X-Y工作台总方案.doc

前 言 工作台是机床上必不可少的部件，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产率。数控工作台设计在生产实践中还有很多现实意义和经济效益。随着经济的发展，机械行业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和劳动生产率，而且能有效的适应多品种，小批量的市场经济的需要，使之更有效的发挥经济效益和社会效益。 X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，具有普遍意义。 总体方案的确定 2. 1机械系统部件的选择 导轨副的选用 常用的导轨副有滑动导轨、滚动导轨。下面我们大概对滑动导轨、滚动导轨进行一下对比如下表所示。 电机 优点 缺点 应用场合 滑动导轨 结构简单，制造、检验和维修方便 导向精度不高 普通机床 滚动导轨 刚度高、精度高、摩擦系数小、运动灵活 抗震性差、接触应力大 精密机床、测量仪器 要设计的数控铣床作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度不高，因此选用直线滑动矩形导轨副，它具有结构简单，制造、检验和维修方便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高等特点。 2.1.2丝杠螺母副的选用 本次课程设计所要求设计的是简单的经济型x-y数控工作台，可用于数控钻床上，提高工作效率和减轻劳动强度。在设计要求中，工作台尺寸并不大，切削力小，重复定位精度也不高。工作台行程也比较小，经比较传动部分选滚珠丝杠螺母传动更有利于结构的紧凑性。 2. 2控制系统的选择 控制系统由微机部分、I/O接口、步进电机、脉冲分配器、功率放大器电路及光电隔离电路等组成。 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。 2. 3 总体方案的拟定 考虑到定位精度要求不高和经济性的原因，以及目前国内外很多机床厂生产的此类机床均采了开环控并制取得了很好的效果，因此本次设计采用开环控制系统，机械传动部件采用滚珠丝杠传动, 结构简单工作可靠稳定性好，选用MCS-51-8031单片机和相应的驱动电路对两个三相混合式步进电机进行开环控制，又由于工作负载很小，可以由步进电机直接驱动丝杠旋转而不需要中间减速装置，初步拟定总体方案如图2-1所示： 图2-1 X-Y工作台总体方案 机械传动部件的计算与选型 3．1 基本参数预置 3.1.1 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 （灰铸铁HT200的密度为7.2g/cm3） 工作台面尺寸：250mm×250mm×20mm 工作台重量=25mm×25mm×2mm×7.2g/cm3×10×10-3=90N。 上导轨座（连电机）重量：600N 负载重量:G=500N； X-Y工作台运动部分的总重量G约为：1200N 3.1.2铣削力的计算 设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳素钢。则由表2-1得立铣时的铣削力计算公式为： 其中：侧吃刀量=15mm，每齿进给量=0.1mm/Z，铣刀直径d =15mm，铣刀转速n=300r/min，铣刀齿数Z=3，背吃刀量=8mm。 直接带入计算得：=1463N 采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可查表2-1得出，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：=1609.3N；=624.34N；=365.75N。 现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力，受到水平方向的铣削力分别为纵向铣削力（丝杠轴线方向），径向铣削力 3．2 滚珠丝杠副设计计算及其型号与直径的选择 滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格(包括导程与公程直径)、支承方式等几个方面的内容。滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示,在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格，对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算。 3.2.1 最大工作载荷的计算 在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）为=1609.3N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为=365.75N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）为=624.34N。 已知移动部件的总重量G=1200N，按矩形导轨进行计算，查表2-9 ，取倾覆力矩影响系数K=1.1，滑动导轨上的摩擦因数。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为： =1.1×1609.3×(624.34+365.75+1200)=3960.32N 3.2.2 最大动载荷的计算 工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400 mm/min，初选丝杠导程ph=