Y数控工作台机电系统设计说明.docx

广西工学院机械工程系

《数控机床》课程设计说明书

设计题目： X-Y数控工作台机电系统设计班级：

：

指导教师：

广 西 工 学 院机电一体化教研室2010年 6 月

目录

一、《数控机床》课程设计目的 3

二、设计任务 3

三、设计主要步骤 3

1、确定设计总体方案… 4

、机械传动部件的选择… 4

、控制系统的设计… 4

2、机械传动部件的计算与选型… 5

、导轨上移动部件的重量估算… 5

、计算切削力… 5

、滚珠丝杠传动的设计计算及校验… 6

、步进电机的传动计算及电动机的选用… 9

、滚动导轨的设计计算… 15

3、其余附件的选择… 16

四、控制系统的设计 17

五、机械部分装配图的绘制 19

六、参考文献 20

七、总结体会 20

一、设计的目的

《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的：

1、 通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。

2、 通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式

3、 通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式

4、 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想

5、 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力

二、设计任务

设计一套供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：

1、 立铣刀最大直径的d=15mm，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度ac=15mm最大背吃刀量ap=8mm，加工材料为碳素钢或有色金属。

2、X、Z方向的定位精度均为±0.02mm。

3、工作台面尺寸为230mm?230mm，加工围为250mm?250mm;

4、工作台空载进给最快移动速度：V ?V ?3000mm/min，工作台进给最快移动

xmax ymax

速度:V ?V ?400mm/min，加减速0.4s。

xmaxf ymaxf

三、设计主要步骤

1、确定设计总方案

⑴、机械传动部件的选择

①、 丝杠螺母副的选择

步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.01mm脉冲当量，因为定位精度±0.02mm，对于机械传动要有一定的精度损失，大约是1/3-1/2的定位精度，现取为1/2，即是±0.01mm和±0.02mm的定位精度，滑动丝杠副无法做

到，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠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。

同时选用循环的形式，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。

由于定位精度不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，刚性好，装卸方便。

由于工作台最快的移动速度V

xmax

?V

ymax

?3000mm/min，所需的转速不高，故可以采用一般的安装方

法，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。

②、导轨副的选用

要设计数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，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，安装预紧方便等优点。

③、伺服电机的选用

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。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选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,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此可以选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。

④、减速装置的选用

选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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，如果要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。

⑵、控制系统的设计

①、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轮廓控制，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。

②、对于步进电动机的开环控制系统，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，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。

2、机械传动部件的计算和选择

、导轨上移动部件的重量