X-Y数控工作台设计说明书[1]

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1、实用标准文案1、总体方案设计1.1设计任务课程设计任务：设计两轴联动的数控X-Y运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据实验条件进行调试，完成整个开发系统。主要参数见下表：系列型号行程台面尺寸底座外形尺寸最大长度L负载重量NXY最大移动速度重复定位定位精度XYCBHC1B1H1HXY-4025400250240254156505001847785001M/分±0.020.041.2总体方案确定1.2.1方案确定思想方案一：机械部分传动：滚珠丝杠螺母副支撑：双推-双推式滑动导轨控制部分控制器件：单片机控制方式：

2、开环控制伺服电机：步进电动机优点：采用滚珠丝杠螺母副，可实现旋转运动与直线运动相互转换，在具有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。优点是摩擦系数小，传动效率高，灵敏度高，传动平稳，不易产生滑行，传动精度和定位精度高；磨损小，使用寿命长，精度保持性好。双推式支撑实现高精度传动，采用单片机控制步进电动机，响应快速而准确。缺点：滚珠丝杠螺母副的不足在于制造工艺复杂，成本高，不能自锁，故需附加制动装置。开环控制精度比较低。方案二：机械部分传动：同步带传动支撑：滑动导轨控制部分控制器件：单片机控制方式：开环控制伺服电机

3、：直流无刷电机优点：文档大全实用标准文案同步带传动无相对滑动，传动比准确，传动精度高，齿形带的强度高，厚度小、重量轻，故可用于高速传动；传动比恒定，同步带无需特别涨紧，因而作用于轴和轴承等上的载荷小，传动效率高。单片机控制直流无刷电机，空载电流小，效率高。缺点：同步带工作时候有温度要求，安装精度要求较高，中心间距要求较高，有时候需要张紧，安装麻烦。无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。采用开环精度较低。方案三：机械部分传动：齿轮齿条支撑：直线导轨控制部分控制器件：单片机控制方式：闭环控制伺服电机：直流无刷电机优点：齿轮

4、齿条传动功率大，精度高，稳定性好，响应速度快。单片机控制直流无刷电机，无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。采用开环精度较低。采用闭环控制，精度高。双线导轨稳定。缺点：齿轮齿条无自锁，需要外加自锁机构。噪音大，磨损较快。1.2.2方案对比分析与确定综合课程设计要求，精度为0.04mm，最大载荷是500N，相比同步带和齿轮齿条传动，滚珠丝杠传动更符合精度要求，因为丝杠传的动的精度可以达到±0.01mm，而同步带传动时会产生弹性变形，具有一定的蠕变性。齿轮齿条传动精度和滚轴丝杠精度相当，但是安装较麻烦，安装精度要求高。步进

5、电动机和直流无刷电机相比，步进电动机控制简单，启动稳定，而直流无刷电机控制要求高，成本高，课程设计要求精度未达到微米级别，空载转速要求为1m/min,因此采用低档的步进电动机就能满足要求。开环控制结构简单控制容易，稳定性好，一般用于轻载变化不大的场合，根据最大载荷500N的要求，可以满足。综合以上分析，决定选择第一种方案。采用单片机控制步进电动机提供动力，滚轴丝杠传递动力，总体采用开环控制。1.2.3总体方案系统组成机械系统由滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副、步进电机、单列角接触球轴承等组成。控制系统由单片机和计算机等组成。文档大

6、全实用标准文案2、机械系统设计2.1导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、滚珠丝杆副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为900N。2.2直线滚动导轨副的计算与选型（1）滑块承受工作载荷Fmax的计算方法及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。单滑块所承受的最大垂直方向载荷为；Fmax==225N查表，根据工作载荷Fmax=0.225kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JA

7、S-LG15型，其额定动载荷Ca=7.94kN，额定静载荷C0a=9.5kN。任务书规定工作台面尺寸为240mm×254mm，加工范围为400mm×250mm，查表，按标准系列选取导轨的长度为640mm。（2）距离额定寿命L的计算所选导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100℃，精度为4级。查表取硬度系数fH=1.0、温度系数fT=1.00、接触系数fC=0.81、精度系数fR=0.9、载荷系数fW=1.5，代入式子远远大于50km，故距离额定寿命满足要求。2.3滚珠丝杠螺母副的选型与校核（1）最大工作载荷Fm的计算已知

8、移动部件总重量G=900N，滚动导轨上的摩擦因素u=0.004。求得滚珠丝杆副的最大工作载荷：Fm=μG=0.004×900=3.6N（2）最大动载荷FQ的计算该工作台的最快进给速度v=1000mm/min，初选丝杆导程Ph=5mm，则此时丝杆转数n=v/Ph=