X-Y数控工作台设计说明书(20210303220731)

1、、总体方案设计 1、1 设计任务 题目:X Y数控工作台得机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用得 X Y数控工作台，主要参数如下： 1）工作台面尺寸CX BX H=【200+（班级序号）X 5】mm【200+（班级序号）X 5】mM 【15+（班级序号）】 mm; 2）底座外形尺寸 C1X B1X H1=【680+（班级序号）X 5】mnX 680+（班级序号）X 5】 mmX【 230+（班级序号 ） X 5】 mm; 3）工作台加工范围X= 300+（班级序号）X 5】mm,Y=300+（班级序号）X 5】mm; 4）X、丫方向得脉冲当量均为0、005mm脉冲;X、丫方向得定位精

2、度均为土 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）立铣刀得最大直径 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）机械传动部件得选择 导轨副得选择 丝杠螺母副得选择 减速装置得选择 伺服电动机得选择 （2）控制系统得设计 伺服电机启动、停止、调速、正反转得控制 PLC控制电机得梯形图编程 数控JS密工作台 XY数控工作台结构 a 4 机电接口 X方向传动机构 滚 珠 丝 杠 步进电 动机 减速器 滚珠丝杠

3、 步进 动机 电 Y方向传动机构 驱 动 电 路 工作台 系统总体方案结构框图 1、3设计得基本要求 (1) 按照机械系统设计得步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。 (2) 计算结果作为装配图得尺寸与零部件选型得依据,通过AutoCAD软件绘制XY数控工 作台得总装配图,并绘制A0图纸。 (3) 按照电气控制系统得步骤进行设计，完成电机启动、停止、正反转、电动等基本工作 状态控制得硬件连线图,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导轨上移动部件得重量估算 质量：按质量=体积（由尺寸求得）x密度进行估算（45钢密度7、85g/立方厘米） 工作台面质量= 上

4、导轨座（连电机）质量= 夹具及工件质量= XY工作台运动部分得总重量G=Mg= 2、2铣削力得计算 零件得加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件得材料为碳钢。查表得立铣 刀得铣削力计算公式为： 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，各铣削力之间得比值可查表得出，考虑逆铣时得情况，可估算三个方 向得铣削力分别为：=;=;=。 现考虑立铣，则工作台受到垂直方向得铣削力=,受到水平方向得铣削力分别为纵向 铣削力（丝杠轴线方向）=,径向铣削力= 2、3直线滚动导轨得参数确定 （1）滑块承受工作载荷得计算及导轨型号得选取 本设计中得X

5、 丫工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块得支承形式。考虑最不利 得情况，即垂直于台面得工作载荷全部由一个滑块承担 ，则单滑块所受得最大垂直方向 载荷为=。 其中，移动部件重量为G,外加载荷= 根据计算出得工作载荷，初选符合要求得*公司生产得*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得要求，选择导轨得长度。 所选直线滚动导轨副得几何参数（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 C2 L1 L2 L3 H2 M (2)额定寿命得L得校核计算 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

6、、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滚珠丝杠得设计计算 滚珠丝杠得负荷包括铣削力及运动部件得重量所引起得进给抗力。应按铣削时得情 况计算。 (1) 最大工作载荷得计算在立铣时，工作台受到进给方向得载荷(与丝杠轴线平 行)为，受到横向得载荷(与丝杠轴线垂直)为,受到垂直方向得载荷(与工作台面垂直)为。 根据移动部件得总重量 G,按矩形导轨进行计算，查表,取倾覆力矩影响系数K=1、1, 滚动导轨上得摩擦因数。求得滚珠丝杠副得最大工作载荷为： (2) 最大动载荷得计算 工作台在承受最大铣削力时得最快进给速度，初选丝杠导程(自己选择如4、5、6mm

7、 等)，则此时丝杠转速 取滚珠丝杠得使用寿命 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 根据计算出得最大动载荷与初选得丝杠导程,查表,选择*公司生产得*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 列数 螺母 安装 尺寸 额定载荷 刚度 (4)传动效率得计算 将公称直径，导程，代入，得丝杠螺旋升角。将摩擦角，代入，得到传动效率。 (5) 刚度得验算 XY工作台上下两层滚珠丝杠副得支承均采用 “单推单推”得方

8、式。丝杠得两端各 采用一个或一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承得中心距离约为a,钢得弹性 模量，由所选滚珠丝杠螺母副可得，滚珠直径,丝杠底径,丝杠截面积= 算得丝杠在工作载荷作用下产生得拉/压变形量= 滚珠与螺纹滚道间得接触变形量，其中,丝杠预紧时，取轴向预紧力=,为滚珠总数 量。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载得1/3,所以实际变形量可减小一半。 将以上计算出得与代入，求得丝杠总变形量。通过查表，得出就是否在行程得偏差 允许值内。 (6) 压杆稳定性校核 查表,取支承系数，由丝杠底径,求得截面惯性矩=;压杆稳定性安全系数K取3,a为 滚动螺母至轴向固定处得距离最大值。 根据公式,计算

9、失稳时得临界载荷，远大于工作载 荷即不会失稳。 2、5确定齿轮传动比 初选步进电机步距角(可自选),滚珠丝杠得导程，要实现脉冲当量，在传动系统中应 加一对齿轮降速传动。齿轮传动比 (此计算假设导程为5mm) 选，。 因传递得扭距较小，取模数。 采用一级减速，步进电机得输出轴与小齿轮连接，滚珠 丝杠得轴头与大齿轮连接，其中大齿轮设计成双片结构，采用弹簧错齿法消除齿侧间隙。 本设计选用*公司生产得*系列*型齿轮减速箱。 所选齿轮箱中齿轮尺寸参数 小齿轮 大齿轮 直径 齿宽 中心距 2、6步进电机得选用 (1) 步进电机得步距角 根据系统脉冲当量脉冲 , 根据所选滚珠丝杠得导程 ,初选步进电机步距角

10、 (可自选 )。 (2) 计算加在步进电机转轴上得总转动惯量 (3) 步进电机快速空载启动时转轴所承受得负载转矩得计算 其中就是快速空载启动时折算到电动机转轴上得最大加速转矩; 就是移动部件运动 时折算到电动机转轴上得摩擦转矩。 式中: 折算到电机轴上得惯性负载 ; 步进电机转轴得转动惯量 ; 齿轮 1 得 转动惯量； 齿轮2得转动惯量；滚珠丝杠得转动惯量;M 移动部件质量。 对材料为钢得圆柱零件转动惯量可按下式估算 式中:D圆柱零件直径(cm);L 零件长度(cm)。 所以根据滚珠丝杠得公称直径，总长,导程，材料密度,移动部件总重G,小齿轮宽度，直 径，大齿轮宽度,直径,传动比i。计算出 电

11、机轴转动惯量很小 , 可以忽略 设步进电机由静止到加速至所需时间为 ,传动链总效率为 步进电机最大工作负载状态下转轴所承受得负载转矩得计算 就是折算到电动机转轴上得最大工作负载转矩 ；就是移动部件运动时折算到电动机 转轴上得摩擦转矩。 (3) 步进电机最大静转距得选定 考虑到步进电机得驱动电源受电网影响较大 , 当输入电压降低时 , 其输出转矩会下降 可能造成丢步 , 甚至堵转。因此 , 根据来选择步进电机得最大静转距时 , 需要考虑安全系 数。本设计取安全系数K=4,则步进电机得最大静转距应满足 (4) 步进电机得最高工作频率 综上,选用*公司生产得*系列*型步进电。电机得有关参数如下 所选

12、步进电机参数 型号 主要技术数据 外形尺寸 重量 步距 角 最川伽 最咼空载 启动频率 相数 电压 电流 外径 长度 轴径 三、控制系统设计 以下内容仅提供单电机得主电路及控制电路图，请必须自行完成双电机（XY轴电机） 得硬件电气控制图。 3、1电动机控制电气原理图 QS FIJ I电动机控制主电路 0- f- 0 _ Jz5 电动机长动与点动控制电气原理图 勺：停止按钮SB1（常闭长动按钮Sb2（常开）, 个继电器KA（至少含两对常开辅助触点 勺一个接触器KM（对辅助触 以上所用低压电 一个热继电器KH; 点数量无要求）。 以上 器为 点动按钮SB3（常开）; SB2（组合按钮） SBI I I 。电动机正反转控制电气原理图 所用低压电器为：停止按钮SB1（常闭）,正传 SB3（组合按钮）;一个热继电器KH;两个接触器KM（分别 分项控制电动机得接线图 1* 3、2 PLC 生一对辅助触点） 反转按钮 3、3 PLC总体控制接线图 PLC控制电机正反转外部接线图 PLC控制电机点动与长动外部接线图 QSI 0- FL悝剧三*0立金長出mmUl曲电砧违报削席图 (7001) 牡力机搖戢优 科liX OS1 咖閔 3、3 PLC梯形图得绘制 j-liMKMi 的朋卄接点途 咛；三柑交丹护 歩电动机片柚 Y.+IPF X Q气A tti找与PLC的