(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。

（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。

二、机械系统设计

2.1 导轨上移动部件的重量估算

质量：按质量 =体积（由尺寸求得）×密度进行估算（45钢密度7.85g/立方厘米）工作台面质量 =

上导轨座（连电机）质量=

夹具及工件质量 =

X-Y 工作台运动部分的总重量G=Mg=

2.2铣削力的计算

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。查表得立

铣刀的铣削力计算公式为：

F118a0.85f0.75d0.73a1.0 n0.13Z

c e z p

其中，取最大铣削宽度，最大背吃刀量，每齿进给量 f z0.1mm ，铣刀转速n500r / min ，可直接带入计算。采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可

查表得出，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为： F f 1.1F c=；

F e 0.38 F c=； F fn 0.25 F c=。

现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力 F z F e=，受到水平方向的铣削力分别

为纵向铣削力 F x F f（丝杠轴线方向）=，径向铣削力F y F fn=

2.3 直线滚动导轨的参数确定

（ 1）滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取

本设计中的 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F

max

G

F

=。

4

其中，移动部件重量为G，外加载荷F F z =

根据计算出的工作载荷，初选符合要求的 **** 公司生产的 * 系列 * 型直线滚动导轨副。

根据任务规定工作台面尺寸，加工范围及工作台整体尺寸的要求，选择导轨的长度。

所选直线滚动导轨副的几何参数（由厂家说明书确定）

额定导轨

型号滑块尺寸额定载荷静力长度

矩

C2L1L2L3H2 C a C0 a M

（ 2）额定寿命的L 的校核计算

根据上述所选导轨副，查表，分别取硬度系数f H=1.0、温度系数f T=1.0、接触系数f C=0.81、精度系数 f R=0.9、载荷系数f W=1.5，代入以下公式，得距离寿命（期望值

为50KM）。

L(f

H

f

T

f

C

f

R

C

a)350=

f

W

F

max

2.4 滚珠丝杠的设计计算

滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情

况计算。

（1）最大工作载荷F m的计算在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）为 F x，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为 F y，受到垂直方向的载荷（与

工作台面垂直）为F z。

根据移动部件的总重量G，按矩形导轨进行计算，查表，取倾覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数0.005 。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为：

F m KF x( F z F y G) =

（ 2）最大动载荷F Q的计算

工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v 500mm/ min ，初选丝杠导程P h（自己选择如 4、 5、 6mm 等），则此时丝杠转速n v / P h

取滚珠丝杠的使用寿命 T=15000h，代入L060nT /10 6，得丝杠寿命系数 L0