1、X X- -Y Y 数控工作台课程设计数控工作台课程设计 一、总体方案设计一、总体方案设计 1.1 1.1 设计任务设计任务 题目：XY 数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的 XY 数控工作台，主要参数如下： （1）工作台面尺寸 CBH185mm195mm27mm； （2）底座外形尺寸 C1B1H1385mm385mm235mm； （3）工作台加工范围 X=115mm Y=115mm； （4） X、Y 方向的脉冲当量均为 0.005mm、脉冲；X、Y 方向的定位精度均为 0.01mm； （5）负载重量 G=235N； （6）工作台空载最快移动速度为 3m/min； 工作
2、台进给最快移动速度为 1m/min。 （7）立铣刀的最大直径 d=20mm； （8）立铣刀齿数 Z=3； （9）最大铣削宽度20 e amm； （10）最大被吃刀量10 p am m。 1 12 2 总体方案的确定总体方案的确定 图 1-1 系统总体框图 （1）机械传动部件的选择 导轨副的选择 要设计的 X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不 大，但脉冲当量小，定位精度高，因此，决定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。 丝杠螺母副的选择 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
3、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。 滚珠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，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有 利于提高开发效率。 减速装置的选择 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 应有消除间隙机构。为此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 伺服电动机的选择 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。 因此， 本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流
4、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。 检测装置的选择 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务 书所给精度对于步进电动机来说还是偏高的， 为了确保电动机在运转过程中不受 切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上 安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分 辨率应与步进电动机的步距角相匹配。 考虑到 X、Y 两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减 少设计工作量，X、Y 两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机， 以
5、及检测装置拟采用相同的型号与规格。 （2）控制系统的设计 设计的 X-Y 工作台准备用在数控铣床上，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能，所以控制系统应该设计成连续控制型。 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 AT89S51 作为 控制系统的 CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。 要设计一台完整的控制系统，在选择 CPU 之后，还需要扩展程序存贮器、数据 存贮器、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。 选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用，我们将自行设计。 二、二、机械系统设计机械系统设计
6、2.2.1 1、导轨上移动部件的重量估算导轨上移动部件的重量估算 重量：按重量=体积材料比重估算 （45 钢密度 7.85g/立方厘米） 工作台面尺寸：185mm195mm27mm 重量：76N。 上导轨座（连电机）重量：600N 夹具及工件重量：235N X-Y 工作台运动部分的总重量 G：900N 2.22.2、铣削力的计算铣削力的计算 零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。查 表得立铣刀的铣削力计算公式为： 0.850.750.731.00.13 118 eezp FafdanZ 其中，每齿进给量0.1 z fmm，铣刀转速300/ m innr，可直接带入计算得 1893N。 步进电 动机 减 速 器 滚 珠 丝 杠 步进电 动机 减速器 工作台 滚珠丝杠 X 方向传动机构 Y 方向传动机构 微 型 机 机 电 接 口 驱 动 电 路 人机接口 系统总体方案结构框图系统总体方案结构
