xy工作台

1第一章钻铣床用数控X—Y工作台的设计第一节概述随着社会的进步和科学技术的迅速发展，人们对机械产品的质量和要求不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此要求机床不仅要有高的生产精度也要有高的生产效率。以适应复杂多变的零件的加工问题，随着电子技术和计算机的迅速发展，随着社会化大生产的需要使数控机床得到了迅速发展。1、数控机床改造的必要性：数控机床可以较好地解决复杂、精密、小批及多便零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率。但是数控机床的应用也有其他条件的限制。（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是心有余而力不足。（2）目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床代替是不可能的。而且替代下的机床闲置也是浪费。（3）在国内订购数控机床的交货周期一般比较长，往往不能满足生产急需。（4）通用机床对具体生产有多余功能。要较好的解决上述问题，应走普通机床数控改造支路，在国外发展成为一个新兴的工业部门，早在60年代，已经开始迅速发展并有专门的企业经营这门业务。结合我国的国情，普通机床的数控改造大有2可为。它结合我国的经济水平，教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造方向之一。2、数控改造的优点：数控改造一般是指对普通机床某些部分做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的优点有：（1）从提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造的新增功能提高机床的使用价值。（2）适应多品种，小批量零件生产。（3）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。（4）降低对工人技术水平的要求。（5）数控改造的费用低，经济性好。（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。3、数控机床改造的设计步骤：将普通机床改造为数控机床，是项技术性很强的工作。必须根据加工对象的要求和工厂实际情况。确定切实可行的技术改造方案，其改造设计的一般过程如下：（1）对加工对象进行工艺分析，确定工艺方案（2）分析被改造机床，确定被改造机床的种类（3）拟定技术措施，制定改造方案（4）设计或选用数控装置（5）进行机床改造的技术设计（6）绘制机床改造的工作图3（7）整机安装调试第二节钻铣床用数控工作台的设计利用微机改造现有的普通车床，主要解决的问题是如何将机械传动的进给和手动控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架设计的是CA6140的横轴改造。1、设计任务本设计是对CA6140普通车床的纵向进给系统改造，即对钻铣床用数控X－Y工作台伺服进给单元的设计。2、总体方案的确定本次设计的是改造普通钻铣床成为简易的经济型数控钻铣床，由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。尤其是对机床上较大的零部件，例如车床床身、床鞍、拖板等，可以尽量用原来的零部件，可作少量的加工改造，以降低成本。利用微机对数控进行计算处理，由于I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向的进给运动，其示意如图1.1所示。4根据任务书要求，控制系统用CPU采用8031单片机，其具有集成度高、可靠性好、功能强、抗干扰能力强、性能价格比高等特点。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信编制的用户程序可由键盘输入，存入外部RAM，每段程序输入都可以显示。系统中有时钟电路模块，复位及复位电路、数码显示接口电路、光电耦合器、功率放大电路等，将整个控制系统放在控制柜中，电缆将控制系统和步进电机联系起来。直流步进电机根据计算查表选取。5第三节机械部分的设计和计算一．钻铣床用数控X-Y工作台的设计经济型钻铣床数控工作台的进给单元由步进电机经减速齿轮驱动丝杠，本次设计工作台进给机箱采用了一级齿轮减速，并采用双片齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙，因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况，当负载大时，弹簧力显小，起不到消除间隙的目的，当负载小时，弹簧力显大，则加速齿轮的磨损，因此，采用定期人工调整螺钉紧固的办法消除间隙。二．钻铣床用数控X-Y工作台的设计计算已知条件：加工范围X向250㎜Y向200㎜定位精度015.0㎜最大移动速度（快进）min2m最大进给速度（工进）min2.0m最大切削力300N外型尺寸（参考）600X500X250㎜控制系统用CPU8031单片机1．脉冲当量的选择根据机床精度要求确定脉冲当量：stepmm01.02．工作台外形尺寸及重量估算：根据加工范围确定工作台尺寸X=260mm,Y=220mm钢：7.8克/cm36X向拖板(上拖板)尺寸(长×宽×高)：260㎜×220㎜×80㎜重量：（260×220×80×310×7.8×210）N357NY向拖板(下拖板)尺寸(长×宽×高):260㎜×280㎜×80㎜重量:(260×280×80×310×7.8×210)N454N上导轨座(带电机)重量:[（580×270×20×7.8×210×310）+1.58＋6+0.58×31]269.86N夹具及工作重量:约200NX－Y工作台运动部分的总重量：约1280X向运动部分重量：557200357357夹GGXY向运动部分重量：654200454454夹GGY3．导轨的确定：初选导轨的型号为HJG-D25,查综合作业指导书附录B得滑块和导轨的重力分别为:6N、31N.1m4．滚珠丝杠螺母副的计算和选型:查阅《综合作业-指导书》附录A选择外循环垫片调整预紧的双螺母滚珠丝杆副（无衬套）型号为W1D2004,2.5圈1列，公称直径20㎜，导程mmLo4，其额定动载荷6100N，其额定静载荷17100N。滚珠丝杠螺母副的计算步骤如下：（1）计算丝杠牵引力mFX向丝杠牵引力NfGFXmx88.30755701.0414.1300414.1300Y向丝杠牵引力NfGFYmy24.30965401.0414.1300414.1300式中f—当量摩擦系数，取0.01；7（2）计算最大动负载C选用滚珠丝杠副的直径od时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转（610）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载C，计算如下（公式查《综合作业指导书》）：C=3LwfmFL=61060nT01000LVns式中L—寿命，以106转为一单位；N—丝杠转速（r/min），用下式计算；sV—为最大切削力条件下的进给速度（m/min）,可取最高进给速度的21～31；oL—丝杠导程（mm）；T—为使用寿命（h），对于数控机床取T=15000h；wf—运转系数，一般取wf=1.2～1.5；L—寿命、以106转为单位；sV=21min2.0m=min1.0m01000LVns=min2541.01000rL=61060nT5.22101500025606NFfLCmxwX77.130388.3075.15.2233NFfLCmywY53.130924.3095.15.22338（3）传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率tantan式中——螺旋升角，W1D2004933；——摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f=0.03～0.04；其摩擦角约等于01；tantan955.001933tan933tan5、步进电机的选用（1）步进电机的步距角初选步进电机的步距角5.1b。传动比的计算：6.045.101.0360360obpLi式中p—脉冲当量stepmm；oL—滚珠丝杠的基本导程mm；b—步进电机的步距角。选定齿轮的齿数为：402421ZZi在传动系统中加一级齿轮减速传动.齿轮的有关尺寸为：取模数mmm19关系式1Z2ZZ（个）2440mzd2440mdda22642mddf25.1221.537.5mb6~355221dda3232(2)计算步进电极的负载转距负TcmNFTbmp.09.1394.099.099.098.05.114.3224.30901.036236负式中p—脉冲当量(mm/step)；mF—为Y向丝杠的牵引力(N)；b—步距角，初选1.5;—电机－丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积分别为0.98、0.99、0.99和0.94;(3)估算步进电极的启动转距起TcmNTT.63.433.009.135.0~3.0负起(4)计算最大静转距maxjT10查表3-22,如取三相六拍,则cmNTTj.38.50866.063.43866.0max起(5)初选步进电极的型号根据估算出的最大静转矩maxjT在表3-23中查出90BF003最大静转矩为196Ncm可以满足要求6、步进电机的验算根据《综合作业指导书》中表3-24,传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量)cmkg(J2可由下式计算：])2([20221LgGJJiJJJsM式中1J、2J—齿轮1Z、2Z的转动惯量2.cmkg;sJ—滚珠丝杠转动惯量2.cmkg;MJ—步进电极转子转动惯量MJ=1.7642.cmkg,24324131052.024.21078.01078.0cmKgLdJ243242324.0241078.01078.0cmKgLdJsJ=24312.19021078.0cmKg代入上式：222255.2]})14.324.0(10128012.14.0[6.0052.0764.1{cmKgcmKgJ考虑步进电机与传动系统的惯量匹配问题。基本满足惯量匹配的要求。69.055.2764.1JJM11(2)电极转距的验算1）cmNiLFTo.33.148.014.326.043002切切2）丝摩摩摩TiFT2iLFFoo2摩GFfFZo式中oF—导轨的摩擦力(N)；ZF—垂直方向的切削力（N）；G—运动部件的总重量（N）；f—导轨的摩擦系数；i—齿轮的减速比；—传动链总效率，一般可取0.7～0.8。NGFfFZo6.2171280017.0NiLFFoo75.2886.08.014.3246.2172摩cmNiFFT.31.258.016.08.014.3230075.2881222切摩丝摩cmNTiFT.79.5931.258.014.326.075.2882丝摩摩摩3）空载启动：摩惯负TTTtJJT惯pbmzxVn36012601022n快进时min2mv时间为s2.0min83301.03605.12000360rVnpbmzxsradn87.0601014.3283360102222.314.4764.155.2cmkgJJJMcmNtJJT.77.182.087.0314.41惯工进时min2.0mv时间为msms300~200min3.8301.03605.1200360rVnpbmzxsradn087.0601014.323.8360102222.314.4764.155.2cmkgJJJMcmNtJJT.88.12.0087.0314.42惯因为21惯惯TT，所以cmNTTT.56.7879.5977.18摩惯负4）快进cmNTT.79.59摩负