1、114 一、总体方案设计一、总体方案设计 1.1 设计任务设计任务 设计一个数控 X-Y 工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑 料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为0.01mm，定位精度为 0.025mm。 设计参数如下：负载重量 G=150N；台面尺寸 CBH145mm160mm12mm；底座外 形尺寸 C1B1H1210mm220mm140mm；最大长度 L=388mm；工作台加工范围 X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为 1m/min。 1.2 总体方案确定总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应
2、用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控 制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动 X-Y 工作台。 （2）计算机系统 本设计采用了与 MCS-51 系列兼容的 A T89S51 单片机控制系统。 它的主要特点是集成度高， 可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O 接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大 器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED 显示数控工作台的状态。 （3）X-Y 工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传 动刚度和消除间隙，采用预加负荷
3、的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双 V 形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减 少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 图 1-1 系统总体框图 214 二、机械系统设计二、机械系统设计 2.2.1 1、工作台外形尺寸及重量估算、工作台外形尺寸及重量估算 X 向拖板（上拖板）尺寸： 长宽高 14516050 重量：按重量=体积材料比重估算 32 14516050107.81090 N Y 向拖板（下拖板）尺寸： 14516050 重量：约 90N。 上导轨座（连电机）重
4、量： 223 (2201403821558 )7.810101.110107 ()N 夹具及工件重量：约 150N 。 X-Y 工作台运动部分的总重量：约 287N。 2.22.2、滚动导轨的参数确定、滚动导轨的参数确定 、导轨型式：圆形截面滚珠导轨 、导轨长度 上导轨（X 向） 取动导轨长度 100 B l 动导轨行程 55l 支承导轨长度 155 B Lll 下导轨（Y 向） 50l 100 B l 150L 选择导轨的型号：GTA16 、直线滚动轴承的选型 上导轨 240() X GN 下导轨 287() Y GN 由于本系统负载相对较小，查表后得出 LM10UUOP 型直线滚动轴承的额
5、定动载荷为 370N， 大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择 LM16UUOP 型直线滚动轴承。并采用双排两 列 4 个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。 314 、滚动导轨刚度及预紧方法 当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变 形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平； 当导轨移动到位置或时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜 角，由 此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性 变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形） ，影响导轨的精度。 2.32.3、滚
6、珠丝杠的设计计算、滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计 算。 、最大动负载 Q 的计算 3 H QL ffP 查表得系数1f，1 H f，寿命值 6 60 10 nT L 查表得使用寿命时间 T=15000h，初选丝杠螺距 t=4mm，得丝杠转速 m ax 100010001 250(/ m in) 4 V nr t 所以 6 6025015000 225 10 L X 向丝杠牵引力 1.414 xx Pf G 当 ()f当 当 量 摩 擦 系 数 1.4140.012403.39()N Y 向丝杠牵引力 1.414 1.4140.012874.06() yy PfG N 当 所以最大动负荷 X 向 3 225113.3920.6() x
