数控铣床XY工作台1.ppt

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数控铣床系统数控铣床系统XYXY工作台与控制工作台与控制系统设计系统设计xxxxxxx指导教师：

xxxx数控铣床X-Y工作台概述X-YX-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的床的X-YX-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。

表面贴装设备等。

模块化的模块化的X-YX-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构工作台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。

其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，成。

其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在成工作台在XX、YY方向的直线移动。

导轨副、滚珠丝杠方向的直线移动。

导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。

控制系统根据需设计时只需根据工作载荷选取即可。

控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

专用的微机控制系统。

X-Y数控工作台外形总体方案的确定1.机械传动部件的选择机械传动部件的选择导轨副的选用导轨副的选用要设计的要设计的XYXY工作台需工作台需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

等优点。

丝杠螺母副的选用丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足运动，要满足0.005mm0.005mm的脉冲当量和的脉冲当量和0.01mm0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。

为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。

滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。

消除反向间隙。

减速装置的选用减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。

为此，本例决定采用无间隙齿轮传间隙机构。

为此，本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱。

动减速箱。

考虑到考虑到XX、YY两个方向的加工范围相同，承两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，XX、YY两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机拟采用相同的型号和规格。

置、伺服电动机拟采用相同的型号和规格。

22.控制系统的设计控制系统的设计控制系统的设计控制系统的设计根据技术指标中最高控制速度，以及数控系根据技术指标中最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，选用统的经济性要求，选用MCS-51MCS-51系列的系列的88位单位单片机片机AT89S52AT89S52作为控制系统的作为控制系统的CPUCPU，应该能够，应该能够满足任务书给定的相关指标。

满足任务书给定的相关指标。

要设计一台完整的控制系统，在选择要设计一台完整的控制系统，在选择CPUCPU之之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、I/OI/O接口电路等接口电路等。

步进电机控制XY轴系统总体框图机械传动部件的计算与选型确定系统脉冲当量确定系统脉冲当量确定系统脉冲当量确定系统脉冲当量工作台外形尺寸及重量初步估算工作台外形尺寸及重量初步估算工作台外形尺寸及重量初步估算工作台外形尺寸及重量初步估算直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）滚珠丝杠螺母副的计算与选型滚珠丝杠螺母副的计算与选型滚珠丝杠螺母副的计算与选型滚珠丝杠螺母副的计算与选型减速齿轮计算设计减速齿轮计算设计减速齿轮计算设计减速齿轮计算设计步进电动机的计算与选型步进电动机的计算与选型步进电动机的计算与选型步进电动机的计算与选型确定系统脉冲当量脉冲当量是一个进给指脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应小令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，于等于工作台的位置精度，由于定位精度为由于定位精度为0.01mm0.01mm，因此选择脉冲当量为因此选择脉冲当量为0.005mm0.005mm。

工作台外形尺寸及重量初步估算工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算XX向和向和YY向向工作台承载重量。

工作台承载重量。

重量：

按重量重量：

按重量=体积体积材料材料X-YX-Y工作台简图工作台简图直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）滑块承受工作载荷滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取的计算及导轨型号的选取本例中的本例中的X-YX-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的工作台为水平布置，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：

部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：

查查表根据工作表根据工作载载荷荷初选直线滚动导轨副的型号为初选直线滚动导轨副的型号为KLKL系系列的列的JSA-LG15JSA-LG15型型距离额定寿命L的计算工作寿命的计算工作寿命的计算故导轨工作寿命足够故导轨工作寿命足够直直线滚动导轨线滚动导轨副副11、导轨、导轨22、滑块、滑块33、返向器、返向器44、密封端盖、密封端盖55、注油杯、注油杯图图滚珠丝杠螺母副的计算与选型1.1.最大工作最大工作载载荷荷的的计计算算2222.最大动工作载荷最大动工作载荷的计算的计算3.3.初选型号初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，GG系列系列3206-43206-4型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径其公称直径=32mm=32mm，导程，导程=6mm=6mm4.4.4.4.传动效率传动效率的计算的计算代入代入得得传动传动效率效率=95.5%=95.5%。

X-YX-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推单推-单推单推”的方式。

丝杠的两端各采用的方式。

丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配对推力角接触球轴承，面对面组配根据式根据式5.5.5.5.刚度的验算刚度的验算将以上算出的将以上算出的和和代入代入，求得丝杠总变形量，求得丝杠总变形量为为本例中，本例中，丝丝杠的有效行程杠的有效行程为为400mm400mm，由表知，由表知，55级级精度精度滚滚珠珠丝丝杠有效行程在杠有效行程在315-400mm315-400mm时时，行程偏差允，行程偏差允许许达到达到2525，可，可见丝见丝杠杠刚刚度足度足够够。

6.6.压杆稳定性校核压杆稳定性校核根据公式根据公式远大于工作载荷远大于工作载荷故丝杠不会失稳故丝杠不会失稳。

1212计算失稳时的临界载荷计算失稳时的临界载荷G系列滚珠丝杠副尺寸参数规格代号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列数额定载荷/NG3206-43263.96927.231.241829247148螺母安装尺寸油杯LBhM50826760137712M6减速齿轮计算设计减速齿轮计算设计为了满足脉冲当量的的设计要求，增大步进电动机的输出为了满足脉冲当量的的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机轴上尽可能的小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮机轴上尽可能的小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮机减速，采用一级减速，步进电动机的输出轴与齿轮相连，滚机减速，采用一级减速，步进电动机的输出轴与齿轮相连，滚珠丝杠的轴头与大齿轮相连。

其中大齿轮设计成双片结构。

珠丝杠的轴头与大齿轮相连。

其中大齿轮设计成双片结构。

因传递的扭矩较小，取大小齿轮模数均为因传递的扭矩较小，取大小齿轮模数均为1mm1mm，齿数比为，齿数比为8080：

3232，材料为，材料为4545调质钢，齿表面淬硬后达到调质钢，齿表面淬硬后达到55HRC55HRC。

减速箱中心。

减速箱中心距为距为（80+3280+32）1/2mm=56mm,1/2mm=56mm,小齿轮厚度为小齿轮厚度为20mm20mm，双片大齿轮，双片大齿轮厚度均为厚度均为10mm10mm。

小小齿轮齿齿轮齿数数=32=32，大，大齿轮齿齿轮齿数数=80=80分度圆直径：

分度圆直径：

齿顶圆直径：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

齿根圆直径：

步进电动机的计算与选型对于步进电动机的计算与选型，通常按照以下几个步骤：

对于步进电动机的计算与选型，通常按照以下几个步骤：

1.1.根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总2.2.转动惯量转动惯量3.3.2.2.计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载4.4.转矩转矩5.5.3.3.取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最6.6.大静转矩的依据大静转矩的依据7.7.4.4.根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进8.8.电动机进行校核电动机进行校核9.9.本次设计中工作台的进给传动系统选用本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG260290BYG2602步进步进电动机，完全满足设计要求。

电动机，完全满足设计要求。

工作台控制系统的设计X-YX-Y数控工作台的控制系统设计，控制系统数控工作台的控制系统设计，控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

本设计也可以设计专用的微机控制系统。

本设计CPUCPU选用选用ATMELATMEL公司的公司的88位单片机位单片机AT89S52AT89S52，由于，由于AT89S52AT89S52本身资源有限，所以扩展了一片本身资源有限，所以扩展了一片EPROMEPROM芯片芯片W27C512W27C512用做程序存储器，存放系统底层用做程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片程序；扩展了一片SRAMSRAM芯片芯片62646264用做数据存储用做数据存储器，存放用户程序；输入器，存放用户程序；输入/输出口的扩展选用输出口的扩展选用了并行接口了并行接口82558255芯片，一些进芯片，一些进/出的信号均做出的信号均做了隔离放大了隔离放大。

单片机的简介与选用单片机的简介与选用88位单片机是目前品种最为丰富、应用最为位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的微控制器，它在自动化装置、智能仪器仪广泛的微控