X-Y数控工作台设计说明书

1、X-Y数控工作台设计说明书一、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铳床使用的XY数控工作台，主要参数如下：1）工作台面尺寸CXBXH=200+（班级序号）X5mmX200+（班级序号）X5mmX15+（班级序号）】mm；2）底座外形尺寸C1XB1XH1=680+（班级序号）X5mmX680+（班级序号）X5mmX230+（班级序号）X5mm；3）工作台加工范围X=300+（班级序号）X5mm,Y=300+（班级序号）X5mm；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

2、=115+（班级序号）】kg；6）工作台空载最快移动速度为3m/inin；工作台进给最快移动速度为0.5m/niin。7）立铳刀的最大直径d=20nnn；8）立铳刀齿数Z=3；9）最大铳削宽度4=20卯7?;10）最大被吃刀量=1。o1.2总体方案确定（1）机械传动部件的选择导轨副的选择丝杠螺母副的选择减速装置的选择伺服电动机的选择（2）控制系统的设计伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制PLC控制电机的梯形图编程数控精密工作台XY数控工作台结构万以M/*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Au

3、toCAD软件绘制XY数控工作台的总装配图，并绘制A0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：按质量二体积（由尺寸求得）X密度进行估算（45钢密度7.85g/立方厘米）工作台面质量二上导轨座（连电机）质量二夹具及工件质量二X-Y工作台运动部分的总重量G=Mg=2.2 铳削力的计算零件的加工方式为立式铳削，采用硬质合金立铳刀，工件的材料为碳钢。查表得立铳刀的铳削力计算公式为：口0.85,0.75；-0.731.00,1371

4、=1184fzdapnZ其中，取最大铳削宽度，最大背吃刀量，每齿进给量，=0.1,铳刀转速n=500r/niin,可直接带入计算。采用立铳刀进行圆柱铳削时，各铳削力之间的比值可查表得出，考虑逆铳时的情况，可估算三个方向的铳削力分别为：尸,=11工=；£=0.38月=;F加=0.25冗=。现考虑立铳，则工作台受到垂直方向的铳削力£=5,=,受到水平方向的铳削力分别为纵向铳削力K=的（丝杠轴线方向）=,径向铳削力F、.=Ffn=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

5、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"G"向载荷为片皿=+尸=。其中，移动部件重量为G,外加载荷歹=£=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、载荷系数九二1.5,代

6、入以下公式，得距离寿命（期望值为50KM）oL=（fHfrfcfRCa）3x5O=fw尸22.4滚珠丝杠的设计计算滚珠丝杠的负荷包括铳削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铳削时的情况计算。（1）最大工作载荷E”的计算在立铳时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）为巴,受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为尸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=l.1,滚动导轨上的摩擦因数"=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为：Fm=KFSy+G）=（2）最大动载荷外的计算工作台在承受最大铳削力时的最快进给速度u=

7、5OO/min,初选丝杠导程外（自己选择如4、5、6mm等)，则此时丝杠转速=/4取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入乙=60八7/1。6,得丝杠寿命系数及查表，取载荷系数九=L2,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数代入式心=南源%，求得最大动载荷外。(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，大于五Q,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)Ph出3(4)传动效率的计算将公称直径“。，导程外，EAA=arctanP/1/(d(),得丝杠螺旋升角X。将摩擦角

8、9=10,代入"=tan2/tan(A+?),得到传动效率。(5)刚度的验算XY工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用一个或一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a,钢的弹性模量石=2.1x10,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S=71(11/4=算的丝杠在工作载荷”作用下产生的拉/压变形量4=滚珠与螺纹滚道间的接触变形量夕=0.0013L=，其中，丝杠预紧时，一io沙西W/io取轴向预紧力0=£/3=,Zz为滚珠总数量。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3,所以实际变形量H可减小一半

9、。将以上计算出的4和心代入源=可+心，求得丝杠总变形量源。通过查表，得出源是否在行程的偏差允许值内。（6）压杆稳定性校核查表，取支承系数4=1,由丝杠底径刈，求得截面惯性矩/="/；/64二；压杆稳定性安全系数K取3,a为滚动螺母至轴向固定处的距离最大值。根据公式入二与巴，Kcr计算失稳时的临界载荷乙，远大于工作载荷现即不会失稳。2.5确定齿轮传动比初选步进电机步距角。=0.75（可自选），滚珠丝杠的导程外，要实现脉冲当量6p=0.005/wh/step,在传动系统中应加一对齿轮降速传动。齿轮传动比i=2=%，360=（）.（）05x36（）:U（此计算假设导程为5mm）Z2aPh0

10、.75x525选Z,=12,Z2=25o因传递的扭距较小，取模数7=1。采用一级减速，步进电机的输出轴与小齿轮连接，滚珠丝杠的轴头与大齿轮连接，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*公司生产的*系列*型齿轮减速箱。所选齿轮箱中齿轮尺寸参数Z小齿轮大齿轮d=mZ(")直径b=齿宽a="。(")中距2.6步进电机的选用（1）步进电机的步距角a根据系统脉冲当量与=0.005/脉冲，根据所选滚珠丝杠的导程”，初选步进电机步距角夕（可自选）。（2）计算加在步进电机转轴上的总转动惯量4（3）步进电机快速空载启动时转轴所承受的负载转矩7；叫的计算其中

11、是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；7/是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。60%式1804=4+4+寸(j2+j3)+mZ27式中：%一一折算到电机轴上的惯性负载（依J。一一步进电机转轴的转动惯量（4a/）;，齿轮1的转动惯量（依J2齿轮2的转动惯量（kgcJ）；人滚珠丝杠的转动惯量（kgcF）;M移动部件质量（攵g）。对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算J=0.78X10-3（依皿2）式中：D圆柱零件直径（cm）；L一一零件长度（cm）。所以根据滚珠丝杠的公称直径"。，总长/,导程与，材料密度夕=7.85x10-3版/0,/，移动部件总重G,小齿轮宽度

12、印，直径4,大齿轮宽度久,直径4,传动比L计算出人=（kgc），、=（kgcf）4=（kgvf）电机轴转动惯量很小，可以忽略。n%ax&3603设步进电机由静止到加速至%，所需时间为J=0.4s,传动链总效率为巩F：+G)R2砂三、控制系统设计以下内容仅提供单电机的主电路及控制电路图，请必须自行完成双电机（XY轴电机）的硬件电气控制图。3.1 电动机控制电气原理图电动机长动和点动控制电气原理图以上所用低压电器为：停止按钮SB1（常闭），长动按钮SB2（常开），点动按钮SB3（常开）；一个热继电器KH；一个继电器KA（至少含两对常开辅助触点）；一个接触器KM（对辅助触点数量无要求电动机正

13、反转控制电气原理图以上所用低压电器为：停止按钮SB1（常闭），正传按钮SB2（组合按钮），反转按钮SB3（组合按钮）；一个热继电器KH；两个接触辖KM（分别至少含一对辅助触点）。3.2 PLC分项控制电动机的接线图COMCOMOFU电源g_12000Y001KMn.A.SIR9FX2N3口乙/X001KA|"KH1IkX002Y002PLC控制电机正反转外部接线图PLC控制电机点动和长动外部接线图3.3 PLC总体控制接线图加开关变操为原理中COMCOM相交由异步 中动机接线优，二相交沈舁步电动机比接与接触KM1 的常升接点还5只按例3红色接K2,工色接XI.几色技。一G相所为Q52；相线与PLC的L接城拳干违 接,专线与一筏则连接WWW. pwO. CllPLC控制三相交流