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1、X-Y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 mm mm mm ； 2）底座外形尺寸C1B1H1mm mm mm ； 3）工作台加工范围X=mm ，Y=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=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
2、； 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 导轨副的选择 丝杠螺母副的选择 减速装置的选择 伺服电动机的选择 （2）控制系统的设计 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 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
3、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。 系统总体方案结构框图 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： 0.850.750.73 1.00.13118c e z p F a f d a n Z -= 其中，取最大铣削宽度，最大背吃刀量，每齿进
4、给量0.1z f mm =，铣刀转速 500/min n r =，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： 1.1f c F F =； 0.38e c F F =；0.25fn c F F =。 现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力z e F F =，受到水平方向的铣削力 分别为纵向铣削力x f F F =（丝杠轴线方向）=，径向铣削力y fn F F = 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
5、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 4 G F F =+=。 其中，移动部件重量为 G ，外加载荷z F F = 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） （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H f =1.0、温度系数T f =1.0、接触系数 C f =0.81、精度系数R f =0.9、载荷系数W f =1.5，代入以下公式，得距离寿命（期望值
6、 为50KM ）。 3 max ( )50H T C R a W f f f f C L f F =?= 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m F 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x F ，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为y F ，受到垂直方向的载荷（与 工作台面垂直）为z F 。 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： ()m x z y F KF F F G
7、 =+= （2）最大动载荷Q F 的计算 工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度500/min v mm =，初选丝杠导程h P （自己选择如4、5、6mm 等），则此时丝杠转速/h n v P = 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h ，代入6060/10L nT =，得丝杠寿命系数0L 查表，取载荷系数 1.2W f =，滚道硬度为60HRC 时，取硬度系数 1.0H f = ，代入式 Q W H m F f F =，求得最大动载荷Q F 。 （3）初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表，选择*公司生产的*系列*型，其额定动载荷为，大于Q F ，满足要求。 所选滚珠丝杠螺母副几何参数 （4）传动效率的计算 将公称直径0d ，导程h P ，代入0arctanP /(d )h =，得丝杠螺旋升角。将摩擦角 10?=，代入tan /tan()?=+，得到传动效率。