XY工作台说明书

目录

一、设计说明

（一）设计任务

（二）总体方案的确定

（三）系统总体方案设计

二、机械部分设计

（一）脉冲当量的选定

（二）步进电机的选用

（三）计算铣削力

（四）滚珠丝杠副的选用

（五）工作台尺寸确定:

（六）滚珠丝杠长度确定

（七）丝杠传动效率计算

（八）丝杠稳定性验算

（九）丝杠刚度验算

（十）计算减速器传动比

（十一）齿轮机构设计

（十二）传动系统是转动惯量计算

（十三）步进电动机负载能力校验

（十四）导轨的选型及计算

三、控制系统电路设计

（一）接口设计

（二）伺服系统设计

（三）步进电机驱动电路设计

（四）运动控制器控制原理

四、控制软件结构设计

（一）直线插补程序

（二）圆弧插补程序

参考文献

一、设计说明

本设计是以PC平台为基础的数控X-Y工作台实验系统，它具有直线插补和圆弧插补等数控系统所使用的常用功能，结构简单，操作方便，控制精度相对较高, 可靠性、稳定性和实用性都很好。

X、Y两方向的运动各由一台步进电机控制。数控系统每发出一个信号，步进电机就走一步，并通过中间传动机构带动两方向的丝杠旋转，分别使得X、Y工作台进给。数控系统由单片机、键盘、变频检测系统构成，具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝自动处理等主要功能。线切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。线切割技术、线切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控线切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。

（一）设计任务:

设计一个数控X-Y工作台及其控制系统,该工作台可安装在铣床上,用于铣削加工.设计参数如下:

最在铣削直径： 20mm

最在铣削宽度： 8 mm

最大铣削深度： 5 mm

加工材料：碳钢

工作台加工范围： X=250,Y=180

最大移动速度： 3 m/min

（二）总体方案的确定

数控X—Y工作台的总体方案设计应考虑以下几点：

1．工作台应具有沿纵向和横向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采用连续控制系统。

2．在保证一定加工性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。因此进给伺服统采用伺服电机开环控制系统。

3．纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们各自由各的伺服电动机、联轴器、丝杠螺母副组成。

4．为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧装置，以提高传动刚度和消除间隙。

5．为减少导轨的摩擦阻力，选用滚动直线导轨。

（三）系统总体方案设计

二、机械部分设计 （一）脉冲当量的选定

根据已知条件：X 、Y 方向的脉冲当量 δx 、δy 分别为

δx =δy = 0.01mm

（二）步进电机的选用

即脉冲当量较小，因此这里选用反应式步进电动机。其特点是：步距角小，运行频率高，价 格较低，但功耗较大。

BF 反应式步进电动机技术参数(指导书表2-18)

（1）步进电动机的脉冲频率计算

典型工况下，步进电动机的脉冲频率f x 和f y 分别为

33max 3

10105000/8000/60600.01

x x x x v f p s f p s σ=

⨯=⨯=<=⨯

33max 3

10105000/8000/60600.01

y y y y

v f p s f p s σ=

⨯=

⨯=<=⨯

（2）90BF001启动矩频特性

（3）90BF001运行矩频特性

（三）计算铣削力

（1）切削力Z F 的请算

选用高速钢直柄立铣刀，其铣削力公式为：

Z d a a a C F t

p f

e

F Z ⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-86

.072

.086

.081.9

查<<机械制造技术基础课程式设计指导教程>>表5-11得F C ＝68.2，t d ＝20mm ，e a ＝

8mm ，f a ＝0.09mm ，p a ＝5mm , Z =5

代入公式可知 0.860.72 1.86z F 9.8168.280.0952051345N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=

（2）进给工作台工作载荷的计算

进给工作载荷沿铣床工作台运动方向可分解为三个力:工作台纵向进给方向载荷L F ，工作台垂直进给方向载荷V F ，工作台横向进给方向载荷C F 。

（3）工作台载荷与铣削力的经验比算(指导书表2-4)

考虑最不利影响

L F /Z F =0.9

V F /Z F =0.8 C F /Z F =0.4

所以L F = 1211 N V F =1076 N C F =538 N

（四）滚珠丝杠副的选用

（1）丝杠寿命的估算

令两方向丝杠的工况均为：每天开机8小时；每年300 个工作日；工作10 年以上。 丝杠材料：CrWMn 钢；滚道硬度为58~62HRC ；丝杠传动精度为± 0.04mm 丝杠寿命 :

'83001024000h L h =⨯⨯=

初定丝杠的导程为P=5 其平均转速为工作台最大移动速度一半时所对应的转速 故平均转速 1000

1.51000

300/m i n 5

v n r p ⨯⨯=

==

（2）计算丝杠工作载荷