3.总体方案的确定

3.1 机械传动部件的选择

3.1.1导轨副的选用

腰设计数控车床工作台，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。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 3.1.2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，需要满足0.004mm冲当量和?0.01mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，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。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 3.1.3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，选用无间隙齿轮传动减速箱。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 3.1.4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，空载最快移动速度也只有因此3000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 3.1.5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，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。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 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、丝杠螺母副、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。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。

3.2 控制系统的设计

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1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，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。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 2）对于步进电动机的半闭环控制，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。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 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，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

3.3 绘制总体方案图

总体方案图如图所示。

接微口型电机路功放电路执行元件机械传动机构机械执行机构

总体方案图

4.机械传动部件的计算与选型

4.1 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、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。

4.2 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：凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 0.850.75?0.731.00.13Fc?118aefzdapnZ (6-11)

今选择铣刀的直径为d=15mm，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度为ae?15mm，背吃刀量ap=7mm ，每齿进给量fz?0.1mm，铣刀转速

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n=300r/min。则由式（6-11）求的最大铣削力：恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。

Fc?118?150.85?0.10.75?15?0.73?71.0?3000.13?3N?1280N

采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表查得，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?1408N,Fe?0.38Fc?486N，

Ffn?0.25Fc?320N。图3-4a为卧铣情况，现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力Fz?Fe?486N，受到水平方向的铣削力分别为Ff和Ffn。今将水平方向较大的铣削力分配

给工作台的纵向，则纵向铣削力Fx?Ff?1408N，径向铣削力为Fy?Ffn?320N。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。

4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）

4.3.1 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。本例中的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：硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 G?F (6-12) 4Fmax?

其中，移动部件重量Ｇ＝800N，外加载荷F=Fz?486N，代入式（6-12），得最大工作载荷Fmax=686N=0.686kN。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 查表根据工作载荷Fmax=0.686kN，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Ca?7.94kN，额定静载荷C0a?9.5kN。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 任务书规定加工范围为200×150㎜，考虑工作行程应留有一定余量，查表选取导轨的长度为520mm。

4.3.2 距离额定寿命L的计算

上述所取的KL系列JSA-LG25系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100C，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。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），得距离寿命：釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 L=(fh?ft?fc?frCa3?)?50?5625Km

fwFmax7

远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。

4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型

4.4.1 最大工作载荷Fm的计算

如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=1408N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=320N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=486N.

怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数?=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：谚辞調担鈧谄动禪泻類。 Fm=KFx+?(Fz+Fy+G)=[1.1?1408+0.005?(486+320+800)]N?1557N嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 4.4.2 最大动工作载荷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。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 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：106r）。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 查表，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），求得最大动载荷：纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 FQ=3L0fwfHFm?7773N

4.4.3 初选型号

根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3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系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于FQ，满足要求。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 4.4.4 传动效率η的计算

将公称直径d0=20mm,导程Ph=5mm,代入λ=arctan[Ph/(?d0)]，得丝杠螺旋升角λ=4°33′。将摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 4.4.5 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。丝杠的两端各采

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