山东科技大学毕业设计王振

山东科技大学毕业设计（论文）X-Y数控工作台的机电系统设计

学生：王振

学号：0903216219

专业：机电一体化技术

班级：机电一体化2009.1

指导教师：张山

山东科技大学电气信息系

二O一二年六月

山东科技大学

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：X-Y数控工作台的机电系统设计

学院：电气信息系专业：机电一体化班级 09.1 学号：0903216219

学生：王振指导教师：张山

接受任务时间 2012年月3日

教研室主任（签名）院长（签名）

1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求

1、立铣刀最大直径的d=15mm，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度

a=15mm

c

最大背吃刀量p a=8mm，加工材料为碳素钢或有色金属。

2、XY方向的脉冲当量为0.005mm/脉冲。

3、X、Y方向的定位精度均为±0.01mm。

4、工作台面尺寸为230mmx230mm，加工范围为250mmx250mm。

5、工作台空载进给最快移动速度：mm/min

Vymax

Vxmax，

3000工作台进给最快移动速度:mm/min

Vxmaxf。

Vymaxf

400

2．指定查阅的主要参考文献及说明

张建民.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社.2001

张训文.机电一体化系统设计与应用[M].北京：北京理工大学出版社.2006

张立勋等.机电一体化系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.

文怀兴、夏田.机电一体化系统设计[M].北京：化学工业出版社.2008

目录

一、设计目的 (5)

二、设计任务 (5)

三、设计主要步骤 (6)

1、机械传动部件的选择 (6)

（1）、导轨副的选用 (6)

（2）、丝杠螺母副的选用 (6)

（3）减速装置的选用 (6)

（4）伺服电动机的选用 (6)

（5）检测装置的选用 (7)

2、控制系统的设计 (7)

3、机械传动部件的计算与选型 (8)

（1）、导轨上移动部件的重量估算 (8)

（2）、切削力的计算 (8)

（3）、滚珠丝杠传动的设计计算及选型 (9)

（4）滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (10)

（5）、步进电动机减速箱的选用 (13)

（6）步进电动机的计算与选型 (14)

（7）增量式旋转编码器的选用 (20)

四、工作台机械装配图的绘制 (21)

五、总结体会 (21)

六、参考文献 (22)

一、设计目的

《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综

合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的：

1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的

基本组成及其思想知识，学习总体的方案拟定、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

件的工作原理、设计计算及选用的方式

3、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、

计算控制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、查阅文献资料及撰写科技

论文的能力

二、设计任务

设计一套供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c a=15mm

4、最大背吃刀量

a=8mm，

p

5、加工材料为碳素钢或有色金属。

6、XY方向的脉冲当量为0.005/脉冲。

7、X、Y方向的定位精度均为±0.01mm。

8、工作台面尺寸为230mm×230mm，加工范围为250mm×250mm。

9、工作台空载进给最快移动速度：mm/mmin

Vymax

Vxmax，

3000

10、工作台进给最快移动速度:mm/min

Vxmaxf。

Vymaxf

400

三、设计主要步骤

1．机械传动部件的选择

（1）导轨副的选用要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的

立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，

因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

（2）丝杠螺母副的选用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，要满足0.005mm的脉冲当量和±0.01mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。

滚珠丝杠副的传动精度高、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。

（3）减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，

为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电

动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为

此本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱。

（4）伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到