8）工作台尺寸280mmX280mm,加工范围为300mmX300mm； 9）工作台空载最快移动速度vx?vy?2000mm/min； 10）工作台进给最快移动速度vxmaxf?vymaxf?200mm/min； 11）移动部件总重量为900N； 12）每齿进给量fz?0.1mm 13）铣刀转速n=500r/min

三．总体方案的确定

1、机械传动部件的选择 (1)导轨副的选用

要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且定位精度高，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，安装预紧方便好且精度保持性等优点。

选滚珠导轨，适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床，摩擦阻力小，制造容易，成本较低。 (2)伺服电动机的选用

任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此2000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，决定采用直线电机，可以省去丝杆传动副，减少传动过程，提高传动精度。 (3)工作台的选用

设计只要求X-Y轴方向的运动，并选用的电机为直线电机，故选用工作台为十字交叉二维直线电机平台。二维直线电机平台机械上由直线伺服电机驱动的X-Y轴运动平台构成，可同时对两台直线伺服电机进行同步控制，是一个先

进的有直线电机驱动的的实用化的实验平台。直线电机直接驱动的X-Y平台系统，以其快速的响应、准确的定位和高可靠性而广泛应用于高速自动化设备、精密测量系统、电子与半导体加工设备，激光加工设备等领域。

2、控制系统的设计

1）设计的X-Z工作台准备用在数控铣床上，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。

2）对于直线电动机的闭环控制，选用三菱PLC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，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。

4）选择合适的驱动电源，与直线电动机配套使用。 3、绘制总体方案图 总体方案图如图3.1所示。

接口电路功放电路执行元件微型机机械传动机构机械执行机构

图3.1 总体方案图

四、直线电动机的计算与选型

1、导轨上移动部件的重量

设计要求所给移动部件总重量为900N 。 2、铣削力的计算

工件的材料为碳素钢，根据《金属切屑原理与刀具》200页表15-5得硬质合

金立铣刀铣削力经验公式

FC=118e0.85fz0.75d-0.73 ap1.0 n0.1

其中铣刀的直径d=30mm，齿数Z=4，为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，最大铣削宽度ae=18mm，背吃刀量ap=10mm，，每齿进给量fz=0.1mm，铣刀转速n=500r/min。则由上公式求得最大铣削力：

FC=118e0.85x 0.10.75x 30-0.73x 101.0x 5000.1 x1

=1422 N

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=1564N，Fe=0.38 Fc=540 N，Ffm=0.25 FC =355 N则工作台受到垂直方向的铣削力Fz=Fe=540N，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=1564N，径向铣削力Fy=Ffn=355N。 3．载荷的计算

（1）最大工作载荷Fm的计算

在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与X线平行）Fx=1564N，受到横向的载荷（与Y轴线垂直）Fy =355N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz =540N。

已知移动部件总质量G=900N，按矩形导轨进行计算，由《金属切屑机床》126页公式17-5得：

Fm=KFx+?(Fz+Fy+G)=[1.1?1564+0.005?(540+355+900)]N?1730N

取摩擦系数μ=0.005。取颠覆力矩影响系数K=1.1,求得滚珠丝杠副的最大工作载荷： （2）启动载荷FQ的计算

工作台空载最快移动速度vx?vy?2000mm/min

空载是移动部件的总质量为900N，取静摩擦系数μ0=0.01 假定在0.1mm内要加速到最大移动速度，有公式：

F· S=mgμ·s+1/2m v2

FQ =F+mgμ0

推算出：FQ =1280.5N，小于最大载荷，故选择电机时只需要考虑最大载荷即可。 4．初选型号 （1）根据推力选型

根据计算出的最大工作载荷Fm=1730N，查三菱直线电机手册。

表4-1

初选三菱LM-U2P2C-60M-2SSO直线电机，最大推力为2400N。 冷却方式为：自冷。 （2）次级侧(磁体)长度选择

工作台尺寸280mmX280mm,加工范围为300mmX300mm； 初级侧长度=406mm