XY工作台设计说明书.doc

广东海洋大学工程学院机电1103陈庆添201011411404

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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20mm10mm5mm碳钢X=250，Y=2003m/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＝10mmB＝18mm
C＝8mmH＝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=545N
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