x-y数控工作台机电系统设计

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1、目录一、设计任务4二、总体方案的确定41、机械传动部件的选择…….4(1)丝杠螺母副的选用5(2)导轨副的选用5(3)伺服电动机的选用52、控制系统的设计53、绘制总体方案图6四、机械传动部件的计算与选型61、导轨上移动部件的重量估算62、铣削力的计算6五、步进电动机的计算与选型101、传动计算102、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq103、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq114、步进电动机最大静转矩的选定13六、直线滚动导轨副的计算与选型151、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取152、距离额定寿命L的计算15七、绘制进给传动系统示意图16八

2、、控制系统硬件电路设计16九、步进电动机的驱动电源选用19结束语19参考文献...................................................................20一、设计任务题目：X-Y数控工作台机电系统设计任务：1、工作台和工件总重量：W=1310N；2、X-Y行程：400mm；工作台面尺寸300mm×300mm3、进给速度：V=10mm—500mm/min，空载快速移动速度V=2000mm/min，，启动时间T启=0.4s。4、最大切削分力：FZ=3070（垂直方向）；FX=3500（横向）；FY=3500（纵向

3、）；5、定位精度：0.01mm；6、脉冲当量=0.005mm/step7、设计寿命：15000h。二．总体方案的确定1、机械传动部件的选择(1)导轨副的选用要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且定位精度高，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，安装预紧方便好且精度保持性等优点。选滚珠导轨，适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床，摩擦阻力小，制造容易，成本较低。(2)丝杠螺母副的选用①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，需要满足±0.001mm的定位精度，滑动丝杠副不能达到要求，因此选用滚珠丝杆副，滚珠

4、丝杆副的传动精度高、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。②轴向间隙的调整和预紧方式：选用垫片调隙式，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构③滚珠丝杠的安装：采用一端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性和临界转速较高(3)伺服电动机的选用任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此2000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。2、控制系统的设计1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功

5、能，所以控制系统设计成连续控制型。2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。4）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1310N。2、铣削力的计算最大切削分力

6、：FZ=3070（垂直方向）；FX=3500（横向）；FY=3500（纵向）；3直线滚动导轨副的计算与选型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。本例中的X-Y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，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：其中，移动部件重量Ｇ＝1310N，外加载荷F=Fz=3070N，代入上式，得最大工作载荷=3397.5N=3.3975kN。查表3-41，根据工作载荷=3.3975kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的LG35型，其

7、额定动载荷Ca为35.1KN，额定静载荷COa为47.2KN。任务书规定工作台面尺寸为300mm×300mm，加工范围为400mm×400mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为840mm。2、距离额定寿命L的计算上述所取的KL系列LG35系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36至3-40，分别取硬度系数f=1.0，温度系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系数fR=0.9，载荷系数f=1.5，代入式（3-33），得距离寿命：