文档介绍：X-Y 数控工作台设计
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(600×600)方台面数控回转工作台设计
一、设计的目的
《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节,要求学生综合的运用所学的理论
知识,独立进行的设计训练,主要目的:
1、通过设计,使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其思想
知识,学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。
2、通过对机械系统的设计,掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设
计计算及选用的方式
3、通过对机械系统的设计,掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控
制驱动方式
4、培养学生独立分析问题和解决问题的能力,学习并树立“系统设计”的思想
5、锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力
二、设计任务
设计 X-Y 数控工作台,主要参数如下:
设计一台数控回转工作台并开发其控制、驱动系统,工作台台面 600×600mm,分辨率
为δ=5 分/step,承受最大载荷 Tmax=1800Nm。
三、设计主要步骤 
1、确定设计总方案
⑴、机械传动部件的选择
①、丝杠螺母副的选择
步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动,需要满足初选 脉
冲当量,因为定位精度±,对于机械传动要有一定的精度损失,大约是 1/3-1/2 的定
位精度,现取为 1/2,滑动丝杠副无法做到,只有选用滚珠丝杆副才能达到要求,滚珠丝杆
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。
同时选用内循环的形式,因为这样摩擦损失小,传动效率高,且径向尺寸结构紧凑,轴
向刚度高。
由于定位精度不高,故选择的调隙方式是垫片调隙式,这种调隙方式结构简单,刚性好,
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装卸方便。
由于工作台转速不高,故可以采用一般的安装方法,即一端固定,一端游动的轴承配置形式。
②、导轨副的选用
要设计数控铣床工作台,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、伺服电机的选用
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低,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,决定采用开环控制,任务书初选的脉冲当量尚未达到 ,定位精度也未达到
微米级,空载最快移动速度也只有 2300mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机,因此
可以选用混合式步进电机,以降低成本,提高性价比。
④、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,如果
要选用减速装置,则应选用无间隙齿轮传动减速箱。
⑵、控制系统的设计
①、设计的 X-Y 工作台准备用在数控铣床上,其控制系统应该具有轮廓控制,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、对于步进电动机的开环控制系统,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,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。
2、机械传动部件的计算和选择
(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、工作平台、上层电动机、
减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等,估计重量约为 3700N。
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(2)、计算切削力
根据设计任务,加工材料为碳素钢或有色金属及如下参数:
设零件的加工方式为立式加工,采用硬质合金铣刀,工件材料为碳素钢。由【5】中的
表中,可知 d=15mm 的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下:
每齿进给量 fz= 
铣刀转速 n=300r/min 
由【2】中 P200,查得立铣时切削力计算公式为: 
−  
Fc = 118a e fz d a p  n Z 
代如上式得:  = 118 × 250 .  85 × 0.  10 .  75 × 25 −0  .  73 × 101 .  0 × 300 0.  10  × 3 ≈ 1639