数控铣床X-Y工作台的设计.pdf

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毕业设计（论文）数控铣床X-Y工作台的设计THEDESIGNOFX-YTABLEINMILLING学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年05月19日徐州工程学院毕业设计（论文）II摘要X-Y数控工作台是是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台，是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。

模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、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，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X、Y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，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，也可以设计专用的微机控制系统。

关键词关键词X-Y数控工作台；伺服电动机；数控车床徐州工程学院毕业设计（论文）IIIAbstractAbstractAbstractAbstractCNCXYtablearemeantoeachalongXandYtomovetothetable,electromechanicalintegrationequipment,manybasiccomponents,suchasverticalCNClathe-lateralfeedbody,CNCmillingandCNCdrillingmachineXYworkTaiwan,laserprocessingequipment,workstations,electroniccomponentssurfacemountequipment.ModularCNCXYtable,usuallybyrailseat,movetheslider,work,ballscrewpair,andtheservomotorandothercomponentparts.Oneservomotortodrivetheballscrewactuatortodo,theballscrewdriveandworkplatformsliderailmovement,completetableintheX,Ydirectionofthestraightlinemovement.Guideways,ballscrewpairandservomotorsetc.,shallbestandardizedbythespecializedmanufacturers,designcanbeselectedonlyaccordingtoworkload.Controlsystemasneeded,youcanselectacomputerusingastandardjobcontrol,youcandesignadedicatedcomputercontrolsystem.KeywordsKeywordsKeywordsKeywordsXYtableservosystemCNCmachinetools徐州工程学院毕业设计（论文）1目目目目录录录录1绪论.11.1课题的选择背景.11.2设计目的及意义.11.3总体方案的设计.22交流伺服电动机的选型.32.1交流伺服电动机的选型.32.1.1电机的选择依据.42.1.2电机的负载力矩和惯量的计算.52.2交流伺服电动机概述.62.2.1选择伺服电动机.73丝杠的选型.73.1丝杠的介绍.73.1.1丝杠螺母机构基本传动形式.73.1.2滚珠丝杠副的组成及特点.73.1.3滚珠丝杠副的典型结构形式.83.1.4滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧.93.1.5滚珠丝杠副的密封与润滑.93.2丝杠螺母副的选择.103.3丝杠的校核.113.4滚珠丝杠支承的选择.123.4.1支承方式的选择.123.4.2轴承的选择.133.5设计滚珠丝杠应注意的问题.154联轴器的选型.174.1联轴器的介绍.174.2选择联轴器的类型.174.2.1初选联轴器的类型.174.2.2初选联轴器.184.3联轴器的校核.194.3.1转矩的校核.204.3.2销的抗剪强度的校核.205导轨的选型及计算.215.1导轨的组成种类及其应满足的要求.21徐州工程学院毕业设计（论文）25.2导轨材料的选择及热处理.215.2.1导轨材料的选择.215.2.3导轨的热处理.225.3导轨的选型及长度估算.225.4导轨副的额定寿命计算.235.5滚动导轨副的技术要求.255.6导轨防护罩的设计.255.6.1导轨防护罩的介绍.256.6.2导轨防护罩的选择.255.7导轨的注意事项.266机座的设计.276.1机座的作用及基本要求.276.2机座的设计.276.2.1机座自身刚度.276.2.2提高机座连接处的接触刚度.286.3机座材料的选择.28结论.29致谢.30参考文献.31附录.32徐州工程学院毕业设计（论文）31111绪论绪论绪论绪论1.1课题的选择背景XY数控工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。

数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等，尽管结构和功能各不相同，但基本原理相同。

机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。

在中小形企业中，由于产品更新换代频繁，且大都是一些适应市场的单件，小批零件，若由数控机床来解决这些零件的加工精度和自动化问题，因成本高，而不现实。

为此，数控工作台，作为工装与通用机床（立铣，立镗，钻等）陪用，以解决单件，小批。

小尺寸复杂零件的孔，槽及凸轮等精度加工问题，具有一定的灵活性，通用性和经济性。

X-Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。

开环的伺服系统采用步进电机驱动，系统中不设置传感与检测设备，半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动，并在电机输出轴端设置传感与检测设备；闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动，但检测与传感设备设置在工作台末端。

数控交流伺服X-Y工作台系统是由控制计算机部分、伺服驱动部分、机械传动部分及检测部分组成，采用闭环控制方式。

1.2设计目的及意义机电一体化系统设计课程设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。

其目的是：

1）能够正确运用机电一体化系统设计课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；2）通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；3）通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；4）通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。

徐州工程学院毕业设计（论文）41.3总体方案的设计设计一台数控铣床XY工作台，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、运动控制器和PC机（闭环控制）。

X-Y工作台的机械主体部分直线导轨和滚珠丝杠，联轴器，工作台面。

电气部分的关联性及传动装置的保护性，X轴及Y轴两端配有高质量的缓冲器，同时可选配在工作台的两端配有限位检测开关，部分工作台的配有原点检测开光，并提供光电编码装置以适于闭环控制，原点开关的位置可以打距离的调节。

其具体参数如下：

X方向行程:

100mmY方向行程:

160mm工作台面的参考尺寸:

240260mm工作台和工件最大物重质量60kg工作台表面滑动摩擦系数为0.5平均切削力:

500N快进进给速度:

1000mm/min最高运动速度:

10000mm/min脉冲当量0.001mm定位精度:

0.02mm工作寿命:

每天8小时，工作8年，250天/年

（一）机械系统设计1）传动机构为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。

丝杠的转速为中转速，精度要求为高精度。

为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。

采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠直接与联轴器连接。

2）导向机构采用滚动直线导轨。

滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。

导轨的导向精度要求高。

3）执行机构采用交流伺服电动机。

（二）工作台外形尺寸及重量初步估算工作台草图如下图1-1：

徐州工程学院毕业设计（论文）5图1-1工作台流程图根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。

图1-2工作台简图徐州工程学院毕业设计（论文）6.部分章节已删除此文章仅供在线阅读之用。

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6.3机座材料的选择机架材料的选用，主要根据机架的使用要求，由于多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸震性强，应用最广。

铸铁的优点：

1）它的流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。

2）在铸造中加入少量合金元素可提高耐磨性能。

3）铸铁的内摩擦大、阻尼作用强，故动态刚性好。

4）铸铁还具有切削性能好、价钱便宜和易于大量生产等优点工作台中用于镶嵌导轨的支承件选用HT100，其特点是力学性能较小，承受轻负荷，价钱较便宜。

徐州工程学院毕业设计（论文）7结论结论结论结论本次设计我所做的工作主要是对工作台机械传动部分的系统设计，因为我所做的工作台主要是用于数控铣床，这里就需要很高的定位精度和机械灵敏度，我就选用FANUC交流伺服电动机，其特点是转矩大,转速低,机械特性线性度好,低速性能良好，可直接与丝杠连接，避免了因机械结构过多，而产生的机械损耗。

为了提高机械的传动精度，这里选用滚珠丝杠副，其特点是运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长，能满足此次设计的精度要求。

至于在传动链起很大作用的导轨我选用滚动直线导轨副，它的特点是：

1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。

有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。

驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。

2）承载能力大，刚度高。

3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。

至此，完成了机械传动链中的主要部件的设计，其它辅助部件的设计如轴承主要遵循运动平稳，定位精度高的原则进行设计。

但由于工作实际经验的缺乏及知识面的不足，对一些参数和元件的选择可能不是很合理有一定的浪费，系统机构的设计不够完善，使用有一定的局限。

徐州工程学院毕业设计（论文）8致谢致谢致谢致谢经过艰苦的努力，在毛瑞卿老师的辛勤指导下，终于顺利地完成本次设计。

通过本次设计，一方面在课题中通过对X-Y工作台的设计学到不少的东西，另一方面也深刻感到了自己的不足。

本次毕业设计，是对我们大学四年学习的检验，是走上工作岗位的第一步，初步使我们将理论同实际结合起来。

这是大学一个好的结尾，也是走上工作岗位的一个好的开端。

为此我首先要衷心感谢悉心指导我完成此次毕业设计的指导老师毛瑞卿！

在毛老师孜孜不倦的教诲下，我不但顺利完成了毕业设计，而且学到了许多分析问题、解决问题的方法和态度。

毛老师特别注重对学生自学能力和独立思考能力的培养。

她严谨的治学态度和认真负责、一丝不苟的科学作风，将使我受益终身!

同时，