动化的坐标键床、磨床、齿轮机床、组合机床大量出现；其中，数控机床和功能复合、柔性化、系统集成化亦是20世纪机床工业最显著的特征之一3。20世纪中国机床工业的迅速崛起。在数控机床方面，中国1958年开始起步，60年代有了正式的数控机
3、床产品。70年代，开始研制出加工中心。80年代研制出FMC，FMS，而且根据中国国情，还提出了数控机床与普通机床并存的独立制造岛(Alone Manufacturing Island)方案。80年代后，世界上掀起了研究实施CIMS的热潮，应该说，FMC、FMS、CIMS的基础之一，就是数控机床，而实施FMC、FMS、CIMS又进一步带动了数控机床的发展。1.3数控工作台的分类及其特点数控工作台分为十字工作台、旋转工作台等。数控精密工作台采用滚珠丝杠副及直线导轨副为导向支承，滚珠丝杠副为运动执行元件的结构。具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗摩擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。1.4数
4、控工作台的应用双坐标X-Y数控工作台可广泛应用于测量、激光焊接、激光切割，涂胶、插件、射线扫描、机械手、搬运、机床改造、专机制造及实用教学等领域。可根据生产的实际需要选择步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机驱动；并且在特殊需要的情况下，还可以安装防尘、电器限位等装置。2 总体方案设计总体设计是数控工作台设计的基础，是数控工作台具体内容的总体描述，是数控工作台重要零部件工艺设计的前提，是完成所有设计内容的指导思想。因此，在对数控工作台进行详细设计之前，必须对数控工作台进行总体设计。数控工作台的总体设计要遵循数控工作台设计的基本准则及其相关要求。(1)数控工作台设计的基本准则数控工作台是数控设备中
5、的重要附件之一。它的主要功能是将两个数控工作台组装在一起后，构成X-Y数控工作台，实现两个坐标的定位和联动。数控工作台两侧的结合面位置及工作台行程均可根据用户的需要进行特殊的定制。数控工作台工作行程一般以被加工零件的切削长度和刀盘的直径大小来确定。行程S=L+D+备量，L为工件切削长度，D为刀盘直径。二维工作台的组成原则是上层工作台行程一定要下层工作台行程。(2)数控工作台设计的参数要求 负载重量G=200N； 工作台尺寸为 320mm320mm20mm； 工作台加工范围 X=350mm，Y=350mm；工作台最大快移速度为1.5m/min；重复定位精度为0.01mm，定位精度为0.025mm
6、。2.1工作台外形尺寸及重量估算 1、工作台尺寸为 320mm320mm20mm，根据重量=体积材料比重(硬铝) W=3203202010-32.810-2=57.344N 2、X向托板 320mm320mm20mm， WX=3203202010-32.810-2=57.344N 3、Y向托板 320mm320mm20mm， WY=3203202010-32.810-2=57.344N 4、上导轨座(含电机) 重量 (80032020)10-32.810-2+1010=143.36N+100N=243.36N 5、夹具及工件重量(约) 220N 6、综上所述，X-Y工作台运动部件的总重量(约)
7、 57.3443+243.36+220=635.392N2.2滚动导轨副的计算与选择根据给定的工作台部件的总重量及负载和估算的WX和WY，计算导轨的静安全系数： fSL=C0/P (2.1)由公式(2.1)可知：C0为导轨的基本静额定载荷；fSL=1.03.0(一般运行状况),3.05.0(运动时受冲击、振动)。系统受中等冲击，取fSL=3.0。又根据，工作载荷，得： 0.5() (2.2) PX=0.5(220+57.3442)=167.344N； PY=0.5(220+57.3443+243.36)=317.696N； C0X=3.0167.344=502.032N； C0Y=3.0317
8、.696=953.088N。 根据计算的额定静载荷，同时确定其长度为：350+320+30(余量)=700mm；再浏览“深圳市腾展精密机电有限公司”网站4，下载相应产品的“资料”，即可选取符合上述计算结果的导轨。参照图2.1中的型号定义，综合分析考虑，选取符合要求的导轨型号，即：MR 12 M L 2 V1 P -700 -15 -15 II。图2.1 导轨的型号定义根据上述所选定的导轨型号，查阅对应的官方技术资料，分析并记录该型号对应的具体尺寸数据参见表2.1所示。表2.1 导轨(MR 12ML)尺寸参数组装尺寸(mm)轨道尺寸(mm)额定负荷(N)静扭矩(NM)HW2W1H1PDdg1CC
9、0Mr0Mp0My0137.5127.52563.53.53240563034.930.230.2重量滑座尺寸(mm)滑座(g)导轨(g/m)WLL1h2P1P2Mg2ST516022747.634102020M33.522.64.3注：表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.2中所示。图2.2 导轨示意图根据所得的导轨型号及其相关的技术参数，计算导轨间需要满足的间距数值：当工作台运动到上导轨座(含电机)的一端时，对下导轨产生的扭矩最大，故取此状态下的情况为校核参考即可。假设导轨间距为2x，距工作台几何中心近的一条导轨为l1，所受力为F1；另一条导轨据工作台几何中心的距离为l2，所受力为F2；已
10、知工作台部分及其负载G=635.392N；受力分析如图2.3所示：图2.3 导轨受力分析示意图 根据力学平衡分析，得： (2.3) (2.4)代入数值，解之得： (2.5)又考虑此情况下两条导轨分别受力，即可以认为两条导轨均可以平衡来自工作台部分及其负载所产生的扭矩，故查表2.1中单条导轨的静扭矩My0=30.2Nm，可知设计所得工作台部分及其负载给予导轨的扭矩不得大于选定导轨的额定静扭矩，即T60.4Nm；再根据公式(2.4)和(2.5)，代入： (2.6)中，进行化简计算，得： x79.941mm 2x159.881mm即两导轨间距不能小于159.881mm即可满足要求。 因此，考虑到产品
11、各部件的协调及美观要求，确定两导轨间距为165mm。2.3滚珠丝杠的设计及计算 1、滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力，应按铣削时的情况计算。已知：上导轨 GX=57.3442+220=334.688N；下导轨GY=635.392N。 (1)最大动负荷Q的计算 (2.7)查表得，系数fW=1，fH=1，寿命值 L=60nT/106 (2.8) n=1000Vmax/t (2.9) 查表得，使用寿命时间T=15000h；初选丝杠螺距t=5mm，由公式(2.9)得丝杠转速n=10001.5/5=300r/min； 由公式(2.8)可知，L=6030015000/106=270
12、。 又X向丝杠牵引力（为当量摩擦系数） =1.4140.01334.688=4.732N Y向丝杠牵引力 =1.4140.01635.392=8.984N 由公式(2.7)可知，最大动载荷为： X向 114.732=30.584N Y向 118.984=58.066N 查阅相关的官方技术资料表，取滚珠丝杠的公称直径d0=8mm，选用滚珠丝杠螺母副的型号为82，其额定动载荷为225Kgf（1Kgf=9.8N），足够用。 同时，滚珠丝杠的长为350+165+115(余量)+60(支撑座宽)=690mm。根据上述所选定的滚珠丝杠型号，查阅对应的官方技术资料，分析并记录该型号对应的具体尺寸数据参见表2.2所示。 表2.2 滚珠丝杠(82)尺寸参数dIDABn82162943XHDaLWCo(Kgf)Coa(Kgf)3.4201.21623135225 注：表中各项所指示的零件尺寸部位参见图2.4中所示。 图2.4 滚珠丝杠局部示意图 2、滚珠丝杠支撑座根据上述所选定的滚珠丝杠型号，查阅对应的官方技术资料，分析并选取该型号对应的支撑座凸形固定侧类型为EK08、凸形支撑侧类型为EF08；其具体尺寸数据参见表2.3和表2.4所示。表2.3 凸形固定侧(EK08)尺寸参数规格(mm)轴径d1LL1L2L3b/0.02BHP823726426523238XYZ
