XY数控工作台设计说明书Word文档格式.docx
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3）工作台加工范围X=【300+（班级序号）×
5】mm,Y=【300+（班级序号）×
4）X、Y方向得脉冲当量均为0、005mm/脉冲;
X、Y方向得定位精度均为±
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
①导轨副得选择
②丝杠螺母副得选择
③减速装置得选择
④伺服电动机得选择
（2）控制系统得设计
①伺服电机启动、停止、调速、正反转得控制
②PLC控制电机得梯形图编程
XY数控工作台结构
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AO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）×
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=
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—Y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、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
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
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
①XY工作台上下两层滚珠丝杠副得支承均采用“单推单推”得方式。
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=
②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。
③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（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
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;
（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
所选步进电机参数
型号
主要技术数据
外形尺寸
重量
步距角
最大静转距
最高空载启动频率
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
电动机控制主电路
电动机长动与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）。
电动机正反转控制电气原理图
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）;
两个接触器KM（分别至少含一对辅助触点）。
3、2PLC分项控制电动机得接线图
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
3、3PLC总体控制接线图
3、3PLC梯形图得绘制
根据自己设计得需要,通过查阅相关文献进行梯形图得编程设计,（至少包括实现电机得启动、停止、正反转、电动四项基本功能）,以下仅为各单项工作得参考。
PLC控制电机正反转得控制程序梯形图
PLC控制电机点动与长动得控制程序梯形图
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