数控铣床XY工作台研发设计
(完整版)XY数控工作台设计说明书.docx
一、总体方案设计1.1设计任务题目： X— Y 数控工作台的机电系统设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的X—Y 数控工作台，主要参数如下：1）工作台面尺寸C×B× H＝【 200+（班级序号）× 5】 mm×【 200+（班级序号）× 5】mm×【 15+（班级序号）】mm；2）底座外形尺寸C1×B1× H1＝【 680+（班级序号）× 5】mm×【 680+（班级序号）×5】mm×【 230+（班级序号）× 5】 mm；3）工作台加工范围X=【 300+（班级序号）× 5】mm，Y=【300+（班级序号）× 5】mm；4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲； X、 Y 方向的定位精度均为± 0.01mm；5）夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg；6）工作台空载最快移动速度为3m/min；工作台进给最快移动速度为0.5m/min 。
7）立铣刀的最大直径d=20mm；8）立铣刀齿数Z=3；9）最大铣削宽度a e20mm ；10）最大被吃刀量a p10mm 。
1.2总体方案确定（1）机械传动部件的选择① 导轨副的选择② 丝杠螺母副的选择③ 减速装置的选择④ 伺服电动机的选择（2）控制系统的设计① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制② PLC 控制电机的梯形图编程XY数控工作台结构Y 方向传动机构微机工作台电型步进电接动机减速器机驱滚珠丝杠口动电人机接口路减步进电速滚器珠动机X 方向传动机构丝杠系统总体方案结构框图1.3设计的基本要求（1）按照机械系统设计的步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。
（2）计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过 AutoCAD软件绘制 XY数控工作台的总装配图，并绘制 AO图纸。
x-y数控工作台系统设计
x-y数控工作台系统设计数控工作台（NC台）是一种能够实现自动化控制的机床，通过控制系统控制运动轴，实现加工工件的自动化生产。
NC台具有高精度、高效率和高质量等优点，被广泛应用于机械制造、汽车制造、电子制造等行业。
本文基于x-y数控工作台进行系统设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
一、硬件设计1.结构设计x-y数控工作台采用平面结构，由两个直线导轨和两个横梁组成，导轨上分别装有X 轴和Y轴的导轨拖板，拖板通过步进电机驱动实现轴向移动。
横梁采用U型结构，可架设工作板以加工工件。
2.传动设计X轴和Y轴采用步进电机、齿轮与齿条传动方式，步进电机驱动主轴转动，通过齿轮与齿条传动方式使导轨拖板相对运动，实现工件加工。
3.控制系统设计x-y数控工作台采用单片机进行控制，主要包括运动控制模块、数据采集模块和人机交互模块。
（1）运动控制模块：负责控制步进电机的旋转速度和方向，实现轴向移动。
（2）数据采集模块：负责采集加工工件的尺寸和加工参数，并通过计算机进行分析和处理。
（3）人机交互模块：负责完成数控工作台的操作和参数设置，以及显示加工工件的加工过程和结果。
x-y数控工作台采用C语言进行程序设计，程序主要分为三个部分：初始化程序、主程序和中断程序。
1.初始化程序初始化程序主要用于设置数控工作台的各种参数，包括步进电机的旋转速度和方向、齿轮和齿条的尺寸、数据采集模块的采样频率和采样方式等。
2.主程序（3）根据加工工件的尺寸和加工参数计算出工作台的运行参数，并将计算结果传输给运动控制模块。
（4）定时更新数控工作台的运行参数，保证加工的稳定性和精度。
3.中断程序中断程序是数控工作台的辅助程序，主要用于接收外部的信号和响应用户的操作。
具体流程如下：（1）接收外部的信号，并根据信号类型跳转到相应的程序段。
（2）响应用户的操作，如调整加工参数、停止加工、保存加工结果等。
三、总结本文基于x-y数控工作台进行系统设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
铣床的数控X-Y工作台设计
论文（设计）任务书注：本表按自然班填写。
于动员时发给学生。
不够纸请另附页。
前言设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。
本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。
通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。
课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。
如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。
说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。
该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。
主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。
2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。
主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。
3.精密执行机构的设计。
主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。
(完整版)XY数控工作台设计说明书
一、总体方案设计1.1 设计任务题目：X —Y 数控工作台的机电系统设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的X —Y 数控工作台，主要参数如下：1）工作台面尺寸C ×B ×H ＝【200+（班级序号）×5】mm ×【200+（班级序号）×5】mm ×【15+（班级序号）】mm ；2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝【680+（班级序号）×5】mm ×【680+（班级序号）×5】mm ×【230+（班级序号）×5】mm ；3）工作台加工范围X=【300+（班级序号）×5】mm ，Y=【300+（班级序号）×5】mm ； 4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲；X 、Y 方向的定位精度均为±0.01mm ； 5）夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg ；6）工作台空载最快移动速度为3m/min ；工作台进给最快移动速度为0.5m/min 。
7）立铣刀的最大直径d=20mm ； 8）立铣刀齿数Z=3；9）最大铣削宽度20e a mm =； 10）最大被吃刀量10p a mm =。
1.2 总体方案确定 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 ② 丝杠螺母副的选择 ③ 减速装置的选择 ④ 伺服电动机的选择 （2）控制系统的设计① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 ② PLC 控制电机的梯形图编程XY 数控工作台结构1.3 设计的基本要求（1）按照机械系统设计的步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。
（2）计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过AutoCAD 软件绘制XY 数控工作台的总装配图，并绘制AO 图纸。
（3）按照电气控制系统的步骤进行设计，完成电机启动、停止、正反转、电动等基本工作状态控制的硬件连线图，并通过PLC 协调控制XY 电机运动，绘制相关梯形图。
立式数控铣床X-Y工作台设计
新疆工程学院数控方向课程设计说明书数控铣床X-Y数控工作台的设计院（系）机械工程学院专业机械工程及自动化班级学生指导老师2013 年 1 月 1 日数控方向课程设计任务书兹发给机械班学生设计任务书，内容如下：1．设计题目：2．应完成的项目：（1）确定设计总方案（2）机械传动部件的计算与选择（3）控制系统的设计（4）驱动电路的设计（5）机械部分装备图的绘制（6）编写20页左右的详细说明书3．参考资料以及说明：（1）文怀兴、夏田 .《数控机床系统设计》北京：北京化工出版社，2005.（2）杨建明. 《数控加工工艺与编程》北京：北京理工大学出版社，2009.4．本设计任务书于2012年11 月14日发出，应于2012年12月21日前完成，然后进行答辩。
指导教师签发年月日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：年月日目录第一章前言 0第二章设计任务 (1)第三章设计主要步骤 (1)3.1 确定设计总方案 (1)3.1.1机械传动部件的选择 (1)3.1.2 控制系统的设计 (2)3.2 机械传动部件的计算和选择 (3)3.2.1 工作台外形尺寸及重量初步估算 (3)3.2.2 计算切削力 (4)3.2.3滚动导轨的设计计算 (5)3.2.4 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (7)3.2.5 步进电机的传动计算及电动机的选用 (11)第四章控制系统的设计 (18)4.1 进给控制系统原理框图 (19)4.2 驱动电路流程设计 (19)4.3 驱动电源的选用，及驱动电源与控制器的接线方式 (20)第五章驱动电路设计 (21)5.1 驱动电路的时间常数 (21)5.2 电源电路的确定 (21)5.3 元器件的确定 (22)5.3.1 确定三极管 (22)5.3.2 确定R2和R3 (22)第六章机械部分装配图的绘制 (23)第七章结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)第一章前言当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
XY数控机床工作台设计
XY数控机床工作台设计随着现代制造业的发展，XY数控机床在数控加工领域扮演着重要的角色。
其工作台的设计直接影响到机床的性能和加工质量。
下面我将从结构设计、功能设计和安全设计三个方面探讨XY数控机床工作台的设计。
首先是结构设计。
XY数控机床工作台的结构应该具有足够的稳定性和刚性，以确保在高速加工时不会出现震动和变形，影响加工精度。
一般来说，工作台的主体部分由铸铁或焊接钢板制成，表面经过精密加工处理，以提高平整度和耐磨性。
工作台的导轨系统应该采用高精度直线导轨，保证工作台在XY轴上的移动精度和重复定位精度。
此外，工作台的传动系统应该选用高刚性的传动元件，如滚珠丝杠或齿轮传动，以确保工作台的稳定性和精度。
其次是功能设计。
XY数控机床工作台的功能设计应根据不同加工需求进行定制。
例如，对于需要进行大幅度旋转和倾斜加工的工件，可以设计带有旋转和倾斜功能的工作台；对于需要进行高速加工的工件，可以设计带有快速进给和快速换刀功能的工作台。
此外，工作台还应该具备自动化控制功能，可以实现自动换刀、自动测量和自动校正等功能，提高操作效率和加工质量。
最后是安全设计。
XY数控机床工作台在设计时应考虑到操作人员的安全和舒适性。
首先，工作台应设计加装防护罩和安全限位装置，确保操作人员在工作过程中不会受到伤害。
其次，工作台的操作界面应设计简洁直观，便于操作人员进行操作和监控，减少操作失误的可能性。
同时，工作台的工作区域应留有足够的空间，让操作人员有足够的活动空间，减少疲劳和工伤的发生。
综上所述，XY数控机床工作台的设计需要综合考虑结构、功能和安全等方面的因素，以满足不同加工需求和操作要求。
只有设计出稳定、功能齐备并且安全可靠的工作台，才能更好地发挥数控机床的加工效率和精度，提高生产制造的质量和效益。
数控铣床XY工作台与控制系统设计
数控铣床XY工作台与控制系统设计毕业设计（论文）报告纸数控铣床XY工作台与控制系统设计摘要随着现代信息技术的发展，以提高产品加工的生产效率为主的高度自动化和提高产品质量为主的精密化成为现代机械加工技术发展的两个主要方向。
人们对数控机床、精密仪器和仪表以及各种精密机械设备提出了越来的精度要求，X-Y工作台是这些设备实现高精密加工的重要部件，对于提高产品的加工起着尤为重要的作用。
本论文针对铣床工作台机构及其控制系统进行设计，主要包括伺服电动机的选型，滚珠丝杠的选型、强度校核及生产设计中应注意的问题,连接伺服电机和滚珠丝杠副的联轴器的选型，导轨的设计。
根据系统的功能要求，选择数控系统的CPU，同时还需要扩展程序存储器、数据存储器以及步进电机驱动电源的选择。
通过对工作台机械传动链的系统设计以期满足机床进给系统的定位精度和静动态性能，从而确保机床的加工精度。
关键字：X-Y工作台，伺服系统，滚珠丝杠，步进电机毕业设计（论文）报告纸The design of CNC milling machine system XYworkbench and control systemAbstractWith the development of modern information techniques, the high automation with the main purpose of improving the production efficiency of product process and the accuracy with the accuracy with the main aim of improving the quality of product have been becoming the two major directions of the modern technique of mechanical process. People on the CNC machine tools, precision instruments and meters and all kinds of sophisticated machinery and equipment raised higher and higher precision, X-Y workbench is that important components of these high-precision machining equipment to achieve the core components, for improving the quality of processed products play the particularly important role.The entire mechanical transmission chain for the system design,servo motor related to the selection, the selection of ball screws, checking strength and production design should pay attention to the problem of connecting the servo motor and the ball screw of the axis. The Telection and Verification, bearing pieces bearing the design, rail and rack design. According to the function requirement of system, the selection of the CNC system CPU. It would also need to expand the program memory、data memory and the choice of stepper motor drive power.Through the table mechanical transmission chain system design to meet the machine into the system to the positioning accuracy and static and dynamic performance, so as to ensure the accuracy of processing machine.key words：The X-Y workbench ; Servo system; Ball screw;stepper motor毕业设计（论文）报告纸目录摘要 (i)Abstract (ii)第一章引言............................................................ - 1 -1.1 国内外数控系统的发展概况.......................................... - 1 -1.2 数控技术的发展趋势................................................. - 1 -1.2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势............................. - 1 -1.2.2 多轴联动加工和复合加工机床快速发展........................... - 2 -1.2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势......... - 2 -1.3 数控铣床X-Y工作台概述............................................. - 2 -1.3.1 国内外的研究现状分析......................................... - 3 -1.3.2 工作台的应用................................................. - 3 -1.3.3 发展趋势..................................................... - 3 -1.4 数控铣床系统XY工作台设计的目的.................................... - 4 - 第二章总体方案的确定..................................................... - 5 -2.1 数控铣床XY工作台设计的意义........................................ - 5 -2.2 工作台设计任务..................................................... - 5 -2.3 机械传动部件的选择................................................. - 5 -2.4 控制系统的设计..................................................... - 6 - 第三章机械传动部件的计算与选型........................................... - 7 -3.1 确定系统脉冲当量................................................... - 7 -3.2 工作台外形尺寸及重量初步估算....................................... - 7 -3.3 铣削力的计算....................................................... - 8 -3.4 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）................................. - 8 -3.5 滚珠丝杠螺母副的计算与选型........................................ - 10 -3.6 减速齿轮计算设计.................................................. - 12 -毕业设计（论文）报告纸3.7 角接触球轴承的选用、校核.......................................... - 14 - 第四章步进电动机的计算与选型............................................ - 16 -4.1 步进电机简介及原理................................................ - 16 -4.2 步进电机的计算与选型.............................................. - 17 -4.3 步进电动机驱动电源的选用.......................................... - 22 - 第五章工作台控制系统的设计............................................. - 23 -5.1 控制系统硬件电路设计.............................................. - 23 -5.1.1 单片机的简介与选用.......................................... - 23 -5.1.2 光耦合器................................................... - 23 -5.1.3 常用存储器及其扩展电路设计.................................. - 24 -5.1.4 常用I/O接口芯片及其扩展电路设计............................ - 26 -5.1.5 步进电动机的控制与驱动...................................... - 27 -5.2 控制系统的部分软件设计........................................... - 27 -5.2.1 存储器与I/O芯片地址分配.................................... - 27 -5.2.2 步进电动机运行程序设计...................................... - 27 - 第六章总结与展望...................................................... - 29 - 参考文献................................................................. - 30 - 致谢..................................................................... - 31 -毕业设计（论文）报告纸第一章引言1.1 国内外数控系统的发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
XY数控机床工作台设计
XY数控机床工作台设计一、引言XY数控机床是一种高精度、高效率的机床设备，广泛应用于各个制造行业。
在XY数控机床中，工作台起到了承载工件和刀具，并实现各个坐标轴的运动的重要作用。
本文将以XY数控机床工作台设计为主题，探讨其设计原理、重要参数以及常见的设计优化方法。
二、设计原理1.承载能力：工作台应能够在工作过程中承载工件和刀具的负载，同时保持机床结构的稳定性。
因此，在设计工作台时，应按照工作负载的需求选择合适的结构材料和尺寸。
2.运动精度：XY数控机床工作台的运动精度是其重要的设计指标。
它直接影响到加工零件的精度和表面质量。
为保证运动精度，设计时应注意优化螺旋副、导轨和滚珠螺杆等关键部件的设计和选用。
3.运动控制：XY数控机床工作台通常需要实现三个轴向（X、Y和Z 轴）的运动控制。
设计时应考虑各个轴线的坐标变换和运动速度控制，以实现精确和平稳的运动。
三、重要参数1.工作台尺寸：根据加工需求和工件尺寸，确定工作台长度、宽度和行程等参数。
合理的工作台尺寸可以提高工作效率，减少空转时间。
2.工作台承载能力：工作台承载能力是衡量工作台性能的重要指标。
应根据工作负载的需求，确定合适的工作台承载能力。
工作台承载能力不足会导致机床结构的不稳定和加工质量下降。
3.运动速度和加速度：运动速度和加速度的选择应根据具体的加工要求和工件材料而定。
太高的运动速度和加速度容易引起共振和振动，影响加工精度和表面质量。
四、设计优化方法1.结构优化：通过有限元分析和试验验证等手段，对工作台的结构进行优化，提高其刚度和稳定性。
例如，在结构上采用更加合理的设计，增加横向和纵向的加强筋，提高整体刚度。
2.导轨选择：导轨是影响工作台运动精度的关键部件。
为保证导轨的平稳和准确运动，可选择高精度且耐磨的直线导轨。
同时，必须做好导轨的保养和维护工作。
3.滚珠丝杠优化：滚珠丝杠是XY数控机床工作台运动的关键部件。
合理选用质量较好的滚珠丝杠，并加强对其润滑和运动的监测。
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数控铣床X-Y工作台设计目录1.引言： (3)2.设计任务 (4)3.总体方案的确定 (4)3.1 机械传动部件的选择 (4)3.1.1导轨副的选用3.1.2丝杠螺母副的选用3.1.3减速装置的选用3.1.4伺服电动机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计 (4)3.3 绘制总体方案图 (6)4.机械传动部件的计算与选型 (6)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (6)4.2 铣削力的计算 (6)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (7)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷m ax4.3.2 距离额定寿命L的计算4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型................. 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
4.4.1 最大工作载荷Fm的计算4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算4.4.3 初选型号4.4.4 传动效率η的计算4.4.5 刚度的验算4.4.6 压杆稳定性校核4.5 步进电动机减速箱的选用 (9)4.6 步进电动机的计算与选型 (8)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用 (12)6. 绘制进给传动系统示意图 (14)7．工作台控制系统的设计 (15)8．步进电动机的驱动电源选用 (16)9.致谢 (17)参考文献 (18)1.引言：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。
其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。
导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。
控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。
2.设计任务题目：数控X-Y 工作台设计任务：设计一种供应式数控铣床使用的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e a =15mm;4. 最大背吃刀量p a =7mm;5. 加工材料为碳素钢活有色金属。
6. X 、Y 方向的脉冲当量x y δδ==0.004mm;7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm;8. 加工范围为200×150㎜;9. 工作台空载进给最快移动速度：max max 3000mm /min x z V V ==; 10.工作台进给最快移动速度:max max 400mm /min x f z f V V ==;3.总体方案的确定3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用腰设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，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，安装预紧方便等优点。
3.1.2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，需要满足0.004mm冲当量和01mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚.0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。
3.1.3减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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，选用无间隙齿轮传动减速箱。
3.1.4伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，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。
3.1.5检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。
任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。
增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。
考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。
3.2 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。
3.3 绘制总体方案图总体方案图如图所示。
总体方案图4.机械传动部件的计算与选型4.1 导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。
包括工件、夹具、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N4.2 铣削力的计算设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。
则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为：0.850.750.73 1.00.13c e z p 118a fd a n Z F -= (6-11)今选择铣刀的直径为d=15mm ，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度为e a 15mm =，背吃刀量p a =7mm ，每齿进给量z f 0.1mm =，铣刀转速n 300r/min =。
则由式（6-11）求的最大铣削力：0.850.750.73 1.00.13c 118150.11573003N 1280N F -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表查得，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：f c F 1.1F 1408N =≈,e c F 0.38F 486N =≈，fn c F 0.25F 320N =≈。
图3-4a 为卧铣情况，现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力z e F F 486N ==，受到水平方向的铣削力分别为f F 和fn F 。
今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力x f F F 1408N ==，径向铣削力为y fn F F 320N ==。
4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）4.3.1 块承受工作载荷m axF 的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。
本例中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。
考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：max GF F 4=+ (6-12)其中，移动部件重量Ｇ＝800N ，外加载荷z F=F 486N =，代入式（6-12），得最大工作载荷max F =686N=0.686kN 。
查表根据工作载荷max F =0.686kN ，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG15型，其额定动载荷a C 7.94kN =，额定静载荷0a C 9.5kN =。
任务书规定加工范围为200×150㎜，考虑工作行程应留有一定余量，查表选取导轨的长度为520mm 。
4.3.2 距离额定寿命L 的计算上述所取的KL 系列JSA-LG25系列导轨副的滚道硬度为60HRC ，工作温度不超过100C ，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。
分别取硬度系数f H =1.0，温度系数f T =1.00，接触系数f c =0.81，精度系数f R =0.9，载荷系数f w =1.5，代入式（3-33），得距离寿命：L=Km F C f f f f f a w r c t h 562550)(3max≈⨯⨯⨯⨯⨯远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。
4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型4.4.1 最大工作载荷Fm的计算如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=1408N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=320N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=486N.已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数μ=0.005。
求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：Fm=KFx+μ(Fz+Fy+G)=[1.1⨯1408+0.005⨯(486+320+800)]N≈1557N4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=80r/min。
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106r）。
查表，取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0,代入式（3-23），求得最大动载荷：F Q =NFffLmHw7773 3≈4.4.3 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈*1系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于FQ，满足要求。
4.4.4 传动效率η的计算将公称直径d0=20mm,导程Ph=5mm,代入λ=arctan[Ph/(∏d0)]，得丝杠螺旋升角λ=4°33′。
将摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。
4.4.5 刚度的验算X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。