X-Y数控工作台机电系统设计任务书（doc 21页）（精美版）

《数控机床》课程设计说明书

设计题目： X—Y数控工作台机电系统设计

班级：

姓名：

指导教师：

机电一体化教研室 2010年 6 月

目 录

一、设计目的 .......................................................... 2 二、设计任务 .......................................................... 3 三．总体方案的确定 .............................................. 3 1、机械传动部件的选择 ......................................................................... …….3 (1)丝杠螺母副的选用 ................................................................................. 3 (2)导轨副的选用 ......................................................................................... 4 (3)伺服电动机的选用 ................................................................................. 4 2、控制系统的设计 .......................................................................................... 4 3、绘制总体方案图 .......................................................................................... 4 四、机械传动部件的计算与选型 .......................... 5 1、 导轨上移动部件的重量估算 .................................................................... 5 2、铣削力的计算 .............................................................................................. 5 五、步进电动机的计算与选型 .............................. 8 1、传动计算 ...................................................................................................... 8

2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq ....................................... 9 3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq ................................ 10 4、步进电动机最大静转矩的选定 ............................................................... 11

六、直线滚动导轨副的计算与选型 .................... 13

1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 ..................................... 13 2、距离额定寿命L的计算 .................................................................... 13 七、 绘制进给传动系统示意图 .......................... 14 八、控制系统硬件电路设计 ................................ 14 九、步进电动机的驱动电源选用 ........................ 18 结 束 语 ................................................................ 18 参考文献...................................................................20 一、设计目的

《数控机床》课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：

1） 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。 2） 通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件得工作原理、设计计算方法及选用原则。

3） 通过伺服系统得设计，掌握常用伺服电机得工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。

4） 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。

5） 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。

二、设计任务

任务：设计一种立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：

1. 立铣刀最大直径的d=15mm； 2. 立铣刀齿数Z=3;

3. 最大铣削宽度ae=15mm; 4. 最大背吃刀量ap=8mm;

5. 加工材料为碳素钢活有色金属。 6. X、Y方向的定位精度均为±0.02mm;

7. 工作台尺寸 230mm×230㎜，加工范围为250mm×250mm 8. 工作台空载进给最快移动速度：Vxmax =Vymax =3000mm/min; 9. 工作台进给最快移动速度: Vxmax =Vymax =400mm/min; 10. 加减速0.4s

三．总体方案的确定

1、机械传动部件的选择 (1)丝杠螺母副的选用

①伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足?0.02mm的定位精度，滑动丝杠副不能达到要求，因此选用滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。

②轴向间隙的调整和预紧方式：选用垫片调隙式，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构

③滚珠丝杠的安装：采用一端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性

和临界转速较高

(2)导轨副的选用

要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便好且精度保持性等优点。

选滚珠导轨，适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床，摩擦阻力小，制造容易，成本较低。

(3)伺服电动机的选用

任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此3000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。

2、控制系统的设计

1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。 2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。

3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。 4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

3、绘制总体方案图

总体方案图如图3.1所示。