总体方案设计
１.1 设计任务
设计一个数控Ｘ-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工,重复定位精度为±0.0１mｍ,定位精度为0.０25mm。
设计参数如下：负载重量Ｇ=150N;台面尺寸C×B×Ｈ＝14５mm×１６０mm×12mm;底座外形尺寸C1×B1×Ｈ1=210mm×220mm×１4０mｍ;最大长度L=388mm;工作台加工范围X=5５mm,Y＝50mm；工作台最大快移速度为1ｍ/min。
１.2 总体方案确定
（1)系统的运动方式与伺服系统
由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本,采用步进电机开环伺服系统驱动X-Ｙ工作台。 （2)计算机系统
本设计采用了与MＣS－51系列兼容的AT８9S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强,速度快,有较高的性价比。
控制系统由微机部分、键盘、LＥＤ、I/Ｏ接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。 (３)X-Y工作台的传动方式
为保证一定的传动精度和平稳性,又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。
由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差,从而提高运动平稳性，减小振动。
考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。
图１-１ 系统总体框图
二、机械系统设计
2.1、工作台外形尺寸及重量估算
Ｘ向拖板（上拖板)尺寸：
长?宽?高 14５×160×５0 重量:按重量＝体积×材料比重估算
145?160?50?10?3?7.8?10?2?90N
Y向拖板（下拖板）尺寸: 145?160?50 重量：约90N。
上导轨座（连电机）重量:
(220?140?38?2?155???82)?7.8?10?2?10?3?1.1?10?107(N)
夹具及工件重量：约150Ｎ 。
X-Y工作台运动部分的总重量：约２87N。
2.2、滚动导轨的参数确定
⑴、导轨型式:圆形截面滚珠导轨 ⑵、导轨长度 ①上导轨（Ｘ向）
取动导轨长度 lB?100 动导轨行程 l?55 支承导轨长度 L?lB?l?155 ②下导轨（Y向）
l?50 lB?100 L?150
选择导轨的型号：ＧTA1６ ⑶、直线滚动轴承的选型 ①上导轨
GX?240(N)
②下导轨
GY?287(N)
由于本系统负载相对较小,查表后得出LM10ＵUOP型直线滚动轴承的额定动载荷为370Ｎ，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16ＵUOP型直线滚动轴承。并采用双排两列４个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。
⑷、滚动导轨刚度及预紧方法
当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化,受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时,两端滚动体受力相等，工作台保持水平;当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等,变形不一致,使工作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形,会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形）,影响导轨的精度。
2.3、滚珠丝杠的设计计算
滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计算。
⑴、最大动负载Q的计算
Q?3Lf?fHP
查表得系数f??1,fH?1,寿命值
L?60nT 106查表得使用寿命时间Ｔ=１５０００h，初选丝杠螺距t=4mｍ,得丝杠转速
n?1000Vmax1000?1??250(r/min) t460?250?15000?225
106所以 L?X向丝杠牵引力
Px?1.414f当Gx (f当——当量摩擦系数)
?1.414?0.01?240?3.39(N)
Y向丝杠牵引力
Py?1.414f当Gy?1.414?0.01?287?4.06(N)所以最大动负荷
X向 Qx?3
225?1?1?3.39?20.6(N)
3Y向 Qy?225?1?1?4.06?24.7(N)
查表,取滚珠丝杠公称直径 d0?10mm，选用滚珠丝杠螺母副 的型号为 SFK1００４,其额定动载荷为39０N,足够用。 ⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算
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