机电一体化设计

X-Y数控工作台机电系统设计

一、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）立铣刀最大直径d =15 mm；

（2）立铣刀齿数Z=3；

（3）最大铣削宽度ae=15 mm；

（4）最大铣削深度ap=8 mm；

（5）加工材料为碳素钢或有色金属；

（6）X、Y方向的脉冲当量δx = δy = 0.005mm/脉冲；

（7）X、Y方向的定位精度均为 ± 0.01 mm；

（8）工作台面尺寸为230 mm×230 mm，加工范围为250 mm×250 mm；

（9）工作台空载最快移动速度vxmax = vymax = 3000 mm/min；

（10）工作台进给最快移动速度vxmaxf = vymaxf = 400 mm/min。

二、总体方案的确定

1. 机械传动部件的选择

（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，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。

（2）丝杠螺母副的选用

伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足

0.005mm的脉冲当量和 ±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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。

（3）减速装置的选用

选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，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，所以采用无间隙齿轮传动减速箱。

（4）伺服电动机的选用

任务书规定的脉冲量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有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。

（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