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X-Y數控工作臺設計論文

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更新時間：2014-09-24
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X-Y數控工作臺設計論文
一、總體方案設計
1.1 設計任務
設計一個數控X-Y工作臺及其控制系統。該工作臺可用于銑床上坐標孔的加工和臘摸、塑料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復定位精度為±0.01mm，定位精度為0.025mm。
設計參數如下：負載重量G=150N；臺面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大長度L=388mm；工作臺加工范圍X=55mm，Y=50mm；工作臺最大快移速度為1m/min。
1.2 總體方案確定
（1）系統的運動方式與伺服系統
由于工件在移動的過程中沒有進行切削，故應用點位控制系統。定位方式采用增量坐標控制。為了簡化結構，降低成本，采用步進電機開環伺服系統驅動X-Y工作臺。
（2）計算機系統
本設計采用了與MCS-51系列兼容的AT89S51單片機控制系統。它的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，有較高的性價比。
控制系統由微機部分、鍵盤、LED、I/O接口、光電偶合電路、步進電機、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現。LED顯示數控工作臺的狀態。
（3）X-Y工作臺的傳動方式
為保證一定的傳動精度和平穩性，又要求結構緊湊，所以選用絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用預加負荷的結構。
由于工作臺的運動載荷不大，因此采用有預加載荷的雙V形滾珠導軌。采用滾珠導軌可減少兩個相對運動面的動、靜摩擦系數之差，從而提高運動平穩性，減小振動。
考慮電機步距角和絲桿導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動。

圖1-1 系統總體框圖
二、機械系統設計
2.1、工作臺外形尺寸及重量估算
X向拖板（上拖板）尺寸：
長寬高 145×160×50
重量：按重量=體積×材料比重估算
N
Y向拖板（下拖板）尺寸：
重量：約90N。
上導軌座（連電機）重量：

夾具及工件重量：約150N 。
X-Y工作臺運動部分的總重量：約287N。

2.2、滾動導軌的參數確定
⑴、導軌型式：圓形截面滾珠導軌
⑵、導軌長度
①上導軌（X向）
取動導軌長度
動導軌行程
支承導軌長度
②下導軌（Y向）

選擇導軌的型號：GTA16
⑶、直線滾動軸承的選型
①上導軌

②下導軌

由于本系統負載相對較小，查表后得出LM10UUOP型直線滾動軸承的額定動載荷為370N，大于實際動負載；但考慮到經濟性等因素最后選擇LM16UUOP型直線滾動軸承。并采用雙排兩列4個直線滾動軸承來實現滑動平臺的支撐。
⑷、滾動導軌剛度及預緊方法
當工作臺往復移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發生變化，受力大的滾動體變形大，受力小的滾動體變形小。當導軌在位置Ⅰ時，兩端滾動體受力相等，工作臺保持水平；當導軌移動到位置Ⅱ或Ⅲ時，兩端滾動體受力不相等，變形不一致，使工作臺傾斜α角，由此造成誤差。此外，滾動體支承工作臺，若工作臺剛度差，則在自重和載荷作用下產生彈性變形，會使工作臺下凹（有時還可能出現波浪形），影響導軌的精度。 ...

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