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)
第一章绪论
目的和意义
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、标准以及编写文件等资料的能力。
在本设计中着重介绍了如何对X-Y工作台进行设计，对导轨、丝杠、电机、选用和数控控制电路的设计和其控制程序的编制等方面进行了深入的分析。
X-Y国内外现状
当今世界技术迅速，微处理器、微型机在各技术领域得到了广泛，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。
本设计的任务和主要内容
1.3.1设计的任务
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 =15 mm；
（2）立铣刀齿数Z=3；
（3）最大铣削宽度a e=15 mm；
（4）最大铣削深度a p=8 mm；
（5）加工材料为碳素钢或有色金属；
（6）X、Y方向的脉冲当量δx = δy = 0.005mm/脉冲；
（7）X、Y方向的定位精度均为± 0.01 mm；
（8）工作台面尺寸为230 mm×230 mm，
加工范围为250 mm×250 mm；
（9）工作台空载最快移动速度v xmax = v ymax = 3000 mm/min；
（10）工作台进给最快移动速度v xmaxf = v ymaxf = 400 mm/min。
1.3.2设计的内容
本课题拟设计一个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。
第二章总体方案的确定
总体方案
2.1.1、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。
2.1.2、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。
2.1.3、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。
机械传动部件的选择
2.2.1 导轨副的选用
所设计的数控车床工作台，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。
2.2.2 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，需要满足冲当量和01.0 mm 的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到要求，滚珠丝杠副的传动精度高、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。
2.2.3 减速装置的选用
选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，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。
2.2.4 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。
2.2.5 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。
第三章 机械传动部件的计算与选型
导轨上移动部件的重量估算
按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N 。
铣削力的计算
设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为：
0.850.750.73 1.00.13c e z p 118a f d a n Z F -= (3-1)
今选择铣刀的直径为d=15mm ，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度为
e a 15mm =，背吃刀量p a =8mm ，每齿进给量z
f 0.1mm =，铣刀转速n 300r/min =。则由式（3-1）求的最大铣削力：
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表查得，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：
f c F 1.1F 1408N =≈,e c F 0.38F 486N =≈，fn c F 0.25F 320N =≈。图3-4a 为卧铣情况，现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力
z e F F 486N ==，受到水平方向的铣削力分别为
f F 和fn F 。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x f F F 1408N ==，径向铣削力为y fn F F 320N ==。
直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）
3.3.1 块承受工作载荷
max F 的计算及导轨型号的选取
工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：
max G F F 4
=+ (3-2) 其中，移动部件重量Ｇ＝800N ，外加载荷
z F=F 486N =，代入式（3-2），得最大工作载荷max F =686N=。
查表根据工作载荷max F =，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的
JSA-LG15型，其额定动载荷a C 7.94kN =，额定静载荷0a C 9.5kN =。
任务书规定加工范围为200×150㎜，考虑工作行程应留有一定余量，查表选取导轨的长度为520mm 。
3.3.2 距离额定寿命L 的计算
上述所取的KL 系列JSA-LG25系列导轨副的滚道硬度为60HRC ，工作温度不超过100C ，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。分别取硬度系数f H =，温度系数f T =，接触系数f c =，精度系数f R =，载荷系数f w =，得距离寿命： L=Km F C f f f f f a w r c t h 562550)(3max
≈⨯⨯⨯⨯⨯ 远大于期望值50Km ，故距离额定寿命满足要求。
滚珠丝杠螺母副的计算与选型
3.4.1 最大工作载荷Fm 的计算
如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）
Fx=1408N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=320N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=486N.
已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=，滚动导轨上的摩擦系数
μ=。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：Fm=KFx+μ(Fz+Fy+G)=[⨯+⨯(486+320+800)]N
≈1557N
3.4.2 最大动工作载荷FQ的计算
设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=80r/min。
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106r）。
查表，取载荷系数fw=,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=,求得最大动载荷：
F Q =N
F
f
f
L
m
H
w
7773 3
≈
3.4.3 初选型号
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈*1系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于FQ，满足要求。
3.4.4 传动效率η的计算
将公称直径d0=20mm,导程Ph=5mm,代入λ=arctan[Ph/(∏d0)]，得丝杠螺旋升角λ=4°33′。将摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得传动效率η=%。
3.4.5 刚度的验算
(1) X-Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为a=500mm ；钢的弹性模量E=х105Mpa;查表得滚珠直径D w =3.175mm ，
丝杠底径d 2=16.2mm,丝杠截面积S=22d π/4=206.12m 2m 。
忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm 作用下产生的拉/压变形量51/()[1557500/(2.110206.12)]m F a ES δ==⨯⨯⨯mm=0.0180mm.。
(1) 根据公式0(/)3W Z d D π=-，求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为
单螺母，滚珠的圈数⨯列数为3⨯1，代入公式
Z ∑=Z ⨯圈数⨯列数，得滚珠总数量Z ∑=60。丝杠预紧时，取轴向预紧力YJ m F F =/3=519N 。则由式（3-27），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量20.0024δ≈mm 。
因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取2δ=0.0012mm 。
(1) 将以上算出的1δ和2δ代入12δδδ=+总，求得丝杠总变形量（对应跨度500mm ）δ总=0.0192mm=m μ
本例中，丝杠的有效行程为330mm ，由表知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm 时，行程偏差允许达到25m μ，可见丝杠刚度足够。
4.4.6 压杆稳定性校核
根据公式（3-28）计算失稳时的临界载荷F K 。取支承系数k f =1；由丝杠底径d 2=16.2mm 求得截面惯性矩42/64I d π=≈4mm ；压杆稳定安全系数K 取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a 取最大值500mm 。代入式（3-28），得临界载荷F K =1557N ，故丝杠不会失稳。
综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。
第四章 SolidWorks制图
SolidWorks介绍
SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes ）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。
Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows 风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。
SolidWorks的主要模块
零件建模：
★SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。
★通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。
★三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。
曲面建模：
通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。钣金设计：
SolidWorks 提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。用户化SolidWorks 的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C++，以及其他支持OLE的开发程序。
帮助文件：
SolidWork 配有一套强大的、基于HTML的全中文的帮助文件系统。包括超级文本链接、动画示教、在线教程、以及设计向导和术语。
SolidWorks制图
4.2.1 导轨底座
1．选择打开新建选择零件选项。
2．前视基准面。
3．在前视基准面用直线画出一个轮廓，如下：
图4-1 导轨底座草图
4．选择并标注所需得尺寸。
5．接着画螺纹孔，首先画一个定深的孔，再用画出所需的螺纹孔。6．用中的线性阵列在另一个面上画出所需得螺纹孔。
图4-2 导轨底座
4.2.2导轨
1打开新建选择零件选项。
2选择前视基准面。
3在前视基准面用直线画出一个轮廓，如下：
图4-3导轨草图
4选择并标注所需得尺寸。
5接下来画螺纹孔，得面上先画一个定深孔，再用中的线性阵列画出所需的画螺纹孔。
图4-4 导轨
4.2.3导轨副
1打开新建选择零件选项。
2选择前视基准面。
3在前视基准面用直线画出一个轮廓，如下：
图4-5 导轨副草图
4选择并标注所需得尺寸。
5在侧面画出一个所要尺寸得长方形。
6选择并标注所需得尺寸。
7在新画出的面上画出一个螺纹孔再用中的线性阵列画出另一个螺纹孔。
8再用再另一个面上画出另两个螺纹孔。
图4-6 导轨副
4.2.4丝杠
1打开新建选择零件选项。
2选择前视基准面。
3在前视基准面画出画出一个所需尺寸的圆。
4选择并标注所需得尺寸。
5在地面画一个与圆柱底面一样大小地圆。
6在选择螺旋线/涡状线选项，并选择合适尺寸。
7在地面画一个等腰梯形让底边中点与螺旋线起点的关系为贯穿。8再插入中选择切除再选择扫描。
9再补全所需得部分即可。
图4-7 丝杠
4.2.5丝杠螺母
1打开新建选择零件选项。
2选择前视基准面。
3在前视基准面画出画出一个所需尺寸的圆。
4选择并标注所需得尺寸。
5在新画出的圆柱一个底面上画出一个所需尺寸的圆。
6选择并标注所需得尺寸。
7在圆柱底面上画上一个所需尺寸得圆并选择，选择两次拉伸的长度即可。
8在大圆柱地面上打上一个螺纹孔，然后再选中的圆周阵列即可得出所需的螺纹孔。
学科门类：单位代码： 毕业设计说明书（论文） 数控车床XY轴工作台和控制系统设计 学生姓名 所学专业 班级 学号 指导教师 XXXXXXXXX系 二○**年X X月
摘要 (1) 前言 (2) 一、毕业设计的目的、意义 (4) 二、毕业设计的内容 (4) （一）毕业设计题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。 (4) 三、数控系统总体方案的确定 (4) （一）系统运动方式的确定 (4) （二）伺服系统的选择 (4) （三）计算机系统的选择 (5) （四）X—Y工作台的传动方式 (5) 四、机械部分设计 (5) （一）确定系统脉冲当量 (5) （二）工作台外形尺寸及重量初步估算 (6) （三）滚动导轨副的计算、选择 (7) （四）滚珠丝杠计算、选择 (8) （五）齿轮计算、设计 (11) （六）步进电机惯性负载的计算 (12) （七）步进电机的选用 (13) 五、数控系统硬件电路设计 (15) （一）数控系统的硬件电路由以下几部分组成： (15) （二）主控制器ＣＰＵ的选择 (15) （三）存储器扩展电路设计 (15) （四）步进电机驱动电路设计 (16) （五）其它辅助电路设计 (17) 六、系统控制软件的设计 (18) （一）系统控制软件的主要内容 (18) （二）系统控制功能分析 (18) （三）系统管理程序控制 (19) （四）自动加工程序设计 (19) 结束语 (20) 参考资料 (21)
我设计的是车床XY轴工作台和控制系统，采用单片机控制步进电动机驱动工作台。首先确定设计的总体方案，然后对车床的机械部分进行设计，其中包括工作台、滚动导轨、滚珠丝杠、步进电动机的设计和选用，最后对数控系统硬件和软件设计。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。关键词： 数控车床 XY工作台控制系统
长春工业大学 课程设计说明书 课程设计名称《机械制造装备设计》课程设计专业机械制造及自动化 班级100104班 学生姓名闫迪 指导教师姜振海 2013年12月12
目录 1前言 (1) 1.1设计任务 (1) 1.1.1主要技术参数 (1) 1.1.2工艺要求 (1) 1.2设计内容 (1) 1.2.1运动设计 (1) 1.2.2动力计算 (1) 1.2.3绘制图纸 (1) 1.2.4编写设计说明书1份 (1) 2传动方案的拟定及说明 (2) 2.1车床主参数和基本参数 (2) 2.2拟定参数的步骤和方法 (2) 2.2.1主轴级数的拟定 (2) 2.2.2主电机功率——动力参数的确定 (3) 3运动设计 (4) 3.1传动结构式、结构网的选择确定 (4) 3.1.1传动组及各传动组中传动副的数目 (4) 3.1.2传动系统扩大顺序的安排 (5) 3.1.3绘制结构网 (6) 3.1.4转速图的绘制 (6) 3.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (7) 3.2.1齿轮齿数的确定的要求 (7) 3.2.2 变速传动组中齿轮齿数的确定 (8) 3.2.3验算主轴转速误差 (10) 3.2.4绘制主传动系统图 (10) 4传动件的设计 (11) 4.1 带轮的设计 (11)
4.2齿轮模数的估算和计算 (13) 4.2.1确定计算转速 (13) 4.2.2轴和齿轮的传递功率 (14) 4.2.3计算齿轮模数 (14) 4.2.4齿宽的确定 (15) 4.2.5各轴间中心距的确定 (16) 4.3传动轴直径的初算 (16) 4.4主轴轴径的确定 (17) 5验算主要零件 (17) 5.1齿轮模数验算 (17) 5.1.1齿面接触疲劳强度计算 (17) 5.1.2齿根弯曲疲劳强度验算 (18) 5.2传动轴刚度的验算 (18) 5.2.1计算轴的平均直径，画出计算简图 (18) 5.2.2计算该轴传递的扭矩 T (18) n 5.2.3求作用在装齿轮处B的力 (18) 5.2.4求作用在装齿轮处C的力 (19) 5.2.5计算装齿轮处的挠度 (19) 5.2.6计算轴承处的倾角 (20) 5.3轴承寿命验算 (22) 6参考文献 (24) 7心得体会 (24)
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)
数控车床XY轴工作台和控制系统设计说明书毕业设计
数控车床XY轴工作台和控制系统设计 摘要 我设计的是车床XY轴工作台和控制系统，采用单片机控制步进电动机驱动工作台。首先确定设计的总体方案，然后对车床的机械部分进行设计，其中包括工作台、滚动导轨、滚珠丝杠、步进电动机的设计和选用，最后对数控系统硬件和软件设计。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。关键词： 数控车床 XY工作台控制系统
前言 一、当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状 在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。 （一）、数控技术的发展趋势。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ,使制造业成为工业化的象征 ,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大 ,他对国计民生的一些重要行业 IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看 ,其主要研究热点有以下几个方面: (1) 高速、高精加工技术及装备的新趋势 (2) 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 (3) 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 （二）、对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于 1958 年 ,近 50 年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年 ,即封闭式发展阶段。在此阶段 ,由于国外的技术封锁和我国的基础条件的制 ,数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期 ,即引进技术 ,消化吸收 ,初步建立起国产化体系阶段。在此阶段 ,由于改革开放和国家的重视 ,以及研究开发环境和国际环境的改善 ,我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间 ,即实施产业化的研究 ,进入市场竞争阶段。纵观我国数控技术近 50 年的发展历程 ,特别是经过 4 个 5 年计划的攻关 ,总体来看取得的成绩还是不小。 （三）、对我国数控技术和产业化发展的战略思考 (1) 战略考虑。我国是制造大国 ,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移 ,所以 ,我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题。首先从社会安全
《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)
《机电一体化》 课程设计(论文) 题目:X-Y数控工作台机电系统设计 学生姓名 专业机械设计制造及其自动化 学号 班级 指导教师 成绩
目录 1.引言： (3) 2.设计任务 (3) 3.总体方案的确定 (3) 3.1机械传动部件的选择 (4) 3.1.1导轨副的选用 (4) 3.1.2丝杠螺母副的选用 (4) 3.1.3减速装置的选用 (4) 3.1.4伺服电动机的选用 (4) 3.1.5检测装置的选用 (4) 3.2 控制系统的设计 (4) 3.3 绘制总体方案图 (5) 4.机械传动部件的计算与选型 (5) 4.1导轨上移动部件的重量估算 (5) 4.2 铣削力的计算 (5) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (6) F的计算及导轨型号的选取 (6) 4.3.1 块承受工作载荷max 4.3.2 距离额定寿命L的计算 (6) 4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6) 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 (7) 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 (7) 4.4.3 初选型号 (7) 4.4.4 传动效率η的计算 (7) 4.4.5 刚度的验算 (7) 4.4.6 压杆稳定性校核 (8) 4.5 步进电动机减速箱的选用 (8) 4.6 步进电动机的计算与选型 (9) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J (9) eq
4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq (9) 4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 (11) 4.6.4 步进电动机的性能校核 (11) 5.增量式旋转编码器的选用 (13) 6. 绘制进给传动系统示意图 (13) 7．控制系统硬件电路设计 (13) 9.致谢 (15) 参考文献 (15)
目录 一、机电专业课程设计目的 (3) 二、总体方案设计 (3) 三、机械系统设计 (4) 1、计工作台外形尺寸及重量估算 (5) 2、电动机滚动导轨的参数确定 (5) 3、滚珠丝杠的设计计算 (6) 4、步进电机的选用 (7) 四、绘制装配图 (9) 五、电气原理图设计 (10) 1、功率单片机的选择 (10) 2、外部程序存储器的扩展 (10) 3、外部数据存储器的扩展 (10) 4、I/O口扩展电路 (11) 5、显示器接口设计 (11) 6、键盘接口电路设计 (11) 7、步进电机的接口电路设计 (11) 8、其他 (11) 六、参考文献 (12)
一、机电专业课程设计目的 本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识； （2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6）绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。 二、总体方案设计 2.1 设计任务 （1）题目：二坐标数控工作台设计。 （2）设计内容及要求： 1）工作台总装图一张（0号图纸） 2）控制电气图一张（1号图纸） 3）设计说明书一份（10-20页） 4）具体设计参数如下： 台面尺寸：140180? 行程X ：140；Y:110 定位精度：mm X 300/013.0± mm Y 300/015.0± 典型工艺参数：台面速度 X: min /0.2m ，Y ：min /0.2m ； 进给抗力 X: 225N ； Y:150N ； 工作物重：8Kg 。 2.2 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受到负载力较小，为了简化结构，降低成本，采用
《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；
X-Y数控工作台设计说明书(最终版) 1 、设计任务 (2) 2、总体方案的确定 (2) 2.1 机械传动部件的选择 (2) 2.2 控制系统的设计 (3) 2.3 绘制系统组成框图 (3) 2.4 绘制机械传动系统简图 (3) 3、机械传动部件的计算与选型 (4) 3.1 脉冲当量的确定 (4) 3.2 导轨上移动部件的重量估算 (4) 3.3 传动部件、导向部件的设计、计算和选用 (4) 3.3.1 铣削力的计算 (4) 3.3.2 直线滚动导轨副的计算与选型 (4) 3.3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (5) 3.4 步进电动机减速箱的选用 (7) 3.5 步进电动机的计算与选型 (7) 3.5.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq (7) 3.5.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (8) eq 3.5.3 步进电动机最大静转矩的选定 (10)
3.5.4 步进电动机的性能校核 (10) 4、控制系统硬件设计 (11) 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： (11) 4.2 数控系统的组成 (11) 4.3 CPU 的选择 (11) 4.4 驱动系统 (12) 4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理 (12) 4.4.2 步进电机驱动电源选用 (13) 4.5 其它辅助电路设计 (14) 5、控制系统的软件设计 (15) 5.1 接口程序初始化 (15) 5.2 步进电机驱动程序 (15) 5.2.1 电机的控制电路原理及控制字 (15) 5.2.2 电机正反转及转速控制程序 (15) 5.3 圆弧插补程序的设计 (17) 5.3.1 逐点比较法 (17) 5.3.2 程序设计 (17) 参考文献 (20) 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：设计最大铣刀
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与零部件选型的依据,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。 步进电动机 减速器 滚珠丝杠 步进电动机 减速器 工作台 滚珠丝杠 X 方向传动机构 Y 方向传动机构 微型机 机电接口 驱动电路 人机接口 系统总体方案结构框图
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 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 《机电一体化系统设计》课程课外学分项目名称X-Y数控工作台项目组成员成绩机械工程学院机械电子工程系二零一六年X月目录 1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系统的运动方式与伺服系统 1 1.2.2计算机系统 1 1.2.3X-Y工作台的传动方式 1 2机械系统设计 2 2.1工作台外形尺寸及重量估算 2 2.2滚动导轨的参数确定 2 2.2.1导轨型式 2 2.2.2导轨长度 2 2.2.3直线滚动轴承的选型 2 2.2.4滚动导轨刚度及预紧方法 3 2.3滚珠丝杠的设计计算 3 2.3.1最大动负载Q的计算 3 2.3.2滚珠丝杠螺母副几何参数计算 4 2.3.3传动效率计算4 2.3.4刚度验算 4 2.4步进电机的选用 5 2.4.1步进电机的步距角 5 2.4.2步进电机启动力矩的计算 5 2.4.3步进电机的最高工作频率 6 2.5确定齿轮传动比 6 2.6确定齿轮模数及有关尺寸 6 2.7步进电机惯性负载的计算 7 3控制系统硬件设计 9 3.1CPU板 9 3.1.1CPU的选择 9 3.1.2CPU接口设计 9 3.2驱动系统 10 3.2.1步进电机驱动电路和工作原理 10 3.2.2电磁铁驱动电路 11 3.2.3电源设计 12 4控制系统软件设计 13 4.1总体方案 13 4.2主流程图 13 4.3X轴电机点动正转程序流程图 14 4.4步进电机步进一步程序流程图 15 参考文献 16 1总体方案设计 1.1设计任务设计
X-Y数控工作台设计说明书[1]
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
武汉纺织大学机电工程院 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 机电一体化课程设计说明 书
摘要 模块化的小幅面平板式单坐标画笔驱动系统，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠副，以及伺服电动机等部件组成。其外观形式如图1-1所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，通过直齿圆柱齿轮的减速传动，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台仔导轨上运动，完成工作台在X方向的直线移动，调动画笔的高度从而实现直线的生成。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，也可以设计专门的微机控 1 机电一体化方向专业课程设计任务书 2 总体方案设计 2.1 设计任务 设计一个数控X-Y小幅面平板式绘图仪，该用于图纸幅面A5以下的图形绘制，重复定位精度为±0.5mm。 设计参数如下： 台面尺寸C×B×H＝210mm×148mm×10mm； 底座外形尺寸C1×B1×H1＝430mm×160mm×20mm； 最大长度L=500mm； 工作台加工范围X=210mm，Y=148mm； 工作台最大快移速度为1m/min。 2.2 总体方案确定 2.2.1 系统的运动方式与伺服系统 由于绘图移动的过程中，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。并选用MCS-51系列的ATR89C52作开环控制，与CPU、程序存储器、数据存储器、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．选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用组成完整的控制系统，X、Y两工作位元件拟采用相同的型号与规格。
目录 一、设计目的 (2) 二、设计任务 (2) 三．总体方案的确定 (3) 1、机械传动部件的选择......................................................................... . (3) (1)丝杠螺母副的选用 (3) (2)导轨副的选用 (3) (3)伺服电动机的选用 (4) 2、控制系统的设计 (4) 3、绘制总体方案图 (4) 四、机械传动部件的计算与选型 (5) 1、导轨上移动部件的重量估算 (5) 2、铣削力的计算 (5) 五、步进电动机的计算与选型 (8) 1、传动计算 (8) 2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq (9) 3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq (10) 4、步进电动机最大静转矩的选定 (11) 六、直线滚动导轨副的计算与选型 (13) 1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (13) 2、距离额定寿命L的计算 (13) 七、绘制进给传动系统示意图 (14) 八、控制系统硬件电路设计 (14)
九、步进电动机的驱动电源选用 (17) 结束语 (18) 参考文献 (20) 一、设计目的 《数控机床》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，掌握常用伺服电机得工作原理、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
数控机床课程设计说明书 设计课题：X-Y数控工作台设计 院别： 专业班级： 学号： 姓名： 指导老师：
................................................................................ I I 摘要 (1) 一前言 (2) 二设计任务 (2) 三设计主要步骤 （一）确定设计总体方案 (2) 1、初拟机械传动部件方案： (2) 2、方案对比分析： (3) 3、最终方案： (4) （二）机械传动部件的计算与选型 (4) 1 导轨上移动部件的重量估算。 (4) 2 计算切削力 (4) 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (6) 4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (12) 5 滑动导轨的设计计算 (18) 6 其余部件的选取 (20) (24) 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献
21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，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。 关键字：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机
Abstract Since the 21st century, the human economy has developed high speed, the people live have had the change which changes with each new day, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops. key words: Cross table Ball screw Rolling guide Stepper motor
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
专业课课程设计设计说明书 设计题目：数控X-Y工作台设计 学生：洪炎丰 学号： 200611411208 班级：机制1062 指导教师：张健、李伟洪 广东海洋大学工程学院机械系 2010年 2 月 28 日 目录 序言 (3) 摘要 (4) 设计目的 (4) 设计要求 (4)
总体方案设计 (5) 机械系统设计计算 (6) 1、确定脉冲当量 (6) 2、确定传动比 (6) 3、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (7) 4、步进电动机的选型和计算 (11) 5、导轨的选型和计算 (13) 6、启动矩频特性校核 (14) 控制系统设计 (18) 第一节控制系统硬件的基本组成……………………………………………… 18
第二节步进电机控制电路………………………………………………………… 18 步进电机控制程序设计 (20) 其它电路辅助设计 (24) 设计总结 (24) 参考文献 (25) 序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。
目录 1 数控工作台文献综述 (1) 1.1 数控工作台当前发展现状 (1) 1.2 数控工作台组成 (1) 1.3 高精密数控工作台 (1) 2 总体设计 (4) 3 详细设计计算 (6) 3．1机械传方案的确定 (6) 3．2机械传动系统刚度和固有频率的计算 (10) 3．3传动系统的动力学计算及电机选择 (13) 4 机械系统的结构设计 (17) 4．1非标件的三维造型设计过程 (17) 4．2XY二维工作台的装配过程 (26) 4．3运动仿真及零部件分析 (28) 5 控制系统电气原理图的设计 (34) 6 结束语 (36) 7 参考文献 (37)
1 数控工作台文献综述 1.1 数控工作台当前发展现状 数控工作台的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。]1[ 从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要有以下几个方面:(1)高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm ,精密级加工中心则从3~5 μm，提高到1~1.5μm并且超精密加工精度已开始进入纳米级0.1μm。为了实现高速、高精加工，与这配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 (2) 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。(3) 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。]2[ 1.2 数控工作台组成 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。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠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以标准化，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，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用 的微机控制系统。 1.3 高精密数控工作台