目录
1.序言 (2)
2.技术要求 (2)
2.1 设计题目 (2)
2.2 技术数据 (2)
2.3 设计要求 (2)
3.总体结构设计 (2)
3.1 丝杠选取 (3)
3.1.1 计算动载荷 (3)
3.2 滚珠丝杠副的选取 (4)
3.2.1计算载荷 (4)
3.2.2根据Ca选择滚珠丝杠副 (4)
3.2.3计算额定动载荷计算值Ca (4)
3.2.4滚珠丝杠副校核 (5)
3.3稳定性运算 (5)
3.3.1计算临界转速
n (5)
K
3.3.2压杆稳定性计算 (6)
3.4 滚动导轨 (6)
3.4.1计算行程长度寿命 Ts (6)
3.4.2计算动载荷
C………………………………………………………6、
j
3.5 选取电机 (8)
3.5.1 电机的初选 (8)
3.5.2 步进电机转动的校核 (8)
4.结语 (11)
5.参考文献 (11)
1.序言
X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。X-Y数控工作台机电系统设计是利用8031单片机,及2764,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其基本思想是:通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工,每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转,同时通过8155(1)将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀,电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用，本题目设计得到了老师的帮助和支持，最后由关英俊老师审定，在此表示感谢。因本人水平有限，错误和不足之处在所难免，处理问题也有不妥之处，敬请相关老师批评指正。
2.技术要求
2.1设计题目：X-Y双坐标联动数控工作台设计
2.2技术数据
工作台长 宽（mm）:410*310
工作台重量（N）：2300N
脉冲当量： 0.005～0.008mm/P
2.3设计要求：长*宽*高=500*200*20+2*500*48*27=
3.296*10-3 m3
（1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺结构
（2）滚珠丝杠支撑方式：双推—简支型
（3）驱动电机为反应式步进电机
（4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙
3.总体结构设计
数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:
实际设计的工作台为X 、Y 双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X 向导轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y 向导轨,上拖板与工作台固联,在Y 向导轨上移动.X 、Y 导轨方向互相垂直。.
3.1滚珠丝杠选取
滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。
滚珠丝杠传动副多为专业厂家生产,一般用户设计时只负责选用,在选用时主要验算其额定动载荷和临界转速,丝杠较长时还应进行压杆稳定性验算。
3.1.1计算动载荷Cj )(3/1N F K K L C a H F j ???=
4.1=F K (表1)
1.1=H K （表2）
取丝杠转速：n=100r/min
轴向载荷：N F F a 2352300*101972.0≈==μ 使用寿命：T=15000h 则额定寿命：h nT
L 9010606
==
所以动载荷N C j 76.12632350.12.19031
≈???=
所以滚珠丝杠型号为：BSS1204滚珠丝杠 精度等级C7
表1 表2
表3 3.2滚珠丝杠副的选取 3.2.1计算载荷.
Fc=K F *K H *K A *F a
查<<机电一体化设计基础》表2—6取，K F =1.3 查表2—7 取K H =1.0 查表2—4 取D 级精度 查表2—8 取 K A =1.0 取平均工作载荷F a =235N 则 Fc=1.2*1.0*1.0*235=282N
3.2.2计算额定动载荷计算值Ca
n=100r/min
使用寿命T=15000h L=60n *
610T =660*100*1500010
=90h N T
n
F C m
c a 1241*67.115000*100*282*67.1*3
4
3
4
10
10
≈==
3.2.3根据Ca 选择滚珠丝杠副
根据《机电一体化设计基础》，滚珠丝杠副额定动载荷Ca 等于或者大于Ca 的原则，选用
得丝杠副数据：
公称直径：（中径d 2）D 0=12mm 导程：P=4mm
滚珠直径：d 0=2.3812mm