1、目 录 一、设计任务 1 二、总体方案确定 . 1 1.机械传动部件的选择 . 1 2.控制系统的设计 2 三、机械传动部件的计算与选型 . 3 1.导轨上移动部件的重量估算 3 2.切削力的计算 3 3.直线滚动导轨副的计算与类型 . 4 4.滚珠丝杆螺母副的计算与选型 . 5 5.步进电动机减速箱的选用 . 11 6.步进电动机的计算与选型 . 11 四、绘制进给传动机构的装配图 18 五、控制系统的设计 19 （1）控制系统的原理框图 19 （2）简介 . 19 （3）应用 . 23 六、步进电动机驱动电源的选用 26 七、附图 . 27 八、参考文献 . 27 1 一、设计任务 题目：
2、Z3040 钻床工作台 Y 向进给系统设计 任务：设计一种供 Z3040 钻床使用的数控钻台 主要参数如下： 1） 钻头最大直径 d=40mm; 2） 加工材料为灰铸铁 190HBW； 3） Y 方向的脉冲当量=0.005mm/step； 4） Y 方向的定位精度为0.01mm； 5） 工作台面尺寸为 400mm360mm； 6） 工作台空载最快移动速度 m axx 2000mm/min； 7） 加工时最快进给移动速度 maxxf2000mm/min； 二、总体方案确定 1.机械传动部件的选择 1) 导轨副的选用：要设计的工作台是与 Z3040 钻床配套使用 的，因此，选用直线滚动导轨副，它具
3、有摩擦系数小、不 易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 2) 丝杠螺母副的选用：伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠 螺母副转换成直线运动，要满足 0.005mm 的脉冲当量和 2 0.01mm 的定位精度， 滑动丝杠副无能为力， 只有选用滚 珠丝杠副才能达到。滑动丝杠副的传动精度高、动态响应 快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。 3) 减速装置的选用：选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后， 为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部 件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置， 且应有消间隙机构。为此，决定采用无间隙齿轮传动减速 箱。 4) 伺服电动机的选
4、用：任务书规定的脉冲当量尚未达到 0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度 也只有 3000mm/min。 因此， 本设计不必采用高档次的伺服 电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选 用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降 低成本，提高性价比。 5) 步进电动机的控制方式：由于任务书所给精度对于步进电 动机还可应付，且此工作台仅要求单坐标定位，故选用开 环控制。 2.控制系统的设计 6) 对于步进电动机的开环控制，选用 8035 作为控制系统的 CPU，可满足任务书给定的相关指标。 7) 要设计一台完整的控制系统，在选择 CPU 之后，还需要进 3 行存
5、储器的选择、接口扩展、输入/输出接口电路的设计、 隔离电路、报警电路、运行指示电路等。 8) 选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 三、机械传动部件的计算与选型 1.导轨上移动部件的重量估算 按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、 工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导 轨座等，估计重量约为 1000N。 2.切削力的计算 采用硬质合金钻头，工件材料为灰铸铁 190HBW。钻孔时轴向力 Ff 的计算公式为： ZFyf fFFFC dfk 今选择钻头直径为 d=40mm， 每转进给量 f=0.17mm/r。 由表 3-8 1 查得FC=410，FZ=
6、1.2，Fy=0.75，Fk=1，由上式求得切削力轴向力： 1.20.75 410fFFdfk 1.20.75 410400.17N 9080N 对于麻花钻钻削加工 4 0.57 0.579080 5176 0.4 0.49080 3632 0.03 0.039080 273 xf yf f FF N N FF N N F zF N N 3.直线滚动导轨副的计算与类型 1) 滑块承受工作载荷 m ax F的计算及导轨型号的选取： 工作载荷 是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本设计中的 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考 虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑 块承担，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为: m ax 4 G FF 其中，移动部件重量 G=1000N，外加载荷 F= z F=273N，代 入上式，得最大工作载荷 m ax F=523N=0.523kN。 查表 3411，根据工作载荷 m ax F=0.523kN，初选直线滚动 导轨副的型号为 KL 系
