Y数控工作台设计说明书.docx
一、总体方案设计
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铣床使用的X—Y数控工作台，主要参数如下：1）工作台面尺寸C×B×H＝【200+（班级序号）×5】mm×【200+（班级序号）×5】
mm×【15+（班级序号）】mm；
底座外形尺寸C1×B1×H1＝【680+（班级序号）×5】mm×【680+（班级序号）
×5】mm×【230+（班级序号）×5】mm；
工作台加工范围X=【300+（班级序号）×5】mm，Y=【300+（班级序号）×5】mm；
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；
夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg；
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。
立铣刀的最大直径d=20mm；
立铣刀齿数Z=3；
最大铣削宽度a
e
?20mm；
最大被吃刀量ap?10mm。
总体方案确定
机械传动部件的选择
①导轨副的选择
②丝杠螺母副的选择
③减速装置的选择
④伺服电动机的选择
控制系统的设计
①伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制
②PLC控制电机的梯形图编程
XY数控工作台结构
Y方向传动机构
机
微 电
型 接
机 口
人机接口
步进电
驱 动机 减速器动
电路
减
速 滚
工作台
滚珠丝杠
步进电 器 珠
动机 丝
杠
X方向传动机构
设计的基本要求
系统总体方案结构框图
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。
计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过AutoCAD软件绘制XY数控工作台的总装配图，并绘制AO图纸。
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
导轨上移动部件的重量估算
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=
X-Y工作台运动部分的总重量G=Mg=
铣削力的计算
零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。查表得立铣刀的铣削力计算公式为：
F ?118a0.85f
0.75d?0.73a1.0n0.13Z
c e z p
其中，取最大铣削宽度，最大背吃刀量， 每齿进给量f ?0.1mm，铣刀转速
z
n?500r/min，可直接带入计算。采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可
查表得出，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为： F
f
?1.1F=；
c
F ?0.38F
e c
=；F
fn
?0.25F=。
c
现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力F
z
?F=，受到水平方向的铣削力
e
分别为纵向铣削力F
x
?F （丝杠轴线方向）=，径向铣削力F
f y
?F =
fn
直线滚动导轨的参数确定
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
F
max
?G?F
4 =。
其中，移动部件重量为G，外加载荷F?F=
z
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。
额定 导轨型号
额定 导轨
型号
滑块尺寸
额定载荷
静力 长度
矩
C2
L1
L2
L3
H2
C
M
a
C
0a
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f
H
=1.0、温度系数f
T
=1.0、接触系数
f =0.81、精度系数f
C R
=0.9、载荷系数f
W
=1.5，代入以下公式，得距离寿命（期望值
为50KM）。
f f f f C
L?(
H T C
f
R a )3?50=
F
W max
滚珠丝杠的设计计算
滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计算。
（1）最大工作载荷F
m
的计算 在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠
轴线平行）为F
x
，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为F
y
，受到垂直方向的载荷（与
工作台面垂直）为F。
z
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=1.1，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