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。
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

mm 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。
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。
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。
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。

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。

3.2 控制系统的设计

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。
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。
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，与步进电动机配套使用。