目录。一、设计任务 2
二、总体方案确定 2
1.机械传动部件的选择 2
2.控制系统的设计 3
三、机械传动部件的计算与选型 4
1.导轨上移动部件的重量估算 4
2.切削力的计算 4
3.直线滚动导轨副的计算与类型 5
4.滚珠丝杆螺母副的计算与选型 6
5.步进电动机减速箱的选用 12
6.步进电动机的计算与选型 12
四、绘制进给传动机构的装配图 19
五、控制系统的设计 20
1）控制系统的原理框图 20
2）简介 20
3）应用 24
六、步进电动机驱动电源的选用 27
七、附图 28
八、参考文献 28
题目：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δ=0.005mm/step；
4） y方向的定位精度为±0.01mm；
5） 工作台面尺寸为400mm×360mm；
6） 工作台空载最快移动速度2000mm/min；
7） 加工时最快进给移动速度2000mm/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 ±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。
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，还需要进行存储器的选择、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。
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。
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：
今选择钻头直径为d=40mm，每转进给量f=0.17mm/r。由表3-8查得=410， =1.2， =0.75， =1，由上式求得切削力轴向力：
9080n对于麻花钻钻削加工。
1) 滑块承受工作载荷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：
其中，移动部件重量g=1000n，外加载荷f==273n，代入上式，得最大工作载荷=523n=0.523kn。
查表3—41[1]，根据工作载荷=0.523kn，初选直线滚动导轨副的型号为kl系列的jsa—lg15型，其额定动载荷，额定载荷。
任务书规定工作台面尺寸为400mm×360mm，加工范围为210mm×210mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表 3—35[1]，按标准系列，选取导轨的长度为700mm。
2) 距离额定寿命l的计算：上述选取的kl系列jsa—lg15型导轨副的滚道硬度为60hrc，工作速度较低，载荷不大。查表3—36~3—40[1]，分别取硬度系数、温度系数、接触系数、精度系数、载荷系数，代入下式，得距离寿命：
远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。
1） 最大工作载荷的计算。
已知移动部件总重量g=1000n，按矩形导轨进行计算，查表3—29[1]，取颠覆力矩影响系数k=1.1，滚动导轨上的摩擦系数。按下式计算滚珠丝杆副的最大工作载荷：
考虑工作台在移动过程中只受g影响。
故 考虑工作台在静止加工时只受影响。故 取。
2） 最大动载荷的计算。
最快进给速度400mm/min
初选丝杠导程，则此时丝杠转速。
取滚珠丝杆的使用寿命t=15000h，代入下式。
的丝杠寿命系数(单位为： r)
查表3—30[1]，取载荷系数，滚道硬度为60hrc时，取硬度系数，代入下式。
得最大动载荷：
3） 初选型号：
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3—31[1]，选择济宁博特精密丝杠制造****生产的gd系列 2505—4型滚珠丝杆副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式，其参数如下：
公称直径。导程。
循环滚珠为4圈×2列。
精度等级 5级。
额定动载荷 28759n
故，满足要求。
4）传动效率的计算：
将公称直径，导程，代入。
得。将摩擦角，代入。
得。5）刚度的验算：
1) 滚珠丝杆副的支承采用“单推—单推”的方式，丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面，左右支承的距离约为a=680mm，钢的弹性模量。查表3—31[1]，得。
滚珠直径。丝杠底径。
丝杠截面积。
丝杠在工作载荷作用下产生的拉/压变形量。
2) 根据，得。
单圈滚珠数z=22
滚珠总数量。
丝杠预紧时，取轴向预紧力。
代入。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取。
3) 总。由表3—27知，5级精度丝杠有效行程在630~800mm时，行程偏差允许达到，可见丝杠刚度不足。
6）重选丝杠型号。
仍选gd系列的3205—3型滚珠丝杆副。其。
公称直径。导程。
滚珠直径。丝杠底径。
圈数×列数 3×2
精度等级 5级。
额定动载荷满足要求。
同理。传动效率。
满足要求。7）压杆稳定性校核：
根据下式。计算失稳时的临界载荷。查表3—34[1]，取支承系数，丝杠底径，截面惯性矩。
压杆稳定安全系数k取3（丝杠卧式水平安装）滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值a=680mm。代入上式，得。
远大于工作载荷，故丝杠不会失稳。
综上所述，初选的滚珠丝杆副满足使用要求。
8）滚珠丝杆副主要尺寸列表：
主要尺寸计算结果。
公称直径32
基本导程5滚珠直径3.175
螺旋升角。丝杠外径31.2
丝杠底径28.2
螺母大经d82
螺母小径50
螺母长度l82
丝杠长度s<700
油杯m6为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机转轴上尽可能地小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。采用一级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联结，滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用弹簧错齿法消除间隙。
已知工作台的脉冲当量，滚珠丝杆的导程，初选步进电动机的齿距角。传动比的计算：
本设计中选用常州市新月电机****生产的jbf—3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm，齿数比为75／36，材料为45调质钢，齿表面硬度达55hrc。减速箱中心距为，小齿轮厚度为20mm ，双片大齿轮厚度均为10mm。
小齿轮直径为，大齿轮直径为。
1）加在步进电动机转轴上的总转动惯量。
已知：滚珠丝杠的公称直径。
滚珠丝杆总长。
基本导程。材料密度。
移动部件总重力g=1000n
小齿轮宽度。
小齿轮直径。
大齿轮宽度。
大齿轮直径。
传动比。得滚珠丝杆的转动惯量。
托板折算到丝杠上的转动惯量。
小齿轮的转动惯量。
大齿轮的转动惯量。
初选步进电动机型号为90byg2602，为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相八拍驱动时步距角为，从表4-5[1]查得该型号电动机转子的转动惯量。
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