x-y工作台课程设计说明书

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1、目录一、设计任务P1二、脉冲当量和传动比的确定P1三、工作载荷分析及计算P2四、滚珠丝杠螺母副的选型和校核P3五、导轨的选型和计算P5六、电动机的选型和校核P7七、步进电机控制电路设计P15八、参考文献P19附加一张数控系统框图和一张软件框图20专业课程设计说明书一、设计任务设计一个数控X-Y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。1）设计要求1.了解机电一体化化概念及机电一体化技术、机电一体化产品的含义。2.领会机电综合设计训练的意义。3.了解机电综合设计的几大步骤。2）设计参数的确定设计参数：系统分辨率为0.01mm，最大铣刀直径Φ=16mm，最大铣削宽度ae=5

2、mm,最大铣削深度ap=2mm,加工材料为碳钢，工作台加工范围X=200mm,Y=150mm，最大移动速度Vmax=3m/min.3）方案的分析、比较、论证本设计是一种经济型数控工作台，采用开环控制，主控装置为单片机，软件环形脉冲输出，驱动电路为高低压驱动电路，驱动电机为步进电动机，传动变换机构采用滚珠丝杠副。二、脉冲当量和传动比的确定1）脉冲当量的确定：本设计采用步进电动机，等每脉冲代表电机一定的转角，这个转角经滚珠丝杠使工作台移动一定的距离。每个脉冲所对应的工作台的移距，称为脉冲当量或分辨率，记为δp，单位为mm/脉冲。根据工作台进给系统所要求的精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系

3、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。2）传动比的计算：传动比的计算公式其中，θb为步进电动机的步距角，Lo为滚珠丝杠导程，δp为系统脉冲当量，由公式可知，系统的传动比与θb,δp,Lo有关。因此，要计算系统传动比，必须先确定θb,δp和Lo，步进电动机步距角的选用原则20为：定位精度要求不高的控制系统选用步距角大、运行频率低的步进电动机；定位精度要求较高、运行速度范围较广的控制系统，则应选用步距角较小，运行频率较高的步进电动机。本设计为简化结构、提高精度，采用联轴器将电动机和丝杠直接连接。所以i=1，则θb×Lo=3.6，由于电动机与丝杠直接

4、联接，为使所选电机的扭矩要求不至过大，则丝杠导程应选取较小值，经查各公司产品目录，初选南京华兴电机制造有限公司出产的混合式步进电动机86BYG4501,θb=0.9º，初选丝杠Lo=4mm，D=16mm。三、工作载荷分析及计算1．铣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加速回转，进给运动为工作台带工件在垂直铣刀轴线方向缓慢进给。铣刀的类型很多，一般以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。这里选择圆柱形的立铣刀，它的每一个齿相当于一把车刀。通常假定铣削时铣刀受到的铣削力作用在刀尖的某点上。设刀齿上受到切削力的合力为F，将F沿铣刀轴线、径向和切向进行分解，则分别为轴向铣削力FX，径向

5、铣削力FY和切向铣削力FZ。其中切向铣削力FZ是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床电机功率（即铣削功率）最多。铣削力FZ可按指导书上P10表2-2查得为：Fz=9.811CFZ·ae0.86·af0.72·do-0.86·ap·Z其中，公式中CF为铣削力系数，由按指导书上P10表2-3可查为CF=68.2，ae=5mm，do=16mm，ap=2mm，查参考文献（1）P303查得：Z=4查参考文献（1）P135表2.4-6可得：af=0.05mm/z所以FZ=9.81×68.2×50.86×0.050.72×16-0.86×2×4=228N铣刀转速n=其中查参考文献（1）P190表2.4

6、-11可得：Cv=30mm/min,d为铣刀直径所以n=600r/min2．进给工作台工作载荷计算作用在工作台上的合力F’就是设计和校核工作台进给系统时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台纵向进给方向载荷FL，工作台横向进给方向载荷Fc和工作台垂直进给方向载荷Fv。从而可按指导书上P11表2-4可查得：FL=1.2FZ=1.2×228=274N20FV=0.8Fz=0.8×228=182.4NFC=0.4Fz=0.4×228=91.2N四、滚珠丝杠螺母副的选型和校核1、滚珠丝杠螺母副类型选择。这里初选深圳威远制造技术有限公司的内循环式的滚珠丝杠螺母副BRH

7、15A。为了消除间隙和提高滚珠丝杠螺母副的刚度，这里对滚珠丝杠螺母副进行预紧，可使预紧后的刚度提高到为无预紧时的2倍。这一般由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杠副的额定动载荷有一定的比例。2、滚珠丝杠螺母副参数计算和校核1）最大工作载荷　滚珠丝杠螺母副的工作载荷Fm是指滚珠丝杠螺母副在驱动工作台时滚珠丝杠螺母副所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。这里选燕尾导轨，可按指导书上P14公式2-11可得：　　　　　　其中G为移动部件的重力G=20