摘
着制造业发展深刻感受数控机床生产中位越越重文结合机电体化需设计单片机作控制系统XY型工作台（X－Y工作台指分着XY移动工作台）通XY型工作台机械结构设计控制电路接口设计阐述机电体化设计中性关键技术种工作台通常整机设计成整体形状尺寸结构机器类型较差异工作原理着点
关键字：XY数控滑台机电体化单片机
ABSTRACT
Along with manufacturing industry developmentpeople's profound feeling numerical control engine bed in production status is more and more important Combine mechanicalelectrical integration’s need design a Model XY working bench with onechip computer as the of the control system(XY working bench is separately along X and Y motion work table) Though describing the working bench mechanical’s design of structure and interface of the control circuit to Model XY have explained generality in the design of mechanicalelectrical integration and its key technology This kind of working bench is usually designed with the complete machine into a whole its form size there is a greater difference because types of the machine are different in the structure but its operation principle has common point
Key words XY numerical control cross slippery platform The mechanicalelectrical
目 录
1 绪 1
11 数字控制技术产生发展 1
12 国数控机床发展情况 1
13 国普通机床数控化改造必然性 2
14 数控机床中十字滑台设计 2
2 总体设计 3
3 机械系统设计 4
31 动力源—步进电机设计选择 4
311 步进电机概述 4
312 步进电机设计计算 4
32 滚珠丝杠选择校核 5
321 工作原理结构 5
322 滚珠丝杠螺母副特点 5
323 滚珠丝杠螺母副设计核算 6
33 传动系统刚度K计算 8
331 滚珠丝杠副抗压刚度 8
332 支承组合刚度 8
34 导轨副——直线滚动导轨设计选择 9
341 241 直线滚动导轨形式 9
342 242 直线滚动导轨关计算 9
35 联轴节选择 11
参考文献 13
1 绪
11 数字控制技术产生发展
早采数字控制技术进行机械加工思想20世纪40年代提出时美国北密执安型飞机叶片轮廓样板时利全数字电子计算机叶片轮廓加工路径进行处理考虑刀具加工路径影响加工精度达±00381mm时水相高
1952年美国麻省理工学院研制出套实验性数字控制系统装台数字立式铣床成功实现时控制三轴运动台数控机床家称世界第台数控机床数控机床第代台机床毕竟台实验性机床1954年11月帕尔森专利基础第台工业数控机床美国迪克公司生产出
1959年电子行业研制出晶体元器件数控系统中广泛采晶体印刷电路版数控机床跨入第二代年3月美国克耐·杜列克公司发明带动换刀装置数控机床称加工中心现加工中心已成数控机床中种非常重品种工业发达国家中占数控机床总量14左右
1960年研制出规模集成电路体积功耗低数控系统性进步提高数控系统发展第三代
三代采专控制硬件数控系统（NC）
1967年英国首先台数控机床联成具柔性加工系统初FMS－Flexible Manufacturing System 柔性制造系统美欧日等国相继进行开发应
着计算机技术发展型计算机价格微处理器1974年美日等国首先先研制出微处理器核心数控机床30年微处理机数控系统数控机床飞速发展应第五代数控MNC统称CNC
20世纪80年代初国际出现柔性制造单元FMC种单元投资少见效快单独长时间少运行集成制造系统中十年快速发展应
FMCFMS认实现CIMS－Computer Integrated Manufacturing System 计算机集成制造系统必阶段基础
12 国数控机床发展情况
国1958年开始研究数控技术直20世纪60年代中期处研制开发时期
1965年国开始研制晶体数控系统20世纪60年代末70年代初研制成功X53K－1G立式数控铣床CJK18数控系统数控非圆齿轮插齿机
20世纪70年代开始数控技术车铣钻镗磨齿轮加工电加工等领域全面开展数控加工中心海北京研制成功数控系统性稳定性未解决时期数控机床结构简单方便20世纪80年代国国外引进部分系列数控系统直流轴电机技术新技术国数控机床性质飞跃
1995年国数控机床品种新发展数控机床品种断增规格齐全许技术复杂型数控机床重型数控机床相继研制出
现国已建立中低档数控机床产业体系未十年国成数控机床生产国
13 国普通机床数控化改造必然性
宏观机床数控化改造必性社会产品样化需求更加强烈品种中批量产品重明显增加采传统普通加工设备难适应高效率高质量样化产品加工求机床数控技术应方面促机械加工量前期准备工作机械加工程连体方面提高制造系统适应种生产条件变化力工业发达国家20世纪70年代末80年代初已开始规模应数控机床制造程中采数控机床FMC（柔性制造单元）FMS（柔性制造系统）外包括产品开发中推行CAD（计算机辅助设计）CAE（计算机辅助工程）CAM（计算机辅助制造）虚拟制造生产理中推行MIS（理信息系统）CIMS（计算机集成制造系统）等等国外采信息技术机械工业进行深入改造产品国际市场竞争力增强国利信息技术改造传统产业方面发达国家约落20年宏观说明机床数控化改造必性
微观机床数控化改造必性统计2010年国机床总量380余万台中数控机床总数1134万台国机床数控化率3％10年国数控机床年产量约06～08万台年产值约18亿元机床年产量数控化率6％国机床役龄10年占60％10年机床中动半动机床20％FMCFMS等动化生产线更屈指数（美国日动半动机床占60％）见数制造行业企业生产加工装备传统机床半数役龄10年旧机床种装备加工出产品普遍存质量差品种少档次低成高供货期长缺陷国际国市场缺乏竞争力直接影响企业效益影响企业生存发展必须力提高机床数控化率机床数控化改造容包括：机床生产线存障部分进行诊断恢复原功二机床NC化普通机床加数显装置加数控系统三机床机械电气部分进行翻新提高精度效率动化程度四机械部分重新装配加工恢复原精度五传统机床中满足生产求CNC系统进行更新 六新工艺新技术原基础传统机床进行较规模技术更新技术创新较幅度提高技术水档次
14 数控机床中十字滑台设计
着制造业发展深刻感受数控机床生产中位越越重然年国组合机床技术断发展然组合机床通部件中型滑台单坐标滑台国家组合机床早70年代（更早）双坐标十字滑台
机电体化技术数控机械数控机床绘图机火焰切割机电加工机床衣料开片机等XY面作配合运动工作台种工作台通常整机设计成整体形状尺寸结构机器类型较差异工作原理着点该设计数控XY工作台生产实际数控教学典型机电体化产品考虑8031单片微机具较高性价格具强力指令系统决定选INTER公司生产8位8031单片机芯片作系统微处理器
X－Y工作台指分着XY移动工作台文通X－Y工作台机械系统控制系统接口电路设计阐述机电体化系统设计中性关键技术
超精密机床超精密加工中机床微位移分辨率进步提高进行机床加工误差线补偿提高加工精度进行某特殊非轴称表面加工需微量进装置高精度微量进装置现已成超精度机床重关键装置现高精度微量进装置已达0001～001μm分辨率实现超薄切削实现高精度尺寸加工实现线误差补偿十分
数控XY工作台数控钻床等设备实际两轴半系统工作台两方联动垂直工作台刀具必工作台联动X—Y工作台研究调查中发现目前简易数控控制系统基基普通单片机显示LED数码系统操作方便通性强基础设计通两轴半数控控制器基思想采新微处理技术集成电路技术提高系统集成度提高性降低成减体积具良—机交互界面满足般两轴半数控系统需
2 总体设计
两坐标数控滑台言横方两坐标传动根设计务求决定采点位控制步进电机驱动开环控制系统样控制系统简单成低调试维修容易确保数控系统传动精度工作稳性工作台采滚珠丝杠螺母副直线滚动导轨量消齿侧间隙计算机系统采MCS51系列单片机扩展系统
两坐标数控滑台总体框图：
两坐标数控滑台总体设计图
3 机械系统设计
31 动力源—步进电机设计选择
311 步进电机概述
步进电机种电脉信号变换成相应角位移直线位移机电执行元件输入电脉时便转固定角度角度成步距角β简称步距脉输入电动机便步步转动步进电动机便命名
步进电动机位移量输入脉数严格成例会引起误差积累转速脉频率步距角关控制输入脉数量频率电动机相绕组接通次序种需运行特性尤数字系统配套时体现出更优越性广泛数字控制系统中例数控机床中零件加工求编制成定符号加工指令变成程序软件存放磁带然送入数控机床控制箱中数字计算机会根纸带智力功磁带程序发出定数量脉信号步进电动机会作相应转动通传动机构带动刀架作出符合求动作动加工零件
312 步进电机设计计算
首先确定系统脉量滚珠丝杠导程确定导程
设计参数知定位精度±002mm取001mm步进电机输出轴丝杠直接相连导程越丝杠承载力越强根数控滑台相关设计验选择滚珠丝杆副导程6mm述公式出步进电机步距角
根毕业设计说明书出参数：X轴Y轴步进电机额定扭矩均02N·m初步选定电机型号57BYG350BL—0601步进电机具体参数表：
规格型号
相数
步距角
相电流
保持转矩
转动惯量
重量
外形尺寸
57BYG350BL—0601
3
0612
60
045
100
05
57×57×41
该型号步进电机矩频特性曲线图
32 滚珠丝杠选择校核
321 工作原理结构
丝杠螺母螺纹滚道间置滚珠丝杠螺母转动时滚珠螺纹滚道滚动丝杠螺母间相运动时产生滚动摩擦防止滚珠滚道中滚出螺母旋转槽两端设回程引导装置
322 滚珠丝杠螺母副特点
（1）刚度 通螺母组件施加预压获较高系统刚度满足种机械传动求爬行现象始终保持传动高效率效率高达90~95耗费量仅滑动丝杠13
（2）传动具逆性 回转运动变直线运动直线运动变回转运动逆传递保持运动稳性灵敏性
（3）传动精度高 淬硬精磨螺纹滚道滚珠丝杠副身具高制造精度摩擦丝杠副工作时温升热变形容易获较高传动精度
（4）寿命长 滚珠淬硬滚道作滚动运动磨损极长期保持精度受命长具高性寿命般滑动丝杠高5～6倍
（5）锁 特垂直安装丝杠运动停止螺母重力作滑常需设置制动装置
（6）制造工艺复杂 滚珠丝杠螺母等零件加工精度表面粗糙度求高制造成高
323 滚珠丝杠螺母副设计核算
1确定滚珠丝杠导程Ph
前面步进电机相关计算中已确定滚珠丝杠导程Ph＝6mm
2滚珠丝杠副载荷转速计算
（1）载荷Fmin
机械空载时滚珠丝杠副传动力里工作台引起摩擦力采直线滚动导轨摩擦系数0005设工作台重量100kg
Fmin＝μmg＝0005×100＝05N
（2）载荷Fmax
选机器承受载荷时滚珠丝杠副传动力假设载荷Fmax＝100N
（3）滚珠丝杠螺母副量载荷Fm
负荷转速接正变化时种转速机会均等采列公式计算：
Fm＝（2Fmax＋Fmin）3＝6683N
3确定预期额定动载荷
（1）滚珠丝杠螺母副预期运行距离Ls（时）计算
计算Cam＝49825N
预加负荷滚珠螺杆需轴负荷计算：
计算Cam＝450N
中： ƒe——预加负荷系数取45
Ls——预期运行距离（千米）取250㎞
ƒa——09初定4级精度系数根精度等级选
ƒc——系数般情况取062
ƒw——负荷系数根负荷性质选取12
两种算法计算结果中选取较值作滚珠丝杠螺母副额定动载荷Cam＝49825N
4精度求确定允许滚珠丝杠螺纹底径d2m
（1）估算滚珠丝杠允许轴变形量
般情况影响死区间隙素影响程度排列序：
a 滚珠丝杠身拉压刚度Ks
b 支承轴承轴刚度Ks
c 滚珠丝杠副中滚珠滚道接触刚度Kc
d 折合滚珠丝杠副伺服电机系统刚度KR
e 联轴节刚度Kt
f 滚珠丝杠副扭转刚度Kk
g 螺母座轴承座刚度Kh
滚珠丝杠螺母副传动系统刚度K式计算：
中前三项重Ks占总量（13—12）般情况式进行计算：
影响定位精度素滚珠丝杠副精度次滚珠丝杠身拉压弹性变形（种弹性变形滚珠螺母滚珠丝杠位置变化变化）滚珠丝杠副摩擦力矩变化等
般估算
里取＝0003mm
（2）估算滚珠丝杠副底径d2m
滚珠丝杠副安装方式端固定端游动
式中：
—滚珠螺母滚珠丝杠固定端支撑距离（mm）
L≈12×150＋14×6＝264
代入公式计算 d2m≥1792mm
5确定滚珠丝杠副规格代号
根条件d2≥d2m≥1792mmCa≥Cam＝49825宜选择符合条件滚珠丝杠副型号GD2506—3参数表33示
规格代号
公称直径
公称导程
丝杠外径
钢球直径
丝杠底径
循环圈数
基额定负荷
刚度
动载荷
静载荷
GD25063
25
6
242
3969
202
3×2
12097
2534
458
6确定滚珠丝杠螺母副预紧力Fp
轴工作载荷Fmax确定预紧力Fp＝Fmax3＝1003＝333N
7确定滚珠丝杠螺母副支撑轴承规格代号
计算轴承承受轴载荷预拉伸滚珠螺杆考虑预拉伸力处
Fa＝Fmax＝100N
滚珠螺杆支撑求（两端固定）选择轴承型号里选角接触轴承者圆锥滚子轴承者深沟球轴承推力球轴承配套
确定轴承径：便螺杆加工轴承径螺杆径选循环滚珠螺杆时必须端轴承径略螺杆底径
反复计算验算现选角接触球轴承选型号：7003C
查相关文献轴承相关参数
Cr＞＞Cam滚动轴承需验算
8滚珠丝杠螺母副相关尺寸
螺纹长度Ls＝Lu＋2Le＝150＋92＋2×24＝290mm
33 传动系统刚度K计算
根文献17传动系统刚度校核采列公式：
式中：
331 滚珠丝杠副抗压刚度
根相关资料滚珠丝杠副抗压刚度滚珠螺母螺杆轴固定处距离函数丝杠支撑形式端固定端游动
a＝L1（滚珠螺母固定支承距离）时刚度Ksmin＝29923Nμm
a＝L0（固定端行程起点处）时刚度Ksmin＝89769Nμm
332 支承组合刚度
表36相关轴承刚度计算未预紧轴承刚度已预紧轴承刚度：
表36 轴承刚度计算公式表
轴承类型
角接触轴承（6000型）
推力球轴承（8000型）
圆锥滚子轴承（7000型）
推力圆柱滚子轴承（9000型）
中：
34 导轨副——直线滚动导轨设计选择
341 241 直线滚动导轨形式
1 滚动体循环方式分滚动体循环式滚动体循环式两种目前应较滚动体循环式
2 滚动体形状分滚珠式滚柱式两种滚柱式线接触较高承载力摩擦力较高时加工分配相复杂目前较式滚珠式
3 导轨截面形状分矩形梯形两种矩形导轨承载时方受力相等梯形截面导轨承载较垂直载荷方承载力较低应安装基准误差调节力较强
4 导轨沟槽形状分单圆弧双圆弧两种单圆弧沟槽两点接触双圆弧沟槽四点接触前者运动摩擦安装基准误差均作者静刚度笔者稍差
342 242 直线滚动导轨关计算
1 额定动载荷（N）额定动载荷指直线滚动导轨额定长度寿命50km时作滑座方均变化载荷值式计算
(10)
式中：滚珠直径（mm）滑座效长度（mm）z效接触滚珠数
z26
代入数值：
958（KN）
2 额定静载荷（N）
(11)
E90°T (12)
式中：适应系数表27确定中R圆弧滚道半径（mm）滚珠循环列数接触角常取45度倾斜角常取 0°
取4322z26 E45°
∴143KN
表27 适应系数
052
053
054
055
056
721
594
52
469
432
3 额定行程长度寿命（km）
(13)
式中：K寿命系数般取K50kmF滑座工作载荷（N）硬度系数表28选取温度系数表29选取接触系数表210选取负荷系数表211选取额定动载荷（N）
额定工作时间寿命
(14)
式中：工作单行程长度（M）秒复次数（次s）
∴135*Km
188*h
表28 硬度系数
滚道表面硬度HRC
60
58
55
53
50
45
10
098
090
071
054
038
表29 温度系数
工作温度
<100
100～150
150～200
200～250
100
090
073
063
表210 接触系数
根导轨滑块数
1
2
3
4
5
10
081
072
066
061
表211 负荷系数
工作条件
外部击震动低速运动场合速度15mmin
1～15
明显击震动中速运动场合速度60mmin
15～2
外部击震动高速运动场合速度60mmin
2～35
35 联轴节选择
锥环键联轴器结构轴套筒间成布置弹性锥环锥环受轴力作时锥环外环环发生膨胀收缩分撑紧套筒轴通外环套筒孔间外环间环轴间摩擦力矩实现轴轴间转矩传递
锥环键连接特点：
① 定心性
② 没应力集中源承载力高
③ 周轴调节轴套筒相位置装拆方便
压紧力作弹性环锥面半锥角愈配合面压强愈传递转矩愈拆卸方便通常取12°30′～17°
处取15°
锥环金属弹性材料制造外环轴套筒间配合 通常H7h6配合面粗糙度般
02～08
参考文献
[1] 温素彬理会计：理·模型·案例[M] 北京 机械工业出版社200812
[2] 王心韩新民靳庆鲁作业成计算作业理国应现实性[J]特区财会2001（7）：2021
[3] （美）H·托马斯·约翰逊罗伯特·S·卡普兰理会计兴衰[M]北京中国财政济出版社 1992
[4] 孙茂竹文光伟杨万贵理会计学[M]北京中国民学出版社 19998
[5] 王世定关成调查作业成法衡计分卡式营代财2004（6）：35
[6] 李军基程成动理成控制问题研究[J]系统工程理实践1999（3）：8894
[7] 李华峰浅议包钢实施作业成法[J]冶金财会2005
[8] 李华峰作业成法包钢应研究[J]硕士学位文北京科技学
[9] 吉静浅析作业成法现代企业中应——GL工程机械公司案例分析[J]硕士学位文海财学
[10] 张智慧浅析作业成法现代企业应[J]科技资讯2011
[11] 需图纸联系qq1028583269
[12] 文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
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摘
着制造业发展深刻感受数控机床生产中位越越重文结合机电体化需设计单片机作控制系统XY型工作台（X－Y工作台指分着XY移动工作台）通XY型工作台机械结构设计控制电路接口设计阐述机电体化设计中性关键技术种工作台通常整机设计成整体形状尺寸结构机器类型较差异工作原理着点
关键字：XY数控滑台机电体化单片机
ABSTRACT
Along with manufacturing industry developmentpeople's profound feeling numerical control engine bed in production status is more and more important Combine mechanicalelectrical integration’s need design a Model XY working bench with onechip computer as the of the control system(XY working bench is separately along X and Y motion work table) Though describing the working bench mechanical’s design of structure and interface of the control circuit to Model XY have explained generality in the design of mechanicalelectrical integration and its key technology This kind of working bench is usually designed with the complete machine into a whole its form size there is a greater difference because types of the machine are different in the structure but its operation principle has common point
Key words XY numerical control cross slippery platform The mechanicalelectrical
目 录
1 绪 1
11 数字控制技术产生发展 1
12 国数控机床发展情况 1
13 国普通机床数控化改造必然性 2
14 数控机床中十字滑台设计 2
2 总体设计 3
3 机械系统设计 4
31 动力源—步进电机设计选择 4
311 步进电机概述 4
312 步进电机设计计算 4
32 滚珠丝杠选择校核 5
321 工作原理结构 5
322 滚珠丝杠螺母副特点 5
323 滚珠丝杠螺母副设计核算 6
33 传动系统刚度K计算 8
331 滚珠丝杠副抗压刚度 8
332 支承组合刚度 8
34 导轨副——直线滚动导轨设计选择 9
341 241 直线滚动导轨形式 9
342 242 直线滚动导轨关计算 9
35 联轴节选择 11
参考文献 13
1 绪
11 数字控制技术产生发展
早采数字控制技术进行机械加工思想20世纪40年代提出时美国北密执安型飞机叶片轮廓样板时利全数字电子计算机叶片轮廓加工路径进行处理考虑刀具加工路径影响加工精度达±00381mm时水相高
1952年美国麻省理工学院研制出套实验性数字控制系统装台数字立式铣床成功实现时控制三轴运动台数控机床家称世界第台数控机床数控机床第代台机床毕竟台实验性机床1954年11月帕尔森专利基础第台工业数控机床美国迪克公司生产出
1959年电子行业研制出晶体元器件数控系统中广泛采晶体印刷电路版数控机床跨入第二代年3月美国克耐·杜列克公司发明带动换刀装置数控机床称加工中心现加工中心已成数控机床中种非常重品种工业发达国家中占数控机床总量14左右
1960年研制出规模集成电路体积功耗低数控系统性进步提高数控系统发展第三代
三代采专控制硬件数控系统（NC）
1967年英国首先台数控机床联成具柔性加工系统初FMS－Flexible Manufacturing System 柔性制造系统美欧日等国相继进行开发应
着计算机技术发展型计算机价格微处理器1974年美日等国首先先研制出微处理器核心数控机床30年微处理机数控系统数控机床飞速发展应第五代数控MNC统称CNC
20世纪80年代初国际出现柔性制造单元FMC种单元投资少见效快单独长时间少运行集成制造系统中十年快速发展应
FMCFMS认实现CIMS－Computer Integrated Manufacturing System 计算机集成制造系统必阶段基础
12 国数控机床发展情况
国1958年开始研究数控技术直20世纪60年代中期处研制开发时期
1965年国开始研制晶体数控系统20世纪60年代末70年代初研制成功X53K－1G立式数控铣床CJK18数控系统数控非圆齿轮插齿机
20世纪70年代开始数控技术车铣钻镗磨齿轮加工电加工等领域全面开展数控加工中心海北京研制成功数控系统性稳定性未解决时期数控机床结构简单方便20世纪80年代国国外引进部分系列数控系统直流轴电机技术新技术国数控机床性质飞跃
1995年国数控机床品种新发展数控机床品种断增规格齐全许技术复杂型数控机床重型数控机床相继研制出
现国已建立中低档数控机床产业体系未十年国成数控机床生产国
13 国普通机床数控化改造必然性
宏观机床数控化改造必性社会产品样化需求更加强烈品种中批量产品重明显增加采传统普通加工设备难适应高效率高质量样化产品加工求机床数控技术应方面促机械加工量前期准备工作机械加工程连体方面提高制造系统适应种生产条件变化力工业发达国家20世纪70年代末80年代初已开始规模应数控机床制造程中采数控机床FMC（柔性制造单元）FMS（柔性制造系统）外包括产品开发中推行CAD（计算机辅助设计）CAE（计算机辅助工程）CAM（计算机辅助制造）虚拟制造生产理中推行MIS（理信息系统）CIMS（计算机集成制造系统）等等国外采信息技术机械工业进行深入改造产品国际市场竞争力增强国利信息技术改造传统产业方面发达国家约落20年宏观说明机床数控化改造必性
微观机床数控化改造必性统计2010年国机床总量380余万台中数控机床总数1134万台国机床数控化率3％10年国数控机床年产量约06～08万台年产值约18亿元机床年产量数控化率6％国机床役龄10年占60％10年机床中动半动机床20％FMCFMS等动化生产线更屈指数（美国日动半动机床占60％）见数制造行业企业生产加工装备传统机床半数役龄10年旧机床种装备加工出产品普遍存质量差品种少档次低成高供货期长缺陷国际国市场缺乏竞争力直接影响企业效益影响企业生存发展必须力提高机床数控化率机床数控化改造容包括：机床生产线存障部分进行诊断恢复原功二机床NC化普通机床加数显装置加数控系统三机床机械电气部分进行翻新提高精度效率动化程度四机械部分重新装配加工恢复原精度五传统机床中满足生产求CNC系统进行更新 六新工艺新技术原基础传统机床进行较规模技术更新技术创新较幅度提高技术水档次
14 数控机床中十字滑台设计
着制造业发展深刻感受数控机床生产中位越越重然年国组合机床技术断发展然组合机床通部件中型滑台单坐标滑台国家组合机床早70年代（更早）双坐标十字滑台
机电体化技术数控机械数控机床绘图机火焰切割机电加工机床衣料开片机等XY面作配合运动工作台种工作台通常整机设计成整体形状尺寸结构机器类型较差异工作原理着点该设计数控XY工作台生产实际数控教学典型机电体化产品考虑8031单片微机具较高性价格具强力指令系统决定选INTER公司生产8位8031单片机芯片作系统微处理器
X－Y工作台指分着XY移动工作台文通X－Y工作台机械系统控制系统接口电路设计阐述机电体化系统设计中性关键技术
超精密机床超精密加工中机床微位移分辨率进步提高进行机床加工误差线补偿提高加工精度进行某特殊非轴称表面加工需微量进装置高精度微量进装置现已成超精度机床重关键装置现高精度微量进装置已达0001～001μm分辨率实现超薄切削实现高精度尺寸加工实现线误差补偿十分
数控XY工作台数控钻床等设备实际两轴半系统工作台两方联动垂直工作台刀具必工作台联动X—Y工作台研究调查中发现目前简易数控控制系统基基普通单片机显示LED数码系统操作方便通性强基础设计通两轴半数控控制器基思想采新微处理技术集成电路技术提高系统集成度提高性降低成减体积具良—机交互界面满足般两轴半数控系统需
2 总体设计
两坐标数控滑台言横方两坐标传动根设计务求决定采点位控制步进电机驱动开环控制系统样控制系统简单成低调试维修容易确保数控系统传动精度工作稳性工作台采滚珠丝杠螺母副直线滚动导轨量消齿侧间隙计算机系统采MCS51系列单片机扩展系统
两坐标数控滑台总体框图：
两坐标数控滑台总体设计图
3 机械系统设计
31 动力源—步进电机设计选择
311 步进电机概述
步进电机种电脉信号变换成相应角位移直线位移机电执行元件输入电脉时便转固定角度角度成步距角β简称步距脉输入电动机便步步转动步进电动机便命名
步进电动机位移量输入脉数严格成例会引起误差积累转速脉频率步距角关控制输入脉数量频率电动机相绕组接通次序种需运行特性尤数字系统配套时体现出更优越性广泛数字控制系统中例数控机床中零件加工求编制成定符号加工指令变成程序软件存放磁带然送入数控机床控制箱中数字计算机会根纸带智力功磁带程序发出定数量脉信号步进电动机会作相应转动通传动机构带动刀架作出符合求动作动加工零件
312 步进电机设计计算
首先确定系统脉量滚珠丝杠导程确定导程
设计参数知定位精度±002mm取001mm步进电机输出轴丝杠直接相连导程越丝杠承载力越强根数控滑台相关设计验选择滚珠丝杆副导程6mm述公式出步进电机步距角
根毕业设计说明书出参数：X轴Y轴步进电机额定扭矩均02N·m初步选定电机型号57BYG350BL—0601步进电机具体参数表：
规格型号
相数
步距角
相电流
保持转矩
转动惯量
重量
外形尺寸
57BYG350BL—0601
3
0612
60
045
100
05
57×57×41
该型号步进电机矩频特性曲线图
32 滚珠丝杠选择校核
321 工作原理结构
丝杠螺母螺纹滚道间置滚珠丝杠螺母转动时滚珠螺纹滚道滚动丝杠螺母间相运动时产生滚动摩擦防止滚珠滚道中滚出螺母旋转槽两端设回程引导装置
322 滚珠丝杠螺母副特点
（1）刚度 通螺母组件施加预压获较高系统刚度满足种机械传动求爬行现象始终保持传动高效率效率高达90~95耗费量仅滑动丝杠13
（2）传动具逆性 回转运动变直线运动直线运动变回转运动逆传递保持运动稳性灵敏性
（3）传动精度高 淬硬精磨螺纹滚道滚珠丝杠副身具高制造精度摩擦丝杠副工作时温升热变形容易获较高传动精度
（4）寿命长 滚珠淬硬滚道作滚动运动磨损极长期保持精度受命长具高性寿命般滑动丝杠高5～6倍
（5）锁 特垂直安装丝杠运动停止螺母重力作滑常需设置制动装置
（6）制造工艺复杂 滚珠丝杠螺母等零件加工精度表面粗糙度求高制造成高
323 滚珠丝杠螺母副设计核算
1确定滚珠丝杠导程Ph
前面步进电机相关计算中已确定滚珠丝杠导程Ph＝6mm
2滚珠丝杠副载荷转速计算
（1）载荷Fmin
机械空载时滚珠丝杠副传动力里工作台引起摩擦力采直线滚动导轨摩擦系数0005设工作台重量100kg
Fmin＝μmg＝0005×100＝05N
（2）载荷Fmax
选机器承受载荷时滚珠丝杠副传动力假设载荷Fmax＝100N
（3）滚珠丝杠螺母副量载荷Fm
负荷转速接正变化时种转速机会均等采列公式计算：
Fm＝（2Fmax＋Fmin）3＝6683N
3确定预期额定动载荷
（1）滚珠丝杠螺母副预期运行距离Ls（时）计算
计算Cam＝49825N
预加负荷滚珠螺杆需轴负荷计算：
计算Cam＝450N
中： ƒe——预加负荷系数取45
Ls——预期运行距离（千米）取250㎞
ƒa——09初定4级精度系数根精度等级选
ƒc——系数般情况取062
ƒw——负荷系数根负荷性质选取12
两种算法计算结果中选取较值作滚珠丝杠螺母副额定动载荷Cam＝49825N
4精度求确定允许滚珠丝杠螺纹底径d2m
（1）估算滚珠丝杠允许轴变形量
般情况影响死区间隙素影响程度排列序：
a 滚珠丝杠身拉压刚度Ks
b 支承轴承轴刚度Ks
c 滚珠丝杠副中滚珠滚道接触刚度Kc
d 折合滚珠丝杠副伺服电机系统刚度KR
e 联轴节刚度Kt
f 滚珠丝杠副扭转刚度Kk
g 螺母座轴承座刚度Kh
滚珠丝杠螺母副传动系统刚度K式计算：
中前三项重Ks占总量（13—12）般情况式进行计算：
影响定位精度素滚珠丝杠副精度次滚珠丝杠身拉压弹性变形（种弹性变形滚珠螺母滚珠丝杠位置变化变化）滚珠丝杠副摩擦力矩变化等
般估算
里取＝0003mm
（2）估算滚珠丝杠副底径d2m
滚珠丝杠副安装方式端固定端游动
式中：
—滚珠螺母滚珠丝杠固定端支撑距离（mm）
L≈12×150＋14×6＝264
代入公式计算 d2m≥1792mm
5确定滚珠丝杠副规格代号
根条件d2≥d2m≥1792mmCa≥Cam＝49825宜选择符合条件滚珠丝杠副型号GD2506—3参数表33示
规格代号
公称直径
公称导程
丝杠外径
钢球直径
丝杠底径
循环圈数
基额定负荷
刚度
动载荷
静载荷
GD25063
25
6
242
3969
202
3×2
12097
2534
458
6确定滚珠丝杠螺母副预紧力Fp
轴工作载荷Fmax确定预紧力Fp＝Fmax3＝1003＝333N
7确定滚珠丝杠螺母副支撑轴承规格代号
计算轴承承受轴载荷预拉伸滚珠螺杆考虑预拉伸力处
Fa＝Fmax＝100N
滚珠螺杆支撑求（两端固定）选择轴承型号里选角接触轴承者圆锥滚子轴承者深沟球轴承推力球轴承配套
确定轴承径：便螺杆加工轴承径螺杆径选循环滚珠螺杆时必须端轴承径略螺杆底径
反复计算验算现选角接触球轴承选型号：7003C
查相关文献轴承相关参数
Cr＞＞Cam滚动轴承需验算
8滚珠丝杠螺母副相关尺寸
螺纹长度Ls＝Lu＋2Le＝150＋92＋2×24＝290mm
33 传动系统刚度K计算
根文献17传动系统刚度校核采列公式：
式中：
331 滚珠丝杠副抗压刚度
根相关资料滚珠丝杠副抗压刚度滚珠螺母螺杆轴固定处距离函数丝杠支撑形式端固定端游动
a＝L1（滚珠螺母固定支承距离）时刚度Ksmin＝29923Nμm
a＝L0（固定端行程起点处）时刚度Ksmin＝89769Nμm
332 支承组合刚度
表36相关轴承刚度计算未预紧轴承刚度已预紧轴承刚度：
表36 轴承刚度计算公式表
轴承类型
角接触轴承（6000型）
推力球轴承（8000型）
圆锥滚子轴承（7000型）
推力圆柱滚子轴承（9000型）
中：
34 导轨副——直线滚动导轨设计选择
341 241 直线滚动导轨形式
1 滚动体循环方式分滚动体循环式滚动体循环式两种目前应较滚动体循环式
2 滚动体形状分滚珠式滚柱式两种滚柱式线接触较高承载力摩擦力较高时加工分配相复杂目前较式滚珠式
3 导轨截面形状分矩形梯形两种矩形导轨承载时方受力相等梯形截面导轨承载较垂直载荷方承载力较低应安装基准误差调节力较强
4 导轨沟槽形状分单圆弧双圆弧两种单圆弧沟槽两点接触双圆弧沟槽四点接触前者运动摩擦安装基准误差均作者静刚度笔者稍差
342 242 直线滚动导轨关计算
1 额定动载荷（N）额定动载荷指直线滚动导轨额定长度寿命50km时作滑座方均变化载荷值式计算
(10)
式中：滚珠直径（mm）滑座效长度（mm）z效接触滚珠数
z26
代入数值：
958（KN）
2 额定静载荷（N）
(11)
E90°T (12)
式中：适应系数表27确定中R圆弧滚道半径（mm）滚珠循环列数接触角常取45度倾斜角常取 0°
取4322z26 E45°
∴143KN
表27 适应系数
052
053
054
055
056
721
594
52
469
432
3 额定行程长度寿命（km）
(13)
式中：K寿命系数般取K50kmF滑座工作载荷（N）硬度系数表28选取温度系数表29选取接触系数表210选取负荷系数表211选取额定动载荷（N）
额定工作时间寿命
(14)
式中：工作单行程长度（M）秒复次数（次s）
∴135*Km
188*h
表28 硬度系数
滚道表面硬度HRC
60
58
55
53
50
45
10
098
090
071
054
038
表29 温度系数
工作温度
<100
100～150
150～200
200～250
100
090
073
063
表210 接触系数
根导轨滑块数
1
2
3
4
5
10
081
072
066
061
表211 负荷系数
工作条件
外部击震动低速运动场合速度15mmin
1～15
明显击震动中速运动场合速度60mmin
15～2
外部击震动高速运动场合速度60mmin
2～35
35 联轴节选择
锥环键联轴器结构轴套筒间成布置弹性锥环锥环受轴力作时锥环外环环发生膨胀收缩分撑紧套筒轴通外环套筒孔间外环间环轴间摩擦力矩实现轴轴间转矩传递
锥环键连接特点：
① 定心性
② 没应力集中源承载力高
③ 周轴调节轴套筒相位置装拆方便
压紧力作弹性环锥面半锥角愈配合面压强愈传递转矩愈拆卸方便通常取12°30′～17°
处取15°
锥环金属弹性材料制造外环轴套筒间配合 通常H7h6配合面粗糙度般
02～08
参考文献
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[12] 文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
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