X-Y数控机床设计

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机电一体化生产系统设计

大作业

X-Y数控工作台设计

20 年 月 日

任务书

1、设计题目：X-Y数控工作台设计

2、应完成的项目： (1) 机械系统设计 __ (2) 控制系统硬件设计 __ (3) 控制系统软件设计 __ (4) __ 3、参考资料： (1) 郑学坚,周斌.微型计算机原理及应用.清华大学出版社,2003 (2) 李广弟,朱月秀，王秀山.单片机基础.北京航空航天大学出版社,2001 (3)房小翠.单片微型计算机与机电接口技术.国防工业出版社,2002 (4) 王小明. 电动机的单片机控制. 北京航空航天大学出版社,2002 (5) 李建勇.机电一体化技术.科学出版社.2004 (6) 王爱玲，白恩远，赵学良.现代数控机床.国防工业出版社,2001 (7) 徐灏.机械设计手册（3）.机械工业出版社,2003 (8) 张建民.机电一体化系统设计.北京理工出版社,2004 (9) 徐灏等.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2000 (10) 濮良贵 ,记名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2003 (11) 吴振彪.机电综合设计指导[M].湛江:湛江海洋大学,1999 (12).杨入清.现代机械设计—系统与结构[M].上海:上海科学技术文献出版社,2000 (13)张立勋,孟庆鑫,张今瑜.机电一体化系统设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2000

一、总体方案设计

1.1 设计任务

设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。

设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。

1.2 总体方案确定

（1）系统的运动方式与伺服系统

由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。 （2）计算机系统

本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。

控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。 （3）X-Y工作台的传动方式

为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。

由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。

考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。

图1-1 系统总体框图

二、机械系统设计

2.1、工作台外形尺寸及重量估算

X向拖板（上拖板）尺寸：

长?宽?高 145×160×50 重量：按重量=体积×材料比重估算

145?160?50?10?3?7.8?10?2?90N ?16?0Y向拖板（下拖板）尺寸： 145重量：约90N。

上导轨座（连电机）重量：

50(220?140?38?2?155???82)?7.8?10?2?10?3?1.1?10?107(N)

夹具及工件重量：约150N 。

X-Y工作台运动部分的总重量：约287N。

2.2、滚动导轨的参数确定

⑴、导轨型式：圆形截面滚珠导轨 ⑵、导轨长度 ①上导轨（X向）

取动导轨长度 lB?100 动导轨行程 l?55

支承导轨长度 L?lB?l?155 ②下导轨（Y向）

l?50 lB?100 L?150

选择导轨的型号：GTA16 ⑶、直线滚动轴承的选型 ①上导轨

GX?240(N)

②下导轨

GY?287(N)

由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP型直线滚动轴承的额定动载荷为370N，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP型直线滚动轴承。并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。