简易铣床X-Y工作台机电系统的设计解析.doc

课 程 设 计 说 明 书 设计题目：简易铣床X-Y工作台机电系统的设计 设 计 者：＿＿＿＿白泽＿＿＿＿＿＿ 专 业：＿＿＿机械设计制造及其自动化＿＿ 学 号： ＿＿＿＿＿＿＿＿ 班 级：＿＿＿ B130205＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导老师：＿＿＿＿阮红芳＿＿＿＿＿＿＿＿ 完成时间：＿＿＿＿16.05.26＿＿＿＿＿＿＿＿ 目录 一、课程设计目的，需求及设计要求………………………………… 1 二、总体方案设计……………………………………………………… 4 三、机械系统设计……………………………………………………… 5 四、步进电动机的选择设计…………………………………………… 9 五、控制系统软件设计 ……………………………………………11 六、总结 ………………………………………………………………16 七、参考文献 …………………………………………………………17 摘要 X-Y数控工作台机电系统是一个开环控制系统，其结构简单，实用，方便而且能够保证一定的精度。X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵一横向进刀机构，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数控工作台做为设计的内容，对机械专业的学生具有普遍意义。 本文结合数控铣床的基本结构，设计了一台X-Y简易数控机床，为铣床的数控化奠定了基础。首先确定了X-Y数控工作台的总体设计方案，包括机械传动部件的选择和数控系统的设计，机械传动部件的选择如导轨副作用，丝杠螺母副的作用，减速装置的选用，伺服电动机的选择等。其次，对X-Y数控工作台进行机械部分设计。包括直线导轨副的计算与选型，滚动丝杠螺母副的计算与选型等。最后，对X-Y数控工作台系统设计。 通过设计能够满足设计要求，达到数控工作台的基本要求，因本人水平有限，错误和不足之处在所难免，敬请老师批评指正。 关键字：X-Y简易数控工作台，机电系统，滚珠丝杠螺母副，伺服电动机。 一、总体方案设计 1.1 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=151；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；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 （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AT89S51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 二、机械系统设计 设 计 计 算 与 说 明 主要结果 2.1、工作台外形尺寸及重量估算 X向拖板（上拖板）尺寸： 长宽高 145×160×50 重量：按重量=体积×材料比重估算 N Y向拖板（下拖板）尺寸： 重量：约90N。 上导轨座（连电机）重量： 夹具及工件重量：约151N 。 X-Y工作台运动部分的总重量：约287N。 2.2、滚动导轨的参数确定 ⑴、导轨型式：圆形截面滚珠导轨①上导轨（X向