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PAGE 机电一体化系统设计 课程设计报告 设计题目： CNC二维工作平台的设计 学 院： 机电工程学院 姓 名： 福利 学 号： XXXXXXXXXXXX 指导老师： XXXX XXX XXX XXXX 时 间： 2016年9月2日 目录 一、总体方案设计………………………………………………………1 1.1、设计任务………………………………………………………1 1.2、总体方案确定…………………………………………………1 二、工作台的尺寸及其重量的初步确定………………………………4 2.1、 工作台（X向托板）…………………………………………4 2.2、 工作台（Y向托板）…………………………………………4 2.3、上导轨座（连电机）重量……………………………………4 三、滚动导轨的计算与选择……………………………………………5 3.1、滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取……………5 3.2、导轨的寿命计算………………………………………………5 3.3、导轨额定动负载的核算………………………………………6 四、滚珠丝杠的设计计算及选择………………………………………6 4.1、滚珠丝杠最大工作载荷的计算…………………………6 4.2、滚珠丝杠静载荷的计算……………………………………7 4.3、滚珠丝杠动载荷的计算……………………………………7 4.4、丝杠型号的确定………………………………………………8 4.5、丝杠压杆稳定性核算…………………………………………8 4.6、丝杠刚度的验算………………………………………………9 五、电机的计算与选择…………………………………………………10 5.1、电机步距角的计算……………………………………………10 5.2、负载惯量的计算………………………………………………10 5.3、负载转矩的计算………………………………………………11 5.4、步进电动机最大静转矩的计算……………………………… 六、联轴器的选择………………………………………………………14 6.1、联轴器的介绍…………………………………………………14 6.2、联轴器的选择………………………………………………14 七、轴承的选择…………………………………………………………15 八、控制系统硬件设计…………………………………………………15 九、控制系统的设计……………………………………………………21 十、参考文献……………………………………………………………28 一、设计任务 设计一个用于在水平面内（XOY平面）进行切割的CNC二维工作平台。切割刀位于Y方向工作台上面，其受力点（X、Y方向的轴向载荷）到Y方向丝杠轴心线的距离为100mm。 XY方向行程： 500×300mm X丝杠转速n1： 120r/min Y丝杠转速n1： 120r/min 理论定位精度δ： 20μm X方向轴向载荷F1： 3500N Y方向轴向载荷F1： 2500N X方向工作台滑板及组件重量： 700N Y方向工作台滑板及组件重量： 400N 二、总体方案设计 2.1、设计思路 该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。 考虑在满足设计要求的前提下，应尽可能采用简洁轻便的结构设计和廉价实用的可选材料，符合绿色环保的现代机械设计理念，由此来确定最终方案。 因X向和Y向机械结构基本相同，故只绘制X向机械系统部分的结构简图，如下 2.2、方案设计 2.2.1 螺旋传动机构设计 CNC二维工作平台传动方案有两类： 传动方案可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动两种： （1）滑动丝杠螺母机构（滑动螺旋传动） 滑动丝杠螺母机构具有结构简单，运动平稳，传动精度高，螺纹导程小，降速比大，牵引力大等优点。其缺点是摩擦阻力大，传动效率低，螺纹中有侧向间隙，故反向有空行程。由于动静摩擦差别大，低速时可能出现爬行现象。 （2）滚珠丝杠螺母机构（滚动螺旋传动） 滚珠丝杠就是在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间充满滚珠。这些滚珠作为中间传动件，在螺母闭合的回路中循环滚动，使丝杠螺母副的运动由滑动变成滚动，以减小摩擦。滚珠丝杠的传动效率很高，当双螺母预紧后，轴向刚度好，传动副爬行小，具有较高的定位精度，启动转矩小，传动灵敏，同步性好。其缺点是结构复杂，制造较困难，价格昂贵，以及不能自锁。 根据CNC二维工作平台的要求，参看两种传动的特点，对于卧式CNC我们设计选择滚珠丝杠螺母传动。由于