【2017年整理】XY工作台设计说明书.doc

目录 一、总体 …………………………………………………………………………2 二、机械结构设计………………………………………………………………3 1、脉冲当量和传动比的确定……………………………………………………3 2、机械部件(工作台)总体尺寸…………………………………………………3 3、工作载荷分析及计算…………………………………………………………4 4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核………………………………………………5 5、导轨的选型和计算……………………………………………………………10 6、联轴器的选择及计算…………………………………………………………11 7、传动系统等效转动惯量计算…………………………………………………12 8、步进电机的选用………………………………………………………………13 三、控制系统设计………………………………………………………………18 1、控制系统硬件的基本组成……………………………………………………18 2、接口程序初始化及步进电机控制程序………………………………………19 3、直线圆弧插补程序设计………………………………………………………22 四、设计总结………………………………………………………………………30 参考文献 ……………………………………………………………………31 总体 1、总体参数 设计一个数控XY工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。已知的设计参数如下： 最大铣刀直径 最大铣削宽度 最大铣削深度 加工材料 工作台加工范围（mm） 最大移动速度 20 mm 10 mm 5 mm 碳钢 X=250，Y=200 3 m/min 2、开、半闭、闭环选择 开环伺服系统——步进电机驱动——没有检测装置 半闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——脉冲编码器——速度反馈 闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——位置检测装置——位置反馈 本设计采用开环步进电机驱动。 3、传动初步设计 电动机——联轴器——滚珠丝杠——工作台 4、系统组成框图 大致确定为：控制、接口、驱动、传动再到执行。 即为 5、机械传动系统简图 X轴与Y轴的传动系统简图都如图所示 二、机械结构设计 1、脉冲当量和传动比的确定 1.1、脉冲当量的确定 根据机床或工作台进给系统所需要的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。本次设计给定脉冲当量 为0.01mm。 1.2、传动比的确定 传动比计算公式：　　　（参考文献【1】式2－1） 其中：为步进电机的步距角，为滚珠丝杠导程，为系统脉冲当量。根据传动设计，采用联轴器，初选电机步距角，丝杠导程，。 则其传动比 2、机械部件(工作台)总体尺寸 由于工作台的加工范围为X＝250mm，Y＝200mm。工作台尺寸一般为工作台加工范围的1.1倍。所以：X＝250×1.1＝275mm, Y＝200×1.1＝220mm，其厚度初定为30mm。 选择工作台的型槽为T型槽，查电子版《袖珍机械设计师手册》中的T型槽和相应螺栓(摘自GB/T158-1996) 表3-25T型槽和相应螺栓尺寸，可得所选T型槽的参数： A＝10mm　　　B＝18mm C＝8mm　　 　H＝21mm 间距取50mm 一取工作台厚度为T型槽厚度的2倍，即2×21＝42mm。 工作台质量：,即纵向丝杠所承受的质量。 在工作台上的工件和夹具的质量估计为 所以总的移动部件的重量为 3、工作载荷分析及计算 3.1销削力的分析与计算 铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转,进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给(键槽铣刀可沿轴线进给).铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式,此选用莫氏锥柄立铣刀,铣刀材料选择高速钢.根据工件材料为碳钢可确定铣削力的计算公式： FZ=9.81CFz·ae0.86·af0.72·d0-0.86·ap·Z（参考文献【1】表2-1） 式中各参数如下: CFz———铣削力系数，CFz=68.2（参考文献【1】表2-3） ae ———最大铣削宽度，本设计为10mm ap ———背吃刀量，本设计为5mm Z ———铣刀齿数，选择粗齿，齿数取3（参考文献【2】表3-23） d0 ———铣刀直径，查得d0= 20mm(已知) af ———每齿进给量（mm/齿），即铣刀每转一个齿间角时，工件与铣刀的相对移动量，查得af=0.04mm/齿（参考文献【2】表5-6） 故 ： FZ=9.81×68.2×100.86×0.040.72×20-0.86×5×3=545 N 由表2－1和表2－2中表示每齿进给量，即铣刀每转一个齿间角时，工件与铣刀的相对移动量，每齿进给量、每转进给量和工作台进给速度三