X-Y数控工作台设计 - 图文

吉林化工学院

课程设计说明书

X－Y数控工作台结构设计

X-Y NC table design

教 学 院： 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职 称： 起止日期：

机电工程学院 12410127 侯磊 机自1201 田爱华 教授

2015.6.29～2015.7.10

系 别： 机械设计制造及其自动化

吉 林 化 工 学 院

Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院课程设计说明书

摘 要

X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。 模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

关键词：X-Y数控工作台；机电一体化；导轨；滚珠丝杠螺母副；伺服电动机

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侯磊：X－Y数控工作台结构设计

Abstract

XY CNC table are a number of basic components mechatronics equipment such as vertical CNC lathes - transverse feed mechanism, CNC milling machines and CNC drilling machine XY table, a table of laser processing equipment, electronic components and other surface mount devices.Modular CNC XY table, usually consists of guide seat, move the slider, work platform, the ball screw nut, and a servo motor and other components. Wherein the servo motors as actuators for driving the ball screw, ball screw nut drive slider and work platform on the rail movement, complete table straight in X, Y direction of movement. Guideways, ball screw nut and servo motors are standardized, produced by specialized manufacturers, you can just select the design according to the work load. Control system as needed, you can choose to work with a standard control computer, you can also design special computer control system.

Key Words：XY CNC table; mechatronics; rails; ball screw nut; servo motor

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目 录

摘 要 ............................................................................................................................................ I Abstract .............................................................................................................................................. II 金属切削机床课程设计任务书 ...................................................................................................... 1 第1章 总体方案的确定 ................................................................................................................. 3

1.1 机械传动部件的选择 ........................................................................................................ 3

1.1.1 导轨副的选用 ......................................................................................................... 3 1.1.2 丝杆螺母副的选用 ................................................................................................ 3 1.1.3 减速装置的选用..................................................................................................... 3 1.1.4伺服电动机的选用 ................................................................................................. 3 1.1.5 检测装置的选用..................................................................................................... 3

第2章 机械传动部件的计算与选型 ............................................................................................ 4

2.1 导轨上移动部件的重量估算 ........................................................................................... 4 2.2 铣削力的计算 .................................................................................................................... 4 2.3 直线滚动导轨副的计算与选型 ....................................................................................... 4

2.3.1 滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取 .......................................... 4 2.3.2 距离额定寿命L的计算........................................................................................ 5 2.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 ....................................................................................... 5

2.4.1 最大工作载荷Fm的计算 ...................................................................................... 5 2.4.2 最大动载荷FQ的计算 ........................................................................................... 5 2.4.3 初选型号 ................................................................................................................. 6 2.4.4 传动效率η的计算 ................................................................................................ 6 2.4.5 刚度的验算 ............................................................................................................. 6 2.4.6 压杆稳定性校核..................................................................................................... 7 2.5 步进电动机减速箱的选用 ............................................................................................... 7 2.6 步进电动机的计算与选型 ............................................................................................... 7

2.6.1 计算加在步进电机转轴上的总转动惯量Jeq ..................................................... 7 2.6.2 计算加子在步进电机转轴上的等效负载转矩Teq ............................................. 8

2.6.3 步进电动机最大静转矩的选定.............................................................................9 2.6.4 步进电动机的性能校核.........................................................................................9 2.7 增量式旋转编码器的选用 ..................................................................................................... 10

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侯磊：X－Y数控工作台结构设计

第3章 工作台机械装配图的绘制 ............................................................................................. 11 第4章 步进电动机驱动电源的选用 ......................................................................................... 12 参考文献 ......................................................................................................................................... 14 致 谢 ......................................................................................................................................... - 15 - 附 录 ......................................................................................................................................... - 16 -

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金属切削机床课程设计任务书

一、 题目

X-Y数控工作台结构设计 二、 目的要求：

本课程培养学生应用基础理论知识和所学的专业知识，使学生掌握金属切削机床的传动部分结构设计方法、调整计算以及金属切削机床设计的相关知识； 培养学生具有对现代机床设备的使用、调整、维护及设计的专业能力，使学生可在机械工程领域从事机电产品设计、制造、开发与研究以及生产等工作的工程技术人才和高级应用型专门人才。

通过本次课程设计，学生要掌握X-Y数控工作台整体结构设计方法——导轨、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副的选择计算和绘图方法，以及伺服电动机等部件的匹配计算和选型。 三、 设计任务和工作量 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. 立铣刀最大直径d=15mm； 2. 立铣刀齿数Z=3； 3. 最大铣削宽度ae=15mm； 4. 最大背吃刀量ap=8mm； 5. 加工材料为碳素钢或有色金属；

6. X、Y方向的脉冲当量?x=?y=0.005mm/脉冲； 7. X、Y方向的定位精度均为?0.01mm；

8. 工作台面尺寸为255mm×255mm，加工范围为275mm×275mm； 9. 工作台空载最快移动速度?xmax=?ymax=3000mm/min； 10. 工作台进给最快移动速度?xmax =?ymax =400mm/min。

工作量（答辩需要提交的材料）：

1. 设计说明书一份 （同时提交设计计算手写草稿） 2. 绘制工程图一套 （用CAD绘图）

a、 装配图（A１图１张）

b、 零、部件图（Ａ０图１张，包含：滚珠丝杠幅、电机安装座、导轨、工作台面）

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四、 设计参考资料

1. 《机电一体化设计课程设计》，图书馆 2. 《机械零件》，教材 3. 《机电传动控制》，教材 4. 《金属切削机床》，教材 5. 《机械设计手册》，图书馆

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第1章 总体方案的确定

1.1 机械传动部件的选择

1.1.1 导轨副的选用

要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.1.2 丝杆螺母副的选用

伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量?0.01mm和的定位精度，滑动滑动丝杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到。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。

1.1.3 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。为此，决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 1.1.4伺服电动机的选用

任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。 1.1.5 检测装置的选用

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高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。

考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杆螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相同的型号与规格。

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第2章 机械传动部件的计算与选型

2.1 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800N。

2.2 铣削力的计算

设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。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为：

0.850.75?0.731.00.13 Fc?118aefzdapnZ (1)

今选择铣刀直径d=15mm，齿数Z=3，为了计算最大铣削力，在不对称铣削的情况下，取得最大铣削宽度ae?15mm，背吃刀量ap?8mm，每齿进给量fz?0.1mm，铣刀转速n=300r/min。则由(1)式求得最大铣削力：

0.850.75?0.731.00.13F?118?15?0.1?15?8?300?3N?1463N c

采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表3-5查得，结合图3-4a，

考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：Ff?1.1Fc?1609N，

Fe?0.38Fc?556N，Ffn?0.25Fc?366N。图3-4a为卧铣情况，现在考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力Fz?Fe?556N，受到水平方向的铣削力分别Ff和Ffn。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杆轴线方向），则纵向铣削力

Fx?Ff?1609N，径向铣削力Fy?Ffn?366N。

2.3 直线滚动导轨副的计算与选型

2.3.1 滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取

工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。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：

Fmax?G?F (2) 4其中，移动部件重量G=800N，外加载荷F?Fz?556N，代入式（2），得最大工作载荷Fmax?756N?0.756kN。

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查表3-41，根据工作载荷Fmax?0.756KN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷Ga?7.94kN，额定静载荷G0a?9.5kN。

任务书规定工作台面尺寸为225㎜×255㎜，加工范围为275㎜×275㎜，考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为580㎜。 2.3.2 距离额定寿命L的计算

上述选取的KL系列JSA—LG15型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100摄氏度，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36~表3-40，分别取硬度系数fH?1.0、温度系数fT?1.00、接触系数fC?0.81、精度系数fR?0.9、载荷系数fW?1.5，代入式（3-33），的距离寿命：

?fHfTfCfRGa???50?6649km L????fWFmax??3远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。

2.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型

2.4.1 最大工作载荷Fm的计算

如前页所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx?1609N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）Fy?366N，受到垂直方向的载荷（与工作台垂直）

Fz?556N。

已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005 。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：

Fm?KFx??(Fz?Fy?G)?[1.1?1609?0.005?(556?366?800)]N?1779N

2.4.2 最大动载荷FQ的计算

设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程

Ph?5mm，则此时丝杠转速n?v/Ph?80r/min。

取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入L0?60nT/106，得丝杠寿命系数L0?72 (单位为10r) 。

6

查表3-30，取载荷系数fW?1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH?1.0，代入式（3-23），求得最大载荷：

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FQ?3L0fWfHFm?8881N

2.4.3 初选型号

根据计算出的最大载荷和初选的丝杠导程，查表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2504-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm。循环滚珠为3圈×1列，精度等级取4级，额定动载荷为9309N。大于FQ，满足要求。 2.4.4 传动效率η的计算

将公称直径Do?20mm，导程Ph?5mm，代入??arctan?Ph/??d0??，得丝杠螺旋升角??4?55,，。将摩擦角?=10′代入??tan?/tan(???)，得传动效率??96.4%。 2.4.5 刚度的验算

1. X-Y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，见书后插页图6-23。丝杠的两端各采用一对推理角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=540mm ；钢的弹性模量E?2.1?105MPa；查表3-31，得滚珠直径

2，丝杠底径d2?16.2mm，丝杠截面面积S??d2Dw?3.175mm/4?206.12mm2。

忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载荷

Fm作用下产生的拉/压变形量：

?1?Fma/(ES)?[1779?350/(2.1?105?206.12)]mm?0.0144mm。 2. 根据公式Z?(?d0/Dw)?3，求得单圈滚珠数Z=17；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数×列数为3×1，代入公式Z??Z?圈数?列数，得滚珠总数量Z??60。丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJ?Fm/3?593N。则由式（3-27），求得滚珠与螺纹滚道间的接

mm。 触变形量?2?0.0026因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取

?2?0.0013mm。

3. 将以上算出的?1和?2代入?总??1??2，求得丝杠总变形量（对应跨度500mm）

?总?0.0218mm?21.8?m。

本例中，丝杠的有效行程为330由表3-27知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315-400mm时，行程偏差允许达到25μm，可见丝杠刚度足够。

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2.4.6 压杆稳定性校核

根据公式（3-28）计算失稳时的临界载荷Fk。查表3-34，取支承系数fk?1；由丝

4杠底径d2?16.2mm求得截面惯性矩I??d2压杆稳定安全系数K取/64?3380.88mm4；

3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值500mm。代入式（3-28），

fk?2EI?9343N，远大于工作载荷Fm?1779N，故丝杠不会失稳。 得临界载荷Fk?Ka2综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求

2.5 步进电动机减速箱的选用

为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也是为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机转轴上尽可能地小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。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，采用图3-8所以的弹簧错齿法消除侧隙。

已知工作台的脉冲当量??0.005mm/脉冲，滚珠丝杠的导程ph?5mm，初选步进电机的步进角??0.75?。根据式（3-12），算得减速比：

i?(?Ph)/(360?)?(0.75?5)/(360?0.005)?25/12

本设计选用常州市新月电机有限公司生产的JBF-3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm，齿数比为75：36，材料为45调制刚，齿表面淬硬后达HRC55。减速箱中心距为?(75?36)?25/12?mm?55.5mm，小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均10mm。

2.6 步进电动机的计算与选型

2.6.1 计算加在步进电机转轴上的总转动惯量Jeq

已知：滚珠丝杠的公称直径d0?24mm，总长l?540mm，导程Ph?5mm，材料密度??7.85?10?3kg/cm3；移动部件总重力G?800N；小齿轮度b1?20mm，直径

d1?36mm；大齿轮度b2?20mm，直径d2?75mm；转动比i?25/12。

如表4-1所示，算得各个零件部件的转动惯量如下（具体计算过程从略）：滚珠丝杠的转动惯量Js?0.617kg.cm2；拖板折算到丝杠上的转动惯量JW?0.517kg.cm2；小齿轮的转动惯量JZ1?0.259kg.cm2；大齿轮的转动惯量JZ2?4.877kg.cm2。

初选步进电动机型号为90BYG2602，为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相八拍驱动时步距角0.75?，从表4-5查得该型号电动机转子的转动惯量Jm?4kg.cm2。

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则加在步进电机转轴上的总转动惯量为：

Jeq?Jm?Jz1?(Jz2?Jw?Js)/i2?30.35kg.cm2 2.6.2 计算加子在步进电机转轴上的等效负载转矩Teq

分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。

1. 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1，由式(4-8)可知，Teq1包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩Tamax；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据式(4-12)可知，T0相对于Tamax和Tf很小，可以忽略不计。则有：

Teq1?Tamax?Tf (6-13) 根据式(4-9)，考虑传动链的总效率?，计算快速空载起动时折算到电动机转轴的最大加速转矩：

Tamax?2?Jeqnm60ta?1? (6-14)

式中 nm——对空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min；

ta——步进电动机由静止到加速到n转速所需的时间，单位为s。 其中：

nm?vmax? (6-15) 360?式中 vmax——空载最快移动速度，任务书指定为3000mm/min；

? ——步进电动机步距角，预选电动机为0.75?； ? ——脉冲当量，本例??0.005mm/脉冲。 将以上各值代入式 (6-15)，算得nm?1250r/min

设步进电动机由静止到加速至n转速所需时间t=0.4s，传动链总效率?=0.7。则由式(6-14)求得：

Tamax2??30.5?10?4?1250?N?m?1.42N?m

60?0.4?0.7由式(4-10)可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： Tf??(Fz?G)Ph (6-16)

2??i式中 ?——导轨的摩擦因数，滚动导轨取0.005;

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Fz——垂直方向的铣销力，空载时取0; ?——传动链总效率，取0.7。 则由式(6-16)，得：

Tf?0.005?(0?1000)?0.005N.m?0.002N.m

2??0.7?25/12最后由式(6-13)求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：

Teq1?Tamax?Tf?1.422N.m (6-17) 2. 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2，由式(4-13)可知，Teq2包括三部：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt;一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf;还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0，T0相对于Teq2和Tt很小，可以忽略不计。则有：

Teq2?Tt?Tf

其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt由式(4-14)计算。本例中在对滚珠丝杠进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷Fx=1609N.m，则有：

Tt?FfPh2??i?1609?0.005N.m?0.88N.m

2??0.7?25/12再由式(4-10)可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： Tf??(Fz?G)Ph0.005?(556?800)?0.005?N.m?0.004N.m

2??i2??0.7?25/12最后由式(6-18)，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为： Teq2?Tt?Tf?0.884N.m

经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为： Teq?max{Teq1,Teq2}?1.422N.m 2.6.3 步进电动机最大静转矩的选定

步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，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T来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：

Tjmax?4Teq?4?1.422N.m?5.688N.m （6-20） 上述初选的步进电动机型号为90BYG2602，由表4-5查得该型号电动机的最大静转矩Tjmax?6N.m。可见，满足式(6-20)的要求。 2.6.4 步进电动机的性能校核

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1. 最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度vmaxf0=400mm/min，脉冲当量?=0.005mm/脉冲，由式(4-16)求出电动机对应的运行频率

fmaxf0=[400/(60?0.005)]Hz?1333hz。从

90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图6-24

可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf?5.6N.m，远远大于最大工作负载转矩

Teq2?0.884N?m，满足要求。

2. 最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度vmax=3000mm/min，仿照式(4-16)求出电动机对应的运行频率

fmax=[3000/(60?0.005)]Hz=10000Hz。从图6-24查得，在此频率下，电动机的输出转矩

Tmax?1.8N?m，大于快速空载起动时的负载转矩Teq1?1.422N?m，满足要求。

3. 最快空载移动时电动机运行频率校核 与最快空载移动速度vmax=3000mm/min对应的电动机运行频率为fmax =10000Hz。查表

4-5可知90BYG2602电动机的空载运行频

率可达20000Hz，可见没有超出上限。

4. 起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq?30.35kg.cm2，电动机转子的转动惯量Jm?4kg.cm2，电动机转轴不带任务负载时的空载起动频率fq?1800Hz (查表4-5)。则由式(4-17)可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率：

fL?fq1?Jeq/Jm?614Hz

上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于614Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz(即100脉冲/s)。

综上所述，本例中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，满足设计要求。

2.7 增量式旋转编码器的选用

本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检验电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。由步进电动机的步距角?=0.75°，可知电动机转动一转时，需要控制系统发出360/?=480个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲，电动机转过一个步距角，编码器对应输出一个脉冲信号。

本例选择编码器型号为ZLK—A—120—05VO—10—H：盘状空心型。孔径10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V。每转输出120个A/B脉冲，信号为电压输出，

生产厂家为长春光机数显技术有限公司。

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第3章 工作台机械装配图的绘制

在完成直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副、齿轮减速箱、步进电动机，以及旋转编码器的计算与选型后，就可以着手绘制工作台的机械装配图了。需要绘制工程图一套（用CAD绘图）。包括装配图（A１图１张）零、部件图（Ａ０图１张，包含：滚珠丝杠幅、电机安装座、导轨、工作台面）。

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第4章 步进电动机驱动电源的选用

本例中X、Y向步进电动机均为90BYG2602型，生产厂家为常州宝马集团与公司。查表4-14选择与之配套的驱动电源为BD28Nb型，输入电压100VAC，相电流4A，分配方式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图6-25所示。

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结 论

本次设计我所做的工作主要是对工作台机械传动部分的系统设计，因为我所做的工作台主要适用于数控铣床，这里就需要很高的定位精度和机械灵敏度，我就选用FANUC交流伺服电动机，其特点是转矩大，转速低，机械特性线性度好，低速性能良好，可直接与丝杠连接，避免了因机械结构过多，而产生的机械损耗。为了提高机械的传动精度，这里选用滚珠丝杠副，其特点是运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长，能满足此次设计的精度要求。

至于在传动链起很大作用的导轨我选用滚动直线导轨副，它的特点是：

1）滚动直线导轨浮动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当于普通机械的十分之一。

2）承载能力大，刚度高。

3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。

至此，完成了机械传动链中的主要部件的设计，其他辅助部件的设计如轴承主要遵循运动平稳，定位精度高的原则进行设计。但由于工作实际经验的缺乏及知识面的不足，对一些参数和元件的选择可能不是很合理，有一定的浪费，系统机构的设计不够完善，使用有一定局限。

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侯磊：X－Y数控工作台结构设计

参考文献

[1] 李建勇.机电一体化技术[M].科学出版社,2004.

[2] 王爱玲,白恩远，赵学良.现代数控机床[M].国防工业出版社,2001. [3] 徐灏.机械设计手册（3）[M].机械工业出版社,2003. [4] 张建民.机电一体化系统设计[M].北京理工出版社,2004. [5] 徐灏等.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2000. [6] 濮良贵,记名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2003． [7] 吴振彪.机电综合设计指导[M].湛江:湛江海洋大学,1999．

[8] 杨入清.现代机械设计—系统与结构[M].上海:上海科学技术文献出版社,2000． [9] 尹志强.机电一体化系统课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社.2001 [10] 曾励.机电一体化系统设计[M].北京:高等教育出版社.1998

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致 谢

通过此次课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来机械的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。在此要感谢我们的指导老师田爱华老师对我悉心的指导，感谢田爱华老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

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附 录

表2-1硬质合金铣刀铣削力的计算公式

表2-2各铣削力之间比值

表2-3 JSA型导轨长度系列

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表2-4 JSA-KL型直线滚动导轨副尺寸参

表2-5 硬度系数

表2-6 温度系数

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表2-7 接触系数

表2-8 精度系数

表2-9 载荷系数

表2-10 Fm实验计算公式及参考系数

.18

表2-11 载荷系数

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表2-12 G、GD系列滚珠丝杠副尺寸参数

表2-13 丝杠支承系数

表2-14A 常用部件转动惯量计算

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表2-14B 常用部件转动惯量计算

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吉林化工学院课程设计说明书 表2-15 行程偏差和变动量A

表2-16 永磁感应式步进电动机的技术

表2-17混合式步进电动机驱动电源技术参数

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表2-18 行程偏差和变动量B

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