目錄一、前言—————————————二、課程設計的目的、意義及要求——三、課程設計的內(nèi)容四、總體方案的確定————————五、機械部分的改裝設計（1）初步確定工作臺尺寸及其重量（2）計算切削力————————（3）傳動系統(tǒng)設計———————（5）滾動導軌參數(shù)計算與選型——（7）聯(lián)軸器的選擇———————（8）絲杠支承座的選擇—————六、總結(jié)—————————————七、參考文獻———————————一、前言原機床為普通立式鉆床，工作臺安裝在機床基座上，主軸箱安裝在立柱上。加工前需先調(diào)整工件在工作臺上的位置，使加工孔中心與根據(jù)課程設計的要求，可以將原普通立式機床進行XY工作臺的數(shù)控改造，在保持原機床基本架構(gòu)不變的情況下，設計一個XY數(shù)控工作臺安裝在原有機床的工作臺上。，而且通過編寫數(shù)控循環(huán)加工程序，還可以實現(xiàn)孔的循環(huán)鉆削，提高了加工精度。二、 課程設計的目的、意義及要求（1）課程設計的目的課程設計是培養(yǎng)我們設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)，是綜合運用所學的機械、電子、自動控制等知識的基本設計訓練。其目的是：1、 通過課程設計，能夠正確運用機電一體化的基礎知識和相關知識，掌握機電一體化的基本設計思想，初步了解和掌握機電一體化的設計方法，設計方案的分析、擬定及相關計算。2、 通過機械部分的設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設計方法和步驟。（2）課程設計的總體要求2、 數(shù)控XY工作臺機械部分裝配圖3、 編寫的設計說明書不少于20頁4、 按時完成布置的設計內(nèi)容三、課程設計的內(nèi)容（1）課程設計題目設計一套簡易數(shù)控XY工作臺，固定在某一鉆床的工作臺上，XY工作臺的位置控制采用步進電機數(shù)控系統(tǒng)，通過上述方案將該普通鉆床改裝成簡易的經(jīng)濟型數(shù)控鉆床。（2）課程設計要求：1、 改造后的鉆床能夠加工最大面積為AXBmm2的工件，最大工件重量200kg。2、 數(shù)控XY工作臺要求孔的定位精度在±0.02mm內(nèi)，工作臺快進速度為3.6m/min加減速時間為0.1秒。四、總體方案的確定（1） 運動方式：由于是將原普通鉆床的基礎上設計一數(shù)控XY工作臺，所以設計改造后的機床的運動方式是點位控制。（2） 傳動方式：要求采用步進電機控制XY工作臺的位置，因此可以采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式，用聯(lián)軸器連接步進電機和滾珠絲杠實現(xiàn)傳動。（3） 伺服電機的選擇要求改造成簡易的經(jīng)濟型數(shù)控鉆床，因此采用開環(huán)伺服系統(tǒng)控制，其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整與維修，且能保證一定精度。4）絲杠、導軌、伺服電機的計算選型。五、機械部分的改裝設計機械部分改裝設計的內(nèi)容包括初步確定工作臺尺寸及重量，確定系統(tǒng)脈沖當量；滾珠絲杠螺母副的設計計算和選型；滾動導軌的設計計算和選型；步進電機的參數(shù)計算和選型；聯(lián)軸器的選擇；絲杠支承座的選擇。（1）初步確定工作臺尺寸及其重量根據(jù)機床能夠加工的最大工件尺寸240X260mm2，最大重量200kg。選擇工作臺上的T型槽底部寬度為18mm，頂部寬度為10mm,底部高度為8mm，T型槽總高為20mm，槽間距為50mm。與T型槽配合的螺栓尺寸：M8,螺栓頭寬15mm、高6mm，長度100mm。T型槽參考資料：GB/T158—1996本標準等效采用國際標準ISO—299《機床工作臺一T形槽和相應的螺栓》并補充了形T槽不通端型式及尺寸、T形槽用螺母。1、選取工作臺尺寸為320X340mm，考慮到對工作臺強度及剛度的要求，取工作臺厚度為40mm工作臺上銑出6條T型槽，這樣能夠保證在加工最大尺寸工件時，能夠用T型槽與螺栓給工件定位。工作臺材料取45號鋼，表面熱處理使其硬度達到要求，密度為7.8g/cm3。所以工作臺質(zhì)量：M=320X340X40X7.8X10_6kg=33.65kg12、 由于工作臺XY方向長度差只有20mm,所以上下托板的長度可取相同的尺寸，取上下托板尺寸為280X280mm2,厚度為20mm,材料為45號鋼。所以上下托板質(zhì)量為：上托板質(zhì)量：M=280X280X20X7.8X10_6kg=12.1kg2下托板質(zhì)量：M=M=12.1kg323、 導軌座的總長度可以根據(jù)工件最大尺寸、步進電機安裝所需要的空間和導軌余量進行估算。（上導軌座）X方向?qū)к夐L度：L=X方向工件最大尺寸X2+步進電機安裝所需空間+導軌余量X所以：L=240X2＋100+120=700mmX（下導軌座）Y方向?qū)к夐L度：L=260X2+100+130=750mmY導軌座中間部分厚度取10mm，兩邊凸起部分高度取60mm，寬度取45mm，導軌座總寬度取280mm，材料為45號鋼。所以上導軌總重量（包含步進電機）為：M=700X280X10X7.8X10_6+2X700X45X50X7.8X10_6kg4=40.1kg4、 夾具及螺桿支承座質(zhì)量估算：螺桿支承座的尺寸大致為：長100mm、寬50mm、高60mm，主要材料為鋼，其質(zhì)量：M=100X50X60X7.8X10_6kg=2.34kg5夾具的質(zhì)量估算為M=10kg65、 最大加工工件質(zhì)量：M=200kg7所以，工作臺運動部件總質(zhì)量：M=M+M+M+M+M+M+M總 1 2 3 4 5 6 7=33.65+12.1+12.1+40.1+2.34+10+200k驢310kg（2）計算切削力將普通機床改造成數(shù)控XY工作臺控制的鉆床，機床的運動控制方式是點位控制，鉆削時產(chǎn)生的軸向切削力很小；滾珠絲杠運動時不進行鉆削，不受切削力的作用；靜止鉆削時絲杠軸向切削力很小，可忽略不計。因此，絲杠工作時只受到運動部件重量所引起的摩擦阻力。3）傳動系統(tǒng)設計工作臺的驅(qū)動方式是：用聯(lián)軸器連接步進電機主軸和滾珠絲杠滾珠絲杠螺母副驅(qū)動工作臺在X、Y方向上做直線運動。此種傳動方式結(jié)構(gòu)簡單，通過步進電機直接調(diào)速，不需要經(jīng)過其它傳動機構(gòu)。（4）滾珠絲杠的傳動計算與選型滾珠絲杠的負載只有運動部件重量引起的摩擦阻力。1、求絲杠螺母副傳動的靜載荷：FC計算公式：F=K+K+K+FCFHLm其中,K—為載荷系數(shù)，無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)：1.0-1.2；—般沖擊：1.2-1.5；FKH—為硬度系數(shù)，滾道硬度1RC258：1.0滾道硬度HRC255：1.11KL—為精度系數(shù)，精度等級C、D：1.0 精度等級E、F：1.1根據(jù)課題要求及傳動方案取：K=1.2，K=1.0，K=1.0FHL絲杠工作時的軸向壓力F=MgMm 總其中，卩為滾珠絲杠導軌的摩擦系數(shù)0.003-0.005間，取卩=0.004所以：F=310X10X0.004N=12.4Nm因此，靜載荷F=1.2X1X1X12.4=14.88NC2、額定動載荷及壽命計算

動載荷計算公式C>C=動載荷計算公式C>C=aa60nLmh~1.67x104其中，Ca—額定動載荷（N）；Nm—螺桿的平均轉(zhuǎn)速，取90-110r/minL—運轉(zhuǎn)壽命（h）；hFc一螺旋傳動的計算載荷（N）絲杠的壽命L依據(jù)與之相搭配使用的導軌的壽命進行選擇，導軌要h求使用壽命不低于5年，因此選擇絲杠的壽命為5年，每年工作360天，每天16個小時。所以，L=360X5X16h=28800hh所以，動載荷：Ca=（60X100X28800/1.67X104）：X14.88=324.24N3、滾珠絲杠的選用根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的機構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值選擇滾珠絲杠的型號。

Pho：魚林勺程CAK屮3311就10E963.175*p—D滾珪塑*-■事哥甚準並櫥ZPho：魚林勺程CAK屮3311就10E963.175*p—D滾珪塑*-■事哥甚準並櫥Z沁自啊暢用獨格證號仙倉走吻或荷個皿J605-325QS-3Z232&選擇的滾珠絲杠是濟寧市華珠機械有限公司生產(chǎn)的HG系冷軋滾珠絲杠副，其型號為1605-3，其主要參數(shù)如下：公稱直徑：16mm；公稱導程：5mm；滾珠直徑：3.175；負荷鋼球圈數(shù)：3；額定動載荷：Ca=6.2KN>計算值0.324KN符合要求額定靜載荷：12.5KN絲杠總長：L=Lu+L1+2Le其中有效行程Lu=520mm；螺母長度L1=50mm；余程Le=20所以計算的絲杠總長L=610mm4、絲杠傳動效率公式：n=y/（Y+屮）其中屮為摩擦角0010';Y為螺旋生角5022'所以n=0.96滾動導軌參數(shù)計算與選型1、 計算滾動導軌的工作壽命Th(小時)要求導軌壽命不低于5年，假設導軌壽命為5年，每年工作360天，每天16個小時，則：工作壽命：Th=5X360X16h二28800(小時)2、 計算導軌行程長度壽命Ts(KM)計算公式：Ts(Km)，Ts=2ThLsn/1000Ls為單向行程(m),n為每分鐘往復次數(shù)；(可取4-6次/分鐘)所以：Ts=2X28800X0.6X5X60/1000二8300KM3、 計算工作載荷XY數(shù)控工作臺采用雙導軌，四滑塊的支承形式，鉆削時Z向的軸向力相對于工作臺給導軌的壓力小很多。因此，導軌工作載荷可估算為F=G/4=3100/4=775N總4、 計算導軌的額定動載荷Ca(N)計算公式：Ca=F(Ts/6.25)：=775X(8300/6.25)：=8408N5、 選定滑動導軌的型號及結(jié)構(gòu)尺寸

型號導軌劇尺寸汐塊鳳寸導輛尺寸HWKBrLn0TT.03L,GGBI6AB2415.519A475B.53830457H4.574051615GGB2QAEGGE20ABI302L524Si;;5340710105105066201S導勒尺寸邢杯尺寸艇宦功載頼定力頓dxDxhF單按堵大技度L?uGNcmM/Nm)陽Njti}尋軌/米4-5x75x5.36012002.5044￡1.5113.387070TOO0J7T.626XS3X&560300011M&117018A3192.726.501602601602602303100330.4523選擇的滾珠絲杠是南京工藝裝備制造有限公司生產(chǎn)的GGBXXAB/AB四方向等載荷型滾動直線導軌副系列，其型號為GGB20AB/AB其主要參數(shù)如下：額定動載荷：C=8.51KN大于8.40KN滿足要求導軌寬度為20mm導軌總高為24mm導軌總長為700mm

360&入6360&入1、由機床精度要求確定脈沖當量5及步距角a:P取5取5為0.00115=x0.02~0.0067mm3所以步距角a=360X0.001X1/5=0.72電機軸轉(zhuǎn)矩的計算2、電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量J總計算公式：J=J+J+J總012J可以忽略不計0J為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，對于圓柱體圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)時，其1慣量可由下述公式計算計算公式：J=MD2/8X10一6對于鋼材有：J=0.77D4LX10一12式中：J——慣量，kg.M2M 單位體積質(zhì)量，kgD 圓柱體直徑，mmL 圓柱體長度，mm所以：J二0.77X164X610X10_i2=0.31X10一kg.M21J工作臺、工件等移動部件折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可由下2述公式計算：J=(V/2nn)2MX10,=(S/2n)2MX10一6式中：M——工作臺（包括工件）的質(zhì)量，kgS 絲桿螺距，mmV 工作臺移動速度，mm/minn 絲杠轉(zhuǎn)速，r/min所以：J二（5/2X3.14）2X310X106=1.97X104kg.M22所以：J二（0.31+1.97）10_4=2.28X10_4kg.M2總3、 步進電機空載啟動時，電機軸上的加速力矩計算公式：M=Jn/9.6Tar其中：J――為電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，等于Jr 總n 電動機轉(zhuǎn)速，r/min為720r/minT——加減速時間，為0.1s所以：M二2.28X720X10_4/9.6X0.1=0.171N.Ma4、 工作臺移動部件這算到電機軸上的摩擦力矩計算公式：M二FS/2nniX10一?=Mgps/2nnif 0 總式中：p 摩擦系數(shù)，為0.025S 為螺距，5mmn——總傳動效率，取0.8i 為傳動比，為1所以：M二310X10X0.025X5/2X3.14X0.8X1X10_3=0.077N.Mf5、 因絲杠副預緊力引起的電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩

計算公式：M二FmaxXS/2nniX(1-n2)X10_300=3100X0.025X5/(2X3.14X0.8X1)X(1-0.92)X10_3=0.015N.M6、空載啟動時電機軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩M=M+M+M=0.171+0.077+0.015=0223N.Maf07、步進電機的選擇所選取的步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩M需滿足:sM>M/0.866=0.258N.Ms步進電機的選擇如下：42BYG系列二相步進電機42E￥G^列二相歩進電機：涉距角1.8JJ靜力距&.21-0.45N.mr機身長38-L8iimi>引線數(shù)務6；電^G.4-1.2A技術(shù)規(guī)格型號SeiiesAIod-sl歩距角StspAtigl機身氏MotorLaiffth靜力距HoldingTcrqus引線數(shù)Liad^'irs㈣）電疣RatedCuiiait㈤相電阻瑁感PhassIndiKEatics?viotorwsislit矚17PU-H501-P11.8380.2146.8120.2442BYGH604A1.S4003604302302442BYGH6121.8400361.23.03.202442BYGK4121.8480.4?43.23J^.003442BYGH6101.8480.346103.5500.3442BYGH6W-2(孜軸)離嘔0.344103.jK0.3443BYGH610AJP1.S400.346104.84.S0.42選擇的步進電機是深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的42BYG系列二相步進電機。選擇的型號為42BYGH6040A步距角：1.80靜力距滿足要求質(zhì)量：0.24kg長、寬、高分別為：53mm42mm31mm（7）聯(lián)軸器的選擇所選擇的聯(lián)軸器應滿足電機扭矩的要求，滿足電機旋轉(zhuǎn)軸直徑、絲杠公稱直徑的要求：兒型 B型 C型 D型ZT-F型帶法蘭星形彈性聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸型號公稱扭矩(N*m)許用轉(zhuǎn)遼(rpm)軸乩直徑(mm)軸孔長度L(mm)DDfl□iEs(LJIL.(l4)(mm)ZT24F70140004353055304055IS25634ZT28F1901180010-4035651904365202.56540ZT38F330950012^tS458011566782437944ZT42F530800014-5550951407594263S350ZT48F6207100詁?