《机电一体化》
课程设计
数控立式铳床XY工作台机电系统设计
院系:汽车学院
专业:机械设计制造及其自动化
班级:机电一班
组长:雷博文
组
员
：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成
指导教
师：蒋强
目录
一、设计目的 (3)
二、设计任务 (3)
三．总体方案的确定 (4)
1、机械传动部件的选择..................................... ••:•. (3)
(1) 导轨副的选用 (4)
(2) 伺服电动机的选用 (4)
(3) 工作台的选用 (4)
2、................................................................. 控制系统的设计.. (4)
3、................................................................. 绘制总体方案图.. (5)
四、.......................................... 直线伺服电机的计算与选型5
1、.............................................. 导轨上移动部件的重量4
2、...................................................... 铣削力的计算4
3、........................................................ 载荷的计算7
4、............................................................ 初选型号
7
5、............................................ 直线伺服电机可用性验算8
五、........................................... 直线滚动导轨副的计算与选型
8
1、直线滚动导轨选择理由 (8)
2、直线导轨额定寿命L 的计算和选型 (10)
3、光栅尺的选择 (11)
4、工作台的选型 (12)
六、PLC选型 (13)
七、....................................................... 伺服放大器选型
18
八、控制系统硬件电路设计 (20)
结束语 (21)
参考文献 (22)
一、设计目的
课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：
1) 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。
2) 通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件得工作原理、设计计算方法及选用原则。
3) 通过伺服系统得设计，掌握常用PLC及电机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
4) 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。
5) 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
二、设计任务任务：设计一种供立式数控铣床使用的数控工作台。
主要参数如下：
1) 立铣刀最大直径d=30mm；
2) 立铣刀齿数Z=4；
3) 最大铣削宽度a e 18mm ；
4) 最大背吃刀量 a p 10mm ；
5) 加工材料为碳素钢；
6) X、丫方向的脉冲当量x y0.005mm/脉冲;
7)X、Y方向的定位精度均为O.Smm；
8) 工作台尺寸280mmX280mm工范围为300mmX300mm
9) 工作台空载最快移动速度v x v y 2000mm/ min ；
10) 工作台进给最快移动速度v xmaxf v ymaxf 200 mm / min ；
11) 移动部件总重量为900N；
12) 每齿进给量 f z 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。
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
0.85 0.75 『0.73 1.0 0.1
F C=11&f z d a p n
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a e=18mm背吃刀量a p=10mm,每齿进给量f z=0.1mm铣刀转速
n=500r/min。则由上公式求得最大铣削力：
F c=118e0.85x 0.1 0.75x 30-0.73 X 101.0x 500 0.1 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：F f=1.1F c=1564N F e=0.38
F c=540 N, F fm=0.25 F C =355 N则工作台受到垂直方向的铣削力F z=F e=540N受
到水平方向的铣削力分别为F f和F fn。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F x=F f=1564N径向铣削力F y=F fn=355N L
3. 载荷的计算
(1)最大工作载荷F m的计算
在立铣时，工作台受到进给方向的载荷(与X线平行)F X=1564N,受到横向的载荷(与丫轴线垂直)F y =355N,受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直) F z =540M
已知移动部件总质量3900N按矩形导轨进行计算，由《金属切屑机床》
126页公式17-5得：
Fm二KFx+(Fz+Fy+G)二[1.1 1564+0.005 (540+355+900)]N 1730N
取摩擦系数卩=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F Q的计算
工作台空载最快移动速度V V y 2000mm/mi n
空载是移动部件的总质量为900N,取静摩擦系数卩0=0.01
假定在0.1mm内要加速到最大移动速度，有公式:
F・S=mgi - s+1/2m v
F Q =F+mgi 0
推算出：F Q=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-2SS直线电机，最大推力为2400M 冷却方式为：自冷。
(2)次级侧(磁体)长度选择
工作台尺寸280mmX280m加工范围为300mmX300mm
初级侧长度=406mm
根据，
次级侧总长》300+406=706mm
查表4-1，次级侧长度选择300+480mm=780mm
（3）电机最终选择
由以上数据，最终选型：三菱LM-U2P2C-60M-2SS直线电机，次级侧长度为780mm 5. 电机可用性验算
查三菱电机使用说明书，LM-U2P2C-60M-2SS直线电机输出效率为97% 最大载荷为Fm=1730N，
则电机最大额定载荷为Fm/97%=1783N，所选的电机最大推力为2400，符合要求。
五、直线滚动导轨副的计算与选型
1 、直线滚动导轨的选取理由滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力。
考虑到滚动直线导轨的诸多优点如下：
1动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。
2. 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。
3. 与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。
4. 适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。
5. 能实现高定位精度和重复定位精度。
6. 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。
7. 成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件(导轨安装面)
的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。
8导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比
平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。
2、距离额定寿命L的计算和选型
工作寿命为5年，一年365天，每天工作8小时，因此得到小时额定工作寿命L h 14400h
由公式L h丄2 ，从而得到L 2LhnS360
2nS 60 103
式中：L h为小时额定工作寿命。
n为移动件每分钟往复次数6
S为移动件行程长度，取300
代入数据得：L=2500km.
由公式L=50(C a fff C )3、
F k f w
每个滑块的工作载荷
去硬度系数f H=0.53 f T=1 f C=0.81 f w=2
带入以上数据可得C a=5000N
选取导轨型号GGB25AA额定载荷为20.7KN大于5KN可以满足C a的要求
表5.1
查表5.1，得H=42mm W=31m 导轨长度选
800mm
fit
用说明:当鼠tS 移至以下恵植中須部分』箭头令夷成“曲•，这时按宦古證”即可上T 移刃惡蛰”恵看祈有內客・
3、光栅尺的选择
由设计任务书可知加工范围为 300mmX300mn 定位精度均为。・。1口 m 。所以本设 计我们采用威海三丰电子有限公司的光栅尺(型号： ST741A 具体参数如下 1、 测量范围：50mm~15000mm 2、 测量准确度：+-6um/m~10um/m
3、 测量基准：光栅周期20u m 的光栅玻璃尺
4、 光学测量系统：透射式红外线光测量系统，红外线波长 880mm
5、 反应速度：60m/mi n(0.005mm)25m/mi n(0.001mm)
6、 读数头滑动系统：垂直式五轴承
单垃；“m
40 5 J0
01)
：0
ME
50
趴运杭
79.5
96.5
M5.2
TO
40
60 Wfi SA
檢度s 収
6. J7
KOO
11 R
liB
17 7
20. T
ZT. 6
(KN)
6.8 (N m
〕
55 5 =5 b
92 4
32 4
lZJ.t 14?.e
24V E 31J. J 96Q
Nl. B
:転e
244 8
Jll. 3
EGO
Of.mj
88 8
402
b«lb
T45.2
卩
常块尺寸
油悴尺寸
导轲尺寸
型°
E J H L
dXDXh
4一5灯.
15 5 5 3
Bxg. 5X3.5 GtztILDAAL 閒贯WAA
70
7X11^9
G<®25A A L
9胸”汪览
Gt^SJAJJ-
尺
7C 6b
9000
30D0
7、输出讯号：TTL/EIA-422-A
&讯号传达周期：20um 9、讯号线长度：3mm~20mm
10、供应电压：DC5V+-5%
这个型号光栅尺满足本设计所需的加工范围和测量精度。
4、工作台的选型
根据最大切屑力需要选用M8的螺钉，然后查《机电一体化设计手册》根据(GB/T 158-1996)选工作台T型槽尺寸如下
深度H=20mm
槽底宽度B=18mm
槽宽A=10mm C==8mm
槽数=7间距=40mm
表5.2
所以工作台厚度选25mm 六、PLC选型
（1）输入输出点的估算:
输入点：操作开关（2个）、限位开关（4个）、位移（2个）、电位器（2个）
输出
点：
电机（4个）继电器、指示灯、晶闸管触发信号、计算机接口、数字
（2）估算存储量：在1.5KB到4KB之间，可选着4KB规格的存储器
Fx1s系列考虑成本和安装空间
人机界面GOTIOOO（GT11/GT15）GOT900（GOT-F900/GOT-A900）
连接计算机用得转换器：FX-USB-AW USB用
输入扩展：FX1N-4EX-BD 输入扩展板（DC24V 4点）
基本单元：型号：FX1s-30MR（AC电源）（输入16点，输出14点（继电器））外形尺寸：W*H*D（mm） 100x90x75 0.45kg
IP仃基本单元（AC电源-DCIft入型）
At电趣讪算入型的JEA卽元有4种0个机型卜内SOVRSS用铁峥电畔Xb
显示模块：FX1 n-5DM
存储器盒：FX1 n-EEPR0M-8L
电压、电流用输入输出设备
模拟量扩展板（A/D、D/A转换）
FX1n-2AD-BD （2 通道）FX1 n-1DA-BD（1 通道）
•樓也量扩展杭SO转换* D掘转换］
高速计数器：FX1s PLC 双相双计数C252
•内器的41码珈舟配
内■閒H计独冷便用恥用fflttAXOWH-XMT.此站砂便用的是恤WiL是甜亡冈*曼匕功袒的计竝陽.禅人兀式“仇杵人砌十需号杠已那fi怙迅町r・
[FXis. FXih. FJQh
FX IFIC.FX SNC PLCJ
伺服电机连接电缆：E-GMH-200CAB
编程工具：MELSFOT GX 系列（顺序编程工具） GX Developer 型号:
SW? D5C-GPPW
GOT 作图软件、定位模块用得软件
MELSOFT GT 系列 型号：SW? D5C-GTD2-CL(GT Designe ⑵
定位模块用的软件 型号：FX-PCS-VPS/WIN 手持式编程器（HPP ） 电源：
I —
规FX IN X
FX2N % FX SU ^ FX INC ^
FX SIUC M
列)
端子排列:
濟用于区J ）■出和CONI
定位控制:
七、伺服放大器选型
设计中X 、Y 向电动机均为三菱
LM-U2P2C-60M-2SS 直线伺服电机，生产厂
FX1S-20M
| * 防|av ］“ ■） 2
［心”叫別、| 艸,%”
一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：X —Y 数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的X —Y 数控工作台，主要参数如下： 1）工作台面尺寸C ×B ×H ＝【200+（班级序号）×5】mm ×【200+（班级序号）×5】mm ×【15+（班级序号）】mm ； 2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝【680+（班级序号）×5】mm ×【680+（班级序号）×5】mm ×【230+（班级序号）×5】mm ； 3）工作台加工范围X=【300+（班级序号）×5】mm ，Y=【300+（班级序号）×5】mm ； 4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲；X 、Y 方向的定位精度均为±0.01mm ； 5）夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg ； 6）工作台空载最快移动速度为3m/min ；工作台进给最快移动速度为0.5m/min 。 7）立铣刀的最大直径d=20mm ； 8）立铣刀齿数Z=3； 9）最大铣削宽度20e a mm =； 10）最大被吃刀量10p a mm =。 1.2 总体方案确定 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 ② 丝杠螺母副的选择 ③ 减速装置的选择 ④ 伺服电动机的选择 （2）控制系统的设计 ① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 ② PLC 控制电机的梯形图编程
XY数控工作台结构 1.3 设计的基本要求 （1）按照机械系统设计的步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。 （2）计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过AutoCAD软件绘制XY数控工作台的总装配图，并绘制AO图纸。 （3）按照电气控制系统的步骤进行设计，完成电机启动、停止、正反转、电动等基本 工作状态控制的硬件连线图，并通过PLC协调控制XY电机运动，绘制相关梯形图。
机电一体化系统综合课程设计课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 设计成员： 指导老师：
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) 1.2.1方案确定思想 (1) 1.2.2 方案对比分析与确定 (2) 1.2.3 总体方案系统组成 (3) 二、机械系统设计 (3) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (3) 2.2 导轨参数确定 (4) 2.3 滚珠丝杆的设计计算 (4) 2.4步进电动机减速箱设计 (5) 2.5 步进电机的选型与计算 (5) 2.6 机械系统结构设计 (7) 三、控制系统硬件设计 (8) 3.1 控制系统硬件组成 (8) 3.2 控制系统硬件选型 (8) 3.3 控制系统硬件接口电路设计 (10) 3.4 驱动系统设计........................................................... 错误!未定义书签。 3.4.1步进电机的驱动电路........................................ 错误!未定义书签。 3.4.2电磁铁驱动电路............................................... 错误!未定义书签。 3.4.3电源转换.......................................................... 错误!未定义书签。 四、控制系统软件................................................................. 错误!未定义书签。 4.1控制系统软件总体方案设计 ...................................... 错误!未定义书签。 4.2主流程设计 ............................................................... 错误!未定义书签。 4.3 INT0中断服务流程 ................................................. 错误!未定义书签。 4.4 INT1中断服务流程图.............................................. 错误!未定义书签。 4.4.3 绘制图弧程序流程图 (20) 4.4.4 步进电机步进一步程序流程图......................... 错误!未定义书签。 五、总结............................................................................... 错误!未定义书签。 六、参考文献 (28)
摘要 X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本，是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。X-Y 数控工作台机电系统设计是利用8031单片机，及2764, 6264存储器及8155芯片等硬件组成，在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。 其基本思想是通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工，每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转，同时通8155将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀，电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。 其工作原理是每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场;由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用。 关键词：步进电机，数控系统
1 绪论 1.1 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状 当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。 工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的X—Y工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例如：可倾回转工作台，它可以实现用于数控机床和加工中心机床上，可利用原机床的两个控制坐标控制转台的回转和倾斜，也可直接利用本转台配套的数控装置与机床联接完成所需的工作循环。它可以完成任意角度的孔、槽、平面类机械加工，以及曲线、凸轮等的加工，并可达到较高的精度。另外也可用于非数控钻、铣、镗类机床上，独立完成等分和不等分的角度分度工作。国外工作台的功能与我国所生产的工作台功能基本相似，但是在其精度方面，国外的一些公司所生产的工作台要略高于我国所生产的工作台。因此我国与国外相比，还是有一定的差距，因此工作台的设计具有重要意义，我们要借助时代的步伐，与时俱进，开拓创新，使我国成为具有领先技术的综合性强国。 1.2数控X-Y工作台设计的意义和目的 本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理是通过MCS-51单片机来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。本设计的X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能保证一定的精度。通过微机控制技术的简单的应用，实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步提高。本设计所设计的X-Y工作台不仅可用于铣床上进行数控铣削加工，而且还能够用于钻床上数控钻削加工，所以其功能远高于传统的普通工作台是新一代机电一体化的典型产品。 通过对X-Y工作台的设计，能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；通过对设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；通过设备的数控系统硬件和软件设计，掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准
一、总体方案设计 1.1设计任务 题目： X— Y 数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的X—Y 数控工作台，主要参数如下： 1）工作台面尺寸C×B× H＝【 200+（班级序号）× 5】 mm×【 200+（班级序号）× 5】mm×【 15+（班级序号）】mm； 2）底座外形尺寸C1×B1× H1＝【 680+（班级序号）× 5】mm×【 680+（班级序号）×5】mm×【 230+（班级序号）× 5】 mm； 3）工作台加工范围X=【 300+（班级序号）× 5】mm，Y=【300+（班级序号）× 5】mm； 4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲； X、 Y 方向的定位精度均为± 0.01mm； 5）夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg； 6）工作台空载最快移动速度为3m/min；工作台进给最快移动速度为0.5m/min 。 7）立铣刀的最大直径d=20mm； 8）立铣刀齿数Z=3； 9）最大铣削宽度a e20mm ； 10）最大被吃刀量a p10mm 。 1.2总体方案确定 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 ② 丝杠螺母副的选择 ③ 减速装置的选择 ④ 伺服电动机的选择 （2）控制系统的设计 ① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 ② PLC 控制电机的梯形图编程
XY数控工作台结构 Y 方向传动机构 微机 工作台电 型步进电 接 动机减速器 机驱滚珠丝杠口 动 电 人机接口 路 减 步进电速滚器珠 动机X 方向传动机构 丝 杠 系统总体方案结构框图 1.3设计的基本要求 （1）按照机械系统设计的步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。 （2）计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过 AutoCAD软件绘制 XY数控工作台的总装配图，并绘制 AO图纸。 （3）按照电气控制系统的步骤进行设计，完成电机启动、停止、正反转、电动等基本 工作状态控制的硬件连线图，并通过 PLC协调控制 XY电机运动，绘制相关梯形图。
机电一体化系统综合课程设计 X-Y数控工作台设计说明书 学校名称：杭州电子科技大学 设计队员：郑群波周益民朱建伟缪建立指导老师：孔敏张巨勇金成柱 二〇一一年一月
一、总体设计方案 1.导轨副的选用 导轨副的种类： 1)滚柱交叉导轨副是由两根具有V型滚道的导轨、滚子保持架、圆柱滚 子等组成，相互交叉排列的圆柱滚子在经过精密磨削的V型滚道面上作往复运动，可承受各个方向的载荷，实现高精度、平稳的直线运动。 2)特点： 3) 1.滚柱导轨块是一种精密的直线滚动导轨，具有较高的承载能力和较 高的刚性，对反复动作、起动、停止往复运动频率较高情况下可减少整机重量和传动机构及动力费用。 4) 2.滚柱导轨块可获得较高的灵敏度和高性能的平面直线运动。在重载 或变载的情况下，弹性变形较小且能获得平稳的直线运动，没有爬行。 5) 3.滚柱导轨块由于其滚动体--滚柱在滚动时导向好，能自动定心，故 可提高机械的定位精度。 6) 4.滚柱导轨块中的滚柱在基体中循环运动，故采用滚动导轨块，不受 机床床身长度的限制，可根据承载大小及选用规格确定导 7)轨块数量。 8) 5.滚柱导轨块的应用面较广，小规格的可用在模具、仪器等的直线运 动部件上，大规格的则可用于重型机床、精密仪器的平面直线运动，尤其适用于NC、CNC数控机床。 9) 6.滚动摩擦力阻力低，稳定性能好； 10)7.起动摩擦力小，随动性能好； 11)8.接触面积大，弹性变形量小，有效运动体多，易实现高刚性、 高负荷运动；结构设计灵活，安装使用方便。 12)直线滚动导轨副 特点：具有摩擦因数小，不易爬行，便于安装和预紧，结构紧凑等优点，其缺点是抗振性较差，成本较高。直线滚动导轨副有导轨和滑块两部分组成，一般滑块中装有两组滚珠，当滚珠从工作轨道滚到滑块短部时，会经端面挡板和滑块中的返回导轨返回在导轨和滑块之间的滚道内循环滚动。 13)静压导轨副 特点：将具有一定压力的油或气体介质通入导轨的运动件与导向支承件之间，运动件浮在压力油或气体薄膜之上，与导向支承件脱离接触至使摩擦阻力大大降低。运动件受外载荷作用后，介质压力会反馈升高，以支撑外载荷。 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不
1、总体方案设计 1.1 设计任务 课程设计任务：设计两轴联动的数控X-Y运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据实验条件进行调试，完成整个开发系统。 1.2.1 方案确定思想 方案一： 机械部分 传动：滚珠丝杠螺母副 支撑：双推-双推式滑动导轨 控制部分 控制器件：单片机 控制方式：开环控制 伺服电机：步进电动机 优点： 采用滚珠丝杠螺母副，可实现旋转运动与直线运动相互转换，在具有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。优点是摩擦系数小，传动效率高，灵敏度高，传动平稳，不易产生滑行，传动精度和定位精度高；磨损小，使用寿命长，精度保持性好。双推式支撑实现高精度传动，采用单片机控制步进电动机，响应快速而准确。 缺点： 滚珠丝杠螺母副的不足在于制造工艺复杂，成本高，不能自锁，故需附加制动装置。开环控制精度比较低。 方案二： 机械部分 传动：同步带传动 支撑：滑动导轨 控制部分 控制器件：单片机 控制方式：开环控制 伺服电机：直流无刷电机 优点：
同步带传动无相对滑动，传动比准确，传动精度高，齿形带的强度高，厚度小、重量轻，故可用于高速传动；传动比恒定，同步带无需特别涨紧，因而作用于轴和轴承等上的载荷小，传动效率高。单片机控制直流无刷电机，空载电流小，效率高。 缺点： 同步带工作时候有温度要求，安装精度要求较高，中心间距要求较高，有时候需要张紧，安装麻烦。无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。采用开环精度较低。 方案三： 机械部分 传动：齿轮齿条 支撑：直线导轨 控制部分 控制器件：单片机 控制方式：闭环控制 伺服电机：直流无刷电机 优点： 齿轮齿条传动功率大，精度高，稳定性好，响应速度快。单片机控制直流无刷电机，无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。采用开环精度较低。采用闭环控制，精度高。双线导轨稳定。 缺点： 齿轮齿条无自锁，需要外加自锁机构。噪音大，磨损较快。 1.2.2 方案对比分析与确定 综合课程设计要求，精度为0.04mm，最大载荷是500N，相比同步带和齿轮齿条传动，滚珠丝杠传动更符合精度要求，因为丝杠传的动的精度可以达到±0.01mm，而同步带传动时会产生弹性变形，具有一定的蠕变性。齿轮齿条传动精度和滚轴丝杠精度相当，但是安装较麻烦，安装精度要求高。 步进电动机和直流无刷电机相比，步进电动机控制简单，启动稳定，而直流无刷电机控制要求高，成本高，课程设计要求精度未达到微米级别，空载转速要求为1m/min,因此采用低档的步进电动机就能满足要求。 开环控制结构简单控制容易，稳定性好，一般用于轻载变化不大的场合，根据最大载荷500N的要求，可以满足。 综合以上分析，决定选择第一种方案。采用单片机控制步进电动机提供动力，滚轴丝杠传递动力，总体采用开环控制。 1.2.3 总体方案系统组成 机械系统由滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副、步进电机、单列角接触球轴承等组成。控制系统由单片机和计算机等组成。
《机电一体化》 课程设计
数控立式铣床XY工作台机电系统设计 院系：汽车学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机电一班 组长：雷博文 组员：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成 指导教师：蒋强
目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三．总体方案的确定 (4) 1、机械传动部件的选择.......................................................................... . (3) (1) 导轨副的选用 (4) (2) 伺服电动机的选用 (4) (3) 工作台的选用 (4) 2、控制系统的设计 (5) 3、绘制总体方案图 (5) 四、直线伺服电机的计算与选型 (5) 1、导轨上移动部件的重量 (5) 2、铣削力的计算 (5) 3、载荷的计算 (7) 4、初选型号 (7) 5、直线伺服电机可用性验算 (8) 五、直线滚动导轨副的计算与选型 (8) 1、直线滚动导轨选择理由 (8) 2、直线导轨额定寿命L的计算和选型 (10) 3、光栅尺的选择 (11) 4、工作台的选型 (12) 六、PLC选型 (13) 七、伺服放大器选型 (18)
八、控制系统硬件电路设计 (20) 结束语 (21) 参考文献 (22)
一、设计目的 课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的： 1） 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。 2） 通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件得工作原理、设计计算方法及选用原则。 3） 通过伺服系统得设计，掌握常用PLC 及电机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。 4） 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。 5） 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。 二、设计任务 任务：设计一种供立式数控铣床使用的数控工作台。 主要参数如下： 1）立铣刀最大直径d=30mm ； 2）立铣刀齿数Z=4； 3）最大铣削宽度mm a e 18=； 4）最大背吃刀量mm a p 10=； 5）加工材料为碳素钢； 6）X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲；
一、概述 1.1数控机床进给传动系统的特点 数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，不论是点位控制还是轮廓控制，工件的最后坐标精度和轮廓精度都受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性影响。为此，数控机床的进给系统一般具有以下特点。 1）摩擦阻力小 为了提高数控机床进给系统的快速响应性能和运动精度，必须减小运动件数间的摩擦阻力和动、静摩擦力之差。为满足上述要求，在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副；滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。与此同时，各运动部件还考虑有适当的阻尼，以保证系统的稳定性。 2）传动精度和刚度高 进给传动系统的传动精度和刚度，从机械结构方面考虑主要取决于传动间隙和丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支撑结构的精度和刚度。传动间隙主要来自传动齿轮副、蜗轮副、丝杠螺母副及及其支撑部件之间，因此进给传动系统广泛采取施加预紧力或其他消除间隙措施。缩短传动链和在传动链中设置减速装置。加大丝杠直径以及对丝杠螺母副、支承部件、丝杠本身施加预紧力是提高传动刚度的有效措施。 3）运动部件惯量小 运动部件的惯量对伺服机构的启动和制动特性有影响，尤其是处于高速运转的零部件。因此，在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小运动部件的质量、减小旋转零件的直径和质量。以降低其惯量。 1.2设计内容及要求 1.2.1设计立式加工中心工作台（X 轴、Y 轴）进给传动系统 1） 工作台、工件和夹具总质量m=1200kg （所受重力N=12000N ）选取工作台质量0m 800kg = (所受重力0N 8000N =)工作台最大行程600P L mm = 2） 工作台快速进给速度Vmax 2000mm /min = 3） 工作台采用滚动直线导轨，导轨的动、静摩擦系数均为0u 0.1=工作台定位精度20m μ， 重复定位精度为8m μ，机床寿命为20000h （10年） 4） 机床主轴伺服电动机，额定功率 6.5E P kW = 5） 机床采用断面铣刀进行强力切削，铣刀直径125D mm =，主轴转速272/min n r =，切削状况如表所示 表1 立式加工中心切削情况
《机电一体化》 课程设计 X-Y数控工作台机电系统设计院系： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
目录 目录 (1) 前言 (2) 第一章课程设计的目的 (3) 第二章课程设计内容 (4) 第三章数控系统总体方案确定 (4) 第四章机械部分设计 (6) 第五章系统控制软件设计 (14) 第六章结束语 (18) 参考文献 (18) 前言 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 一种经济型数控机床的控制系统，包括机床伺服系统和对该伺服系统进行控制的ＰＬＣ；其特征在于，还包括通过通信接口与ＰＬＣ通信的触摸屏，所述触摸屏包括：数据输入模块，用于输入、修改被控参数的参数值和操作指令，读取触摸屏的操作界面；数据存储模块，用于存储输入、输出数据；数据处理计算模块，用于对输入、输出参数数据进行处理、计算；包括输入信号的编码运算；输出信号的解码运算；数据存储单元，用于存储移位单元传递来的数据；数据检测单元，用于实时检测坐标轴的当前运动状态参数值，包括距离、速度值，以及控制方式参数值；数据比较单元，用于将检测单元检测到的坐标轴当前运动状态参数值、控制方式参数值与触摸屏存储模块的设定值进行比较； X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是：每给一个脉
冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用，本题目设计得到了老师的帮助和支持，最后在此表示感谢。本题目由共分六章，第一章课程设计的目的、意义及要求；第二章课程设计的内容，第三章课程设计总体方案的确定；第四章主要涉及了机械系统设计；第五章主要涉及工作台机械装配图的绘制；第六章主要涉及控制系统软件设计；最后是结束语和参考文献。因本人水平有限，错误和不足之处在所难免，处理问题也有不妥之处，敬请相关老师批评指正。 第一章课程设计的目的、意义及要求 X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。 模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图1所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。 图1 X-Y数控工作台外形 《机电一体化》课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的与要求： 1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪 知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。 2、通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设
毕业设计说明书 题目：X-Y数控工作台机电系统设计---- Y向工作台三维绘图 学院：电气信息系 专业：机电一体化 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2012年6月10日
摘要 目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控铣床系统，其工作台是机床上必不可少的部件，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产率。随着经济的发展，机械行业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和生产率，而且能有效的适应多种品种，小批量的市场需求，使之更有效的发挥经济效益和设计效益。 本课题设计了X-Y数控工作台，该平台由两个一维平台叠加实现，其中一维平台由电机带动滚珠丝杠旋转，从而带动螺母副和工作平台完成直线运动，具体实现时先要确定工作平台的各个参数让其能满足题目的要求，再通过精密计算导轨上移动部件的重量估算、铣削力、直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副等来确定要制作的数控工作平台，最后通过SolidWorks画出设计的工作平台。 本论文的主要设计内容重点是SolidWorks三维建模，根据设计的机械零部件尺寸完成Y方向工作台零件的三维造型，SolidWorks绘图过程中，先画出单个的零部件，其主要通过一些简单的绘图、拉伸、剪切、扫描、阵列等工具进行建模，然后对这些零件进行一系列的装配，主要通过一些面、线的重合、平行、同心等过程进行装配，从而直观清晰的显示出Y方向工作台的内部结构。
关键词X-Y数控工作台直线滚动导轨副SolidWorks 目录 第一章绪论 (5) 、目的和意义 (5) 、国内外现状 (5) 、本设计的主要内容和任务 (6) 第二章总体方案的确定 (7) 总体方案 (7) 机械传动部件的选择 (7) 第三章机械传动部件的计算与选型 (9) 导轨上移动部件的重量估算 (9) 铣削力的计算 (9) 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9) 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (10) 第四章 SolidWorks制图 (15) SolidWorks介绍 (15) SolidWorks制图 (16) 第五章总结与展望 (19) 参考文献 (21) 致谢 (21)
《机电一体化》 课程设计 数控立式铳床XY工作台机电系统设计 院系:汽车学院 专业:机械设计制造及其自动化 班级:机电一班 组长:雷博文 组 员 ：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成
指导教 师：蒋强
二、设计任务 (3) 三、总体方案的确定 (4) 1、机械传动部件的选择...................................... ••:•. (3) (1)导轨副的选用 (4) (2)伺服电动机的选用 (4) (3)工作台的选用 (4) 2、控制系统的设计 (5) 3、绘制总体方案图 (5) 四、.......................................... 直线伺服电机的计算与选型 5 1、导轨上移动部件的重量 (5) 2、铣削力的计算 (5) 3、载荷的计算 (7) 4、初选型号 (7) 5、直线伺服电机可用性验算 (8) 五、.......................................... 直线滚动导轨副的计算与选型8 1、直线滚动导轨选择理由 (8) 2、直线导轨额定寿命L的计算和选型 (10) 3、光栅尺的选择 (11) 4、工作台的选型 (12)
七、伺服放大器选型 (18) 八、控制系统硬件电路设计 (20) 结束语 (21) 参考文献 (22)
一、设计目的 课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的： 1)通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。 2)通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件得工作原理、设计计算方法及选用原则。 3)通过伺服系统得设计，掌握常用PLC及电机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。 4)培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。 5)锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。 二、设计任务 任务：设计一种供立式数控铣床使用的数控工作台。主要参数如下： 1)立铣刀最大直径d=30mm 2)立铣刀齿数Z=4; 3)最大铣削宽度a^l8mm ； 4)最大背吃刀量a p =10mm ； 5)加工材料为碳素钢； 6)X、丫方向的脉冲当量y= 0.005mm/脉冲; 7)X、Y方向的定位精度均为—O.01mm； 8)工作台尺寸280mmX280mm工范围为300mmX300mm
1 、设计任务 (2) 2、总体方案的确定 (3) 2.1机械传动部件的选择 (3) 2.2控制系统的设计 (4) 2.3绘制系统组成框图 (5) 2.4绘制机械传动系统简图 (5) 3、机械传动部件的计算与选型 (5) 3.1脉冲当量的确定 (6) 3.2导轨上移动部件的重量估算 (6) 3.3传动部件、导向部件的设计、计算和选用 (6) 3.3.1铣削力的计算 (6) 3.3.2直线滚动导轨副的计算与选型 (7) 3.3.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7) 3.4步进电动机减速箱的选用 (9) 3.5步进电动机的计算与选型 (10) 3.5.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 J (10) eq 3.5.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 T (11) eq 3.5.3步进电动机最大静转矩的选定 (13) 3.5.4步进电动机的性能校核 (13) 4、控制系统硬件设计 (15) 4.1 根据任务书的要求，设计控制系统的时主要考虑以下功能： (15) 4.2数控系统的组成 (15)
4.3 CPU的选择 (15) 4.4 驱动系统 (16) 4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理 (16) 4.4.2步进电机驱动电源选用 (17) 4.5其它辅助电路设计 (18) 5、控制系统的软件设计 (19) 5.1 接口程序初始化 (20) 5.2 步进电机驱动程序 (20) 5.2.1 电机的控制电路原理及控制字 (20) 5.2.2电机正反转及转速控制程序 (21) 5.3圆弧插补程序的设计 (23) 5.3.1 逐点比较法 (23) 5.3.2 程序设计 (24) 参考文献 (27) 1 、设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统，该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。设计参数如下：
目录 1。课程设计目的 (1) 2。课程设计任务 (1) 2.1设计题目： (1) 2。2技术数据 (1) 2。3技术要求 (1) 3。总体结构设计 (1) 3.1滚珠丝杠设计 (2) 3.2滚珠丝杠副的选取 (3) 3。3稳定性运算 (4) 3。4压杆稳定性计算 (5) 4.滚动导轨 (6) 4。1计算行程长度寿命 Ts (6) 4。2计算动载荷 (6) 5。步进电机的选择 (8) 5.1步距角的确定 (9) 5.2步进电机转矩校核 (10) 5.3频率校核 (12) 6.总结 (12) 7。参考文献 (13)
1。课程设计目的 本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上，进行机电系统设计的初等训练，掌握手册、标准、规范等资料的使用方法，培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础. 2.课程设计任务 2。1设计题目： X—Y双坐标联动数控工作台设计 2。2技术数据 工作台长×宽（mm)：450×310 工作台重量(N)：3300 行程（mm）：ΔX=60－100；ΔY=50－100 脉冲当量:0。05-0。08mm/p 2。3技术要求 (1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构 （2)滚珠丝杠支撑方式：双锥-简支型 （3）驱动电机为反应式步进电机 （4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙 3.总体结构设计 数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示: 实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台，工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联，它上面固定X向导轨，中拖板在下拖板的导轨上横向运动，其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动。X、Y导轨方向互相垂直。。
机电一体化课程设计说明书 目录 一、设计的目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、总体方案的确定 (1) 四、机械传动部件的计算与选型 (3) 五、控制系统设计 (14) 六、总结 (17) 7 七、附录 (1) 一、设计的目的 课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的: 1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。 2、通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式 3培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想4锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力二、设计任务 题目:X—Y数控工作台机电系统设计 任务:设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下: 1)立铣刀最大直径d=20mm; 2)立铣刀齿数Z=4;
3)最大铣削宽度; a,15mme 4)最大背吃刀量; a,12mmp 5)加工材料为碳素钢; 6)X、Y方向的脉冲当量/脉冲; ,,,,0.005mmxy ,0.01mm7)X、Y方向的定位精度均为; 8)工作台尺寸230mmX230mm,加工范围为250mmX250; 9)工作台空载最快移动速度; v,v,2000mm/minxy 10)工作台进给最快移动速度; v,v,300mm/minxmaxfymaxf 11)移动部件总重量为800N; 12)每齿进给量 f,0.1mmz 13)铣刀转速n=300r/min 三、总体方案的确定 1 机械传动部件的选择 1.1导轨副的选用要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.2丝杆螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和的定位精度，滑动滑动丝,0.01mm 杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到。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。 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，为了使机床精度更高决定不使用减速装置，而选择步距角较小的步进电机或用运动控制卡进行细分。
课程设计 题目： X-Y数控工作台机电系统设计专业： 姓名： 学号： 指导教师： 完成时间： 2014-12-18
机电一体化系统设计课程设计任务书1．总体方案 1.1导轨副的选用 1.2 丝杆螺母副的选用 1.3 减速装置的选用 1.4 伺服电动机的选用 1.5 检测装置的选用 2．工作台铣削力的计算 3.直线滚动导轨副的计算与选型 3.1滑块承受工作载荷Fmax的计算与型号选择 3.2距离额定寿命L的计算 4．滚珠丝杆螺母副的计算与选型 4.1最大工作载荷Fm的计算 的计算 4.2最大动载荷F Q 4.3初选丝杆型号 4.4丝杆传动效率η的计算 4.5丝杆刚度的验算 4.6丝杆压杆稳定性的校核 5.步进电机减速箱的选用 6.步进电机的计算与选型 6.1步进电机转轴上加载的总转动惯量Jeq 6.2步进电机转动轴上总的等效负载转矩Teq 6.3步进电机最大静转矩的选择 6.4步进电机性能校核 7.反馈检测装置的选用 8.步进电机驱动器的选用 9.设计总结 参考文献 [1]张建民.《机电一体化系统设计》第三版.高等教育出版社 [2]尹志强.《系统设计课程设计指导书》.机械工业出版社
目录 设计任务 (1) 一. 总体方案的确定 (2) 1. 机械传动部件的选择 (2) 1.1 导轨副的选用 (2) 1.2 丝杠螺母副的选用 (2) 1.3 减速装置的选用 (2) 1.4 伺服电动机的选用 (2) 1.5 检测装置的选用 (2) 二. 控制系统的设计 (3) 三. 绘制总体方案图 (3) 四. 机械传动部件的计算与选型 (3) 1. 导轨上移动部件的重量估算 (3) 2. 铣削力的计算 (3) 3. 直线滚动导轨副的计算与选型 (4) (1). 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (4) (2). 距离额定寿命的计算 (4) 4. 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (4) (1). 最大工作载荷F m的计算 (4) (2). 最大动载荷F Q的计算 (5) (3). 初选型号 (5) (4). 传动效率η的计算 (5) (5). 刚度的验算 (5) 5. 步进电动机减速箱的选用 (7) 6. 步进电机的计算与选型 (7) 7. 增量式旋转编码器的选用 (11) 五. 工作台控制系统的设计 (12) 六. 步进电机驱动电源的使用 (12) 七. 设计总结 (13)
(完整)XY数控工作台设计说明书 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)XY数控工作台设计说明书）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)XY数控工作台设计说明书的全部内容。
一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：X —Y 数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的X —Y 数控工作台，主要参数如下： 1）工作台面尺寸C×B×H ＝【200+（班级序号）×5】mm×【200+（班级序号)×5】mm×【15+（班级序号）】mm ； 2)底座外形尺寸C1×B1×H1＝【680+(班级序号)×5】mm×【680+（班级序号）×5】mm×【230+（班级序号）×5】mm; 3)工作台加工范围X=【300+(班级序号)×5】mm ，Y=【300+（班级序号）×5】mm ； 4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲;X 、Y 方向的定位精度均为±0。01mm ； 5）夹具与工件质量M=【15+（班级序号)】kg ； 6）工作台空载最快移动速度为3m/min ；工作台进给最快移动速度为0.5m/min. 7）立铣刀的最大直径d=20mm ； 8）立铣刀齿数Z=3； 9）最大铣削宽度; 10）最大被吃刀量. 1。2 总体方案确定 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 ② 丝杠螺母副的选择 ③ 减速装置的选择 ④ 伺服电动机的选择 （2）控制系统的设计 ① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制 20e a m m =10p a m m =
设计组号： 1 机电一体化系统综合课程设计 X-Y数控工作台设计说明书 学校名称：杭州电子科技大学 设计组长：金婕 设计队员：谢金花谢艳陈磊陈胜指导教师：吴立群于保华叶凌云 二〇〇七年三月
一、整体方案设计 设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其操纵系统。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±，定位精度为。 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。 整体方案确信 （1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的进程中没有进行切削，故应用点位操纵系统。定位方式采纳增量坐标操纵。为了简化结构，降低本钱，采纳步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。 （2）运算机系统 本设计采纳了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机操纵系统。它的要紧特点是集成度高，靠得住性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 操纵系统由微机部份、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。系统的加工程序和操纵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 为保证必然的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，因此选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和排除间隙，采纳预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采纳有预加载荷的双V形滚珠导轨。采纳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，需采纳齿轮降速传动。 图1-1 系统整体框图
目录 一、设计说明 （一）设计任务 （二）总体方案的确定 （三）系统总体方案设计 二、机械部分设计 （一）脉冲当量的选定 （二）步进电机的选用 （三）计算铣削力 （四）滚珠丝杠副的选用 （五）工作台尺寸确定: （六）滚珠丝杠长度确定 （七）丝杠传动效率计算 （八）丝杠稳定性验算 （九）丝杠刚度验算 （十）计算减速器传动比 （十一）齿轮机构设计 （十二）传动系统是转动惯量计算 （十三）步进电动机负载能力校验 （十四）导轨的选型及计算 三、控制系统电路设计 （一）接口设计 （二）伺服系统设计 （三）步进电机驱动电路设计 （四）运动控制器控制原理 四、控制软件结构设计 （一）直线插补程序 （二）圆弧插补程序 参考文献
一、设计说明 本设计是以PC平台为基础的数控X-Y工作台实验系统，它具有直线插补和圆弧插补等数控系统所使用的常用功能，结构简单，操作方便，控制精度相对较高, 可靠性、稳定性和实用性都很好。 X、Y两方向的运动各由一台步进电机控制。数控系统每发出一个信号，步进电机就走一步，并通过中间传动机构带动两方向的丝杠旋转，分别使得X、Y工作台进给。数控系统由单片机、键盘、变频检测系统构成，具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝自动处理等主要功能。线切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。线切割技术、线切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控线切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。 （一）设计任务: 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统,该工作台可安装在铣床上,用于铣削加工.设计参数如下: 最在铣削直径： 20mm 最在铣削宽度： 8 mm 最大铣削深度： 5 mm 加工材料：碳钢 工作台加工范围： X=250,Y=180 最大移动速度： 3 m/min （二）总体方案的确定 数控X—Y工作台的总体方案设计应考虑以下几点： 1．工作台应具有沿纵向和横向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采用连续控制系统。 2．在保证一定加工性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。因此进给伺服统采用伺服电机开环控制系统。 3．纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们各自由各的伺服电动机、联轴器、丝杠螺母副组成。 4．为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧装置，以提高传动刚度和消除间隙。 5．为减少导轨的摩擦阻力，选用滚动直线导轨。 （三）系统总体方案设计