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1、、总体方案设计1、1设计任务题目:XY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XY数控工作台,主要参数如下:1）工作台面尺寸CXBXH=200+（班级序号）X5】m锦【200+（班级序号）X5】m锦【15+（班级序号）】mm;2）底座外形尺寸C1XB1XH1=【680+（班级序号）X5】mrtK【680+（班级序号）X5】mmfH fT fC f RfWCa )3Fmax50 =2、4滚珠丝杠的设计计算滚珠丝杠的负荷包括铳削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铳削时的情况计算。（1）最大工作载荷Fm的计算在立铳时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）为Fx,受到横向
2、的载荷（与丝杠轴线垂直）为5丫，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）为Fz。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0.005o求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为：FmKFx(FzFyG)=（2）最大动载荷Fq的计算工作台在承受最大铳削力时的最快进给速度v500mm/min,初选丝杠导程Ph（自己选择如4、5、6mm等），则此时丝杠转速nv/Ph取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L060nT/106,得丝杠寿命系数L0查表，取载荷系数fw1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数1.0,代入式Fq3/LTfwfHFm,求得最大动载
3、荷Fq。(3)初选型号根据计算出的最大动载荷与初选的丝杠导程，查表，选择*公司生产的*系列*型,其额定动载荷为，大于Fq，满足要求。所选滚珠丝杠螺母副几何参数型号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列数安装尺寸额定载荷刚度d0PhDwd2d1CaCa(4)传动效率的计算将公称直径do,导程Ph,代入arctanPh/(d。),得丝杠螺旋升角。将摩擦角10,代入tan/tan()，得到传动效率。(5)刚度的验算XY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。丝杠的两端各采用一个或一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a,钢的弹性模量E2.1105MPa,由所
4、选滚珠丝杠螺母副可得，滚珠直径Dw,丝杠底径d2,丝杠截面积Sd1/4=算的丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量iFma/(ES)=滚珠与螺纹滚道间的接触变形量20.0013,Fm,其中，丝杠预紧时，103DwFyjZ2/10取轴向预紧力FyjFm/3=,Z为滚珠总数量。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3,所以实际变形量2可减小一半。将以上计算出的1与2代入总12,求得丝杠总变形量总。通过查表，得出总就是否在行程的偏差允许值内。(6)压杆稳定性校核查表，取支承系数fk1,由丝杠底径d2,求得截面惯性矩Id4/64=;压杆稳定性f2ei,心安全系数K取3,a为滚动螺母至轴向固定处的距离
5、最大值。根据公式Fk=f吴,计算Ka失稳时的临界载荷Fk,远大于工作载荷Fm即不会失稳。2、5确定齿轮传动比初选步进电机步距角0.75(可自选),滚珠丝杠的导程Ph,要实现脉冲当量p0.005mm/step,在传动系统中应加一对齿轮降速传动。齿轮传动比0.00536012.0.75 525(此计算假设导程为5mm)选乙12,Z225。因传递的扭距较小，取模数m1mm0采用一级减速，步进电机的输出轴与小齿轮连接，滚珠丝杠的轴头与大齿轮连接，其中大齿轮设计成双片结构，采用弹簧错齿法消除齿侧间隙。本设计选用*公司生产的*系列*型齿轮减速箱。所选齿轮箱中齿轮尺寸参数Z小齿轮大齿轮dmZmm直径b36m
6、mm齿竟a-mm中心距22、6步进电机的选用(1)步进电机的步距角根据系统脉冲当量p0.005mm/脉冲，根据所选滚珠丝杠的导程R,初选步进电机步距角(可自选)。(2)计算加在步进电机转轴上的总转动惯量Jeq(3)步进电机快速空载启动时转轴所承受的负载转矩Teql的计算Teq1TamaxTf其中Tamax就是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；Tf就是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。Ta max2 Jeq nm 160taJeqJ0 JiZi工2J2 J3 M p180式中：Jeq折算到电机轴上的惯性负载（kggcm2）;J。步进电机转轴的转动惯量（kggcm2）;Ji
7、齿轮1的转动惯量（kggcm2）；J2齿轮2的转动惯量（kggcm2）;J3滚珠丝杠的转动惯量（kggcm2）;M移动部件质量（kg）。对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算J0.78103D4Lkggcm2式中:D圆柱零件直径（cm）;L零件长度（cm）。所以根据滚珠丝杠的公称直径d。，总长I,导程Ph,材料密度7.85103kg/cm2,移动部件总重G,小齿轮宽度B,直径di,大齿轮宽度b2,直径d2,传动比io计算出222J1kggcmJ2kggcmJ3kggcm电机轴转动惯量很小，可以忽略。nmVmax360 p设步进电机由静止到加速至nm所需时间为ta0.4s,传动链总效率为Tf(
8、Fz G)Ph2 i步进电机最大工作负载状态下转轴所承受的负载转矩Teq2的计算Teq21TfT就是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩；Tf就是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩。TtFfPhTf(Fz G)Ph2 imaxTeqi,Teq2步进电机最大静转距的选定考虑到步进电机的驱动电源受电网影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据Teq来选择步进电机的最大静转距时，需要考虑安全系数。本设计取安全系数K=4,则步进电机的最大静转距应满足Tjmax4Teq=(4)步进电机的最高工作频率f1000VmaxI。3max60p600.005p综上，选
9、用*公司生产的*系列*型步进电。电机的有关参数如下所选步进电机参数型号主要技术数据外形尺寸(mm)重量(N)步距角o最转距Ngcm最图空载启率(step/s)相数电压(V)电流(A)外径长度轴径三、控制系统设计以下内容仅提供单电机的主电路及控制电路图，请必须自行完成双电机（XY轴电机）的硬件电气控制图。3、1电动机控制电气原理图QSFIJ07S,电动机控制主电路I以上所用低压电器为勺：停止按钮SB1（常闭L心4Sb即开）,点动按钮SB3（常开）;一个热继电器KH;点数量无要求）。以上个继电器KA（至少含两对常开辅助触|点）；一个接触器KM（对辅助触SB Ii-ri所用低压电器为FH电动机正反转控制电气原理图| 停止按钮 SB1（常闭）,屁SB3（组合3、2 PLC按钮）;一个热继电器KH;两个接触器KM（分项控制电动机的接线图1卢 II士一对辅助触点）力，SB2（组合段钮）反转按钮削3PLe控制电机正反装neeVflll7黑，c电源湖3、3 PLC总体控制接白河二；pLC?晒机点明陟万标相敬师SODOYoalFK2NKHXQO1muzX0025工触KM1柄落丹联点逐3三相交被审步电讷机酉林由功卜U
