X-Y数控工作台设计说明书研讨.doc

一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：X—Y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X—Y数控工作台，主要参数如下： 1）工作台面尺寸C×B×H＝【200+（班级序号）×5】mm×【200+（班级序号）×5】mm×【15+（班级序号）】mm； 2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝【680+（班级序号）×5】mm×【680+（班级序号）×5】mm×【230+（班级序号）×5】mm； 3）工作台加工范围X=【300+（班级序号）×5】mm，Y=【300+（班级序号）×5】mm； 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）夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg； 6）工作台空载最快移动速度为3m/min；工作台进给最快移动速度为0.5m/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； 10）最大被吃刀量。 1.2 总体方案确定 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 ② 丝杠螺母副的选择 ③ 减速装置的选择 ④ 伺服电动机的选择 （2）控制系统的设计 ① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 ② PLC控制电机的梯形图编程 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 XY数控工作台结构 1.3 设计的基本要求 （1）按照机械系统设计的步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。 （2）计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过AutoCAD软件绘制XY数控工作台的总装配图，并绘制AO图纸。 （3）按照电气控制系统的步骤进行设计，完成电机启动、停止、正反转、电动等基本工作状态控制的硬件连线图，并通过PLC协调控制XY电机运动，绘制相关梯形图。 二、机械系统设计 2.1 导轨上移动部件的重量估算 质量：按质量=体积（由尺寸求得）×密度进行估算 （45钢密度7.85g/立方厘米） 工作台面质量= 上导轨座（连电机）质量= 夹具及工件质量= X-Y工作台运动部分的总重量G=Mg= 2.2 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： 其中，取最大铣削宽度，最大背吃刀量，每齿进给量，铣刀转速，可直接带入计算。采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可查表得出，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：=；=；=。 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= 2.3 直线滚动导轨的参数确定 （1）滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 本设计中的X—Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为=。 其中，移动部件重量为G，外加载荷= 根据计算出的工作载荷，初选符合要求的****公司生产的*系列*型直线滚动导轨副。 根据任务规定工作台面尺寸，加工范围及工作台整体尺寸的要求，选择导轨的长度。 所选直线滚动导轨副的几何参数（由厂家说明书确定） 型号滑块尺寸额定载荷额定静力矩导轨长度C2L1L2L3H2M（2）额定寿命的L的校核计算 根据上述所选导轨副，查表，分别取硬度系数=1.0、温度系数=1.0、接触系数=0.81、精度系数=0.9、载荷系数=1.5，代入以下公式，得距离寿命（期望值为50KM）。 = 2.4 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。 （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，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）为。 根据移动部件的总重量G，按矩形导轨进行计算，查表，取倾覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为： = （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，初选丝杠导程（自己选择如4、5、6mm等），则此时丝杠转速 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入，得丝杠寿命系数 查表，取载荷系数，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数，代入式，求得最大动载荷。 （3）初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表，选择****公司生产的*系列*型，其额定动载荷为，大于，满足要求。 所选滚珠丝杠螺母副几何参数 型号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列