机械制造装备课程设计项目总结报告题目：工作台面积320×1250mm2 卧式升降台铣床
主传动系统设计
院（系）机电工程学院
专业机械设计制造及其自动化
学生
学号
班号
哈尔滨工业大学机械制造装备课程设计任务书
目录1.项目背景分析
1.1.综合课程设计II的目的
1.2. 金属切削机床在国内外发展趋势
2.研究计划要点与执行情况
2.1. 设计任务
2.2. 进度安排
3.项目关键技术的解决
4.具体研究内容与技术实现
4.1.机床的规格及用途
4.2.运动设计
1.确定极限转速：
2.确定结构网或结构式：
3.绘制转速图：
4.绘制传动系统图
1）确定变速组齿轮传动副的齿数
2）核算主轴转速误差
4.3.动力设计
1.传动件的计算转速
2.传动轴直径初定
3.主轴轴颈直径的确定
4.齿轮模数的初步计算
4.4.结构设计
4.5.零件的验算
1直齿圆柱齿轮的应力计算
2齿轮精度的确定
3传动轴的弯曲刚度验算
4主轴主件静刚度验算
5.存在的问题与分析
6.技术指标分析
参考文献
1.项目背景分析
1.1.综合课程设计II的目的
机床课程设计，是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传送和变速的结构方案中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。
1.2.金属切削机床在国内外发展趋势
机床作为加工的母机，总是要保证和提高加工质量和生产率，随着科技的不断进步，各种机床也相应地不断发展与更新，如性能参数的提高、功能的扩大、切削功率的加大，自动化程度的提高，机床动态性能的不断改善，加工精度的不断提高，基础元件的不断创新，控制系统的更新等等。
我国机床工业的发展趋势：根据机床工具工业局对振兴我国机床工业的设想，要在以后相当长时期内限制和压缩落后机床的生产，要化大力气发展高性能、高效率、高水平的适合国民经济需要的“高档”产品，改善机床品种的构成比。重点发展机、电、仪结合的产品。注意在冲压、电加工、激光、等离子加工中应用数控技术。
国外机床工业的发展，特别讲究机床的精度、效率，讲究机床制造工艺技术水平，试验分析与理论研究。从七十年代以来，国外已普遍推广使用数控机床。日本和美国已建成柔性自动化生产车间和柔性自动化工厂，整个机床制造的技术水平和自动检测控制技术已有大幅度提高。
2.研究计划要点与执行情况
2.1.设计任务
机械制造及其自动化专业的“综合课程设计II”，是以车床和铣床主传动系统设计为内容，每个学生设计参数不同，完成展开图和截面图各一张及相关计算和文件和项目结题报告。
（1）设计内容要求
图纸工作量：画两张图。其中：
开展图（A0）：轴系展开图。其中摩擦离合器、制动和润滑不要求画，但要求掌握；操纵机构只画一个变速手柄。
截面图（A1）：画剖面轴系布置示意图（包括截面外型及尺寸、车床标中心高）。
（2）标注：中心距、配合尺寸、定位尺寸、中心高（车床）、外型尺寸。
（3）标题栏和明细栏
不设明细表，件号采用流水号（1，2，3，…）标注，标准件的标准直接标在图纸上（件号下面）；
标题栏采用标准装配图的标题栏（180×56），其中，图号：KS01（表示：课设01 号图纸）；单位：哈尔滨工业大学；图名：主传动系统装配图。
（4）主轴端部结构要按标准画。
（5）按模板编写《项目总结报告》，相关设计计算内容，写到“具体研究内容与技术实现”项中。要求验算：一对齿轮，小齿轮验算接触弯曲强度，大齿轮验算接触弯曲强度，一根传动轴，主轴按两支撑计算。
2.2.进度安排
一、运动设计
根据给定设备的用途规格、调速范围、极限转速的、公比和功率要求，拟定传动方案，确定传动系统图和转速图。
二、动力设计
根据功率和速度，选择电机型号，确定各传动件计算转速，初算传动件尺寸、绘制装配图草图，验算传动件的应力、刚度、寿命等参数。
三、结构设计
绘制主传动系统展开图和截面图，完成传动件、箱体、操纵机构零部件结构设计。
完成相关技术文档，形成项目总结报告。
3.项目关键技术的解决
减速箱内各级减速比分配、齿轮模数齿数齿宽的选取和机床功率的计算为本次设计的关键内容，解决以上问题可以完成机床基本功能的实现以及机床正常运行的保证。
同时主轴箱内传动件的空间布置是极其重要的问题之一，变速箱内各传动轴的空间布置首先要满足机床总体布局对变速箱的形状和尺寸的限制，还要考虑各轴受力情况，装配调整的操纵维修的方便。其中齿轮的布置与排列是否合理将直接影响主轴箱的尺寸大小、结构实现的可能性以及变速操纵的方便性。主轴传动件的合理布置也很重要。合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善主轴的受力情况，减小主轴变形，提高主轴的抗振性。
4.具体研究内容与技术实现
4.1. 机床的规格及用途
通用机床，加工范围广泛，用于各种圆柱铣刀、盘铣刀、成型铣刀、端铣刀、角度铣刀等来铣削各种斜面、成型表面、沟槽及齿轮、螺旋槽等。参数如下：
4.2. 运动设计
1.确定极限转速：
由已知设计要求，车床的主轴最小转速是,主轴转速级数,公比，故可得出,。
根据已知的公比、最小转速和级数计算最大转速和各级转速，查标准数列得到各级转速分别为：28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900和1250。
2.确定结构网或结构式：
根据传动副“前多后少”的原则，选择主轴转速结构式。根据级数要求，需要有一组重复的转速。故其转速结构式及级比指数为136322Z =??，符合要求。 则系统的结构网如下图：
3.绘制转速图：
1)选定电动机
铣床为一般金属切削机床的驱动，没有特殊性能要求，所以采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列电动机高效、节能、启动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。根据《机床使用设计手册》选择电动机的型号为Y112S-4，同步转速1500r/min，满载转速1440r/min，功率5.5kW。
2)分配总降速传动比
最后扩大组的级比指数为6，同时升速和降速都不能超过极限范围，所以III 轴的最低转速只能为112r/min，根据“前慢后快”的原则II轴的最低转速可以为224r/min或315r/min，选择较低转速虽然可以减小发热和噪声，但这两根轴上的齿轮副模数会略大，所以选择为315r/min。电机转速为1450r/min，II轴的转速定为630r/min,可选出电机传入齿轮传动比。
3)确定传动轴的轴数
变速机构共需要5个轴。
绘制转速图如下：
4.绘制传动系统图
因为零件的参数尚未确定，先根据转速图，按传动副的传动比拟定一个主传动系统草图如下：
1）确定变速组齿轮传动副的齿数可用计算法或查表法选定齿轮的齿数 各个变速组双轴间的齿数和的确定
max min min 11z z S Z u S ≤???? ?
?+=
式中：min u —同一变速组中的最小传动比，第一、二变速组2/1min =u ，第三变速
4/1min =u ；min Z —同一变速组中最小齿轮齿数，20~18min =Z 。
由参考文献【2】表5-1查表选定选定第一变速组的齿数和为72，小齿轮齿
数分别为24、30、36。第二变速组的齿数和为80，小齿轮齿数分别为21、40。第三变速组为避免出现齿轮轴，选择齿数和为115，查表得小齿轮的齿数分别为23和38。
2）核算主轴转速误差
实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不超过()%110-±?，即
()%141.110-±=%1.4。则通过齿轮齿数计算的实际主轴转速误差如下表：
主轴转速误差与规定值之间的比较
4.3. 动力设计
零件的计算，需要知道它们的计算转速n j ,即参与传递全功率的最低转速、传递全扭矩的最高转速。各零件的计算转速可从转速图上按主轴的计算转速确定。
1.传动件的计算转速
计算转速为主轴或传动件传递全部功率时的最低转速，所以各轴的计算转速和齿轮的计算转速分别如下表
2.传动轴直径初定
传动轴直径按扭转刚度用下式进行概算
[]
mm n N
d j 4
91φ=
式中 d —传动轴直径（mm ）
； N —该轴传递的功率（kW ）
；
j n —该轴的计算转速（r/min ）
； []φ—该轴每米长度允许扭转角（deg/m ），一般传动轴取[]φ＝ 0.5°～1°。 这里取0.8°。
则各个轴的初算直径为 I 轴
I 23.12mm d ==
取为I 25mm d =。 II 轴
I 28.28mm d ==
取为II 30mm d =。花键轴尺寸取62830??。 III 轴
III 32.30mm d ==
取为III 40mm d =。花键轴尺寸取83640??。 IV 轴
IV 41.83mm d ==
取为IV 50mm d =。花键轴尺寸取84650??。
3.主轴轴颈直径的确定
由参考文献[1]表3-13查得主轴前轴颈的直径mm D 95~601=，取为80mm 。后轴颈的直径mm D D 68~56)85.0~7.0(12==。取为65mm 。尽量使主轴截面变化要小，外径尺寸要缓减。铣床主轴内孔直径按铣床主轴端部尺寸标准选取。主轴材料选为45号钢，调质处理，在主轴端部、锥孔、定心轴颈和定心锥面处进行高频局部淬火。
4.齿轮模数的初步计算
同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，第一变速组选择齿轮1计算，第二变速组选择齿轮6计算，第三变速组选择齿轮11计算。 按简化的接触疲劳强度公式进行计算：
()[]m m n u z N u m j
m d j 3
221116338σ?+=
式中
j m —按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm ）； d N ——驱动电动机功率（ｋＷ）
； j n ——计算齿轮的计算转速（ｒ／ｍｉｎ）
u ——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比1u ≥
1z ——小齿轮齿数；
m ?——齿宽系数，m B
m
?=
（Ｂ为齿宽，ｍ为模数），取m ?＝8； []j
σ——许用接触应力（ＭＰａ）
，一般的机床寿命为6~10年，1=N
Z ，
齿轮材料为调质45号钢表面淬火，查得许用接触应力[]MPa j 1370=σ。 则初步计算各个传动组的齿轮模数如下：
第一变速组的齿轮1
1.53j m mm ==
第二变速组的齿轮4
1.88j m mm ==
第三变速组的齿轮10
2.5j m mm ==
第四变速组的齿轮
15
2.29j m mm ==
取第一、第二变速组的模数相等，便于减少设备成本，所以模数m1 m2为2.5mm 。第三、第四变速组的齿轮模数m3、m4选择为3.0mm 。
4.4. 结构设计
见A0及A1图纸。
4.5. 零件的验算
1直齿圆柱齿轮的应力计算
选择第四传动组中的Z 23和Z 92进行接触应力和弯曲应力进行验算。
接触应力验算公式为
)[]j j MPa σσ=
≤
弯曲应力验算公式为
51232
19110()[]s j
K K K K N MPa zm BYn ωωσσ?=≤ 式中：N ——传递的额定功率（kW ）, d N N η=;
N d ——电动机的功率（kW ）;
η——从电动机到计算齿轮的传递效率；
j η——计算转速（r/min ）
； m ——齿轮模数（mm ）
； B ——齿宽（mm ）； Z ——小齿轮齿数；
u ——大齿轮齿数和小齿轮齿数之比；
S K ——寿命系数：
S T n N q K K K K K =
T K ——工作期限系数：
T K =
T ——齿轮在机床工作期限s T 内的总工作时间（h ），对于中型机床的齿轮取15000~20000s T h =。同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为/s s T T p =，p 为该变速组的传动副数。此处取Ts=15000h ，p=2，则T=7500h 。
1n ——齿轮的最低转速（r/min ）
，此处小齿轮为315，大齿轮为 80； 0C ——基准循环次数，钢和铸铁件：接触载荷取7010C =，弯曲载荷取60210C =?；
m —— 疲劳曲线指数，钢和铸铁件，接触载荷取m=3，弯曲载荷时，对正火、调质及整体淬硬件取m=6，对表面淬硬（高频、渗碳、氮化等）取m=9； 此处解得KT=1.95（小）/2.60（大）。
n K ——转速变化系数，此处取0.97/0.98；
N K ——功率利用系数，此处取0.76/1.08；
v K ——材料强化系数，此处取0.76/0.77； 解得 1.09/2.11s K =。
K3——工作状况系数，考虑载荷冲击的影响，主运动（中等冲击）取K3=1.2～1.6；
2K 动载荷系数，此处取1.1； 1K 齿向载荷分布系数，此处取1.05；
Y 齿形系数，大齿轮取0.510；
[j σ ]-许用接触应力（MPa ），查表3-9， [j σ ]=1370MPa ； [w σ]-许用弯曲应力（MPa ），查表3-9， [w σ]=283MPa 。 代入式中得
974.5[]
j j σσ=
=≤
符合要求。
5219110 1.05 1.1 1.2 2.11 5.19
105.67[]
233300.510315w w σσ??????==≤???? 符合要求。
2齿轮精度的确定
齿轮精度等级的选择根据它的用途、圆周速度、载荷状况和对振动、噪声、使用寿命等方面的要求确定。
本设计中齿轮传递的速度和功率都不太大，故选用7级精度的圆柱齿轮。
3传动轴的弯曲刚度验算 (1)传动轴III 的弯曲载荷
齿轮传动轴同时受输入扭矩的齿轮驱动力Qa 和输出扭矩的齿轮驱动阻力Qb 的作用而产生弯曲变形，当齿轮为直齿圆柱齿轮时，其啮合角 20 ，齿面摩擦角 5.72 时，其弯曲载荷由下式计算：
7() 2.1210()a b N
Q Q N mzn
=?
式中：
N ——该齿轮传递的全功率( kW )，此处取N =5.5kW m , z ——该齿轮的模数(mm )、齿数
n ——该传动轴的计算工况转速( r /min )， aj n ——该轴输入扭矩的齿轮计算转速( r /min )
bf n ——该轴输出扭矩的齿轮计算转速( r /min )
选取III 轴进行弯曲刚度验算，输入齿轮选取48，其计算转速为315r/min ，输出齿轮选取21，其计算转速为315r/min ，则II 轴的计算工况转速为315r/min 。带入
式（4-8）计算得：
7
5.5
2.1210()2570.552.531548
a Q N N =?=??
7
5.5
2.1210()5875.5331521
a Q N N =?=??
(2)验算两支承传动轴的弯曲变形
齿轮传动轴的抗弯刚度验算，包括轴的最大挠度，滚动轴承处及齿轮安装处的倾角验算。其值均应小于允许变形量[y]及[]θ，允许变形量见参考文献［6］ 表3.10-7，得
[y ]= (0.01~ 0.03)m= 3 (0.01~ 0.03) =(0.03 ~ 0.09)mm
[]0.005rad θ=
为了计算上的简便，可以近似地以该轴的中点挠度代替最大挠度，其最大误差不超过3%。
若两支承的齿轮传动轴为实心的圆形钢轴，忽略其支承变形，在单在弯曲载荷作用下,其中点挠度为：
334(0.75)
()171.39()a b l N x x y y mm D mzn
-=
式中：
l ——两支承间的跨距(mm)，对于轴III ，i=400mm D ——该轴的平均直径(mm)，本轴的平均直径D=40mm
i a x l
=
i a ——齿轮i z 的工作位置至较近支承点的距离(mm )70 mm ；130 mm 代入数据得：
33
4
7070400 5.5(0.75)
400400171.39()0.07840 2.548315
a y mm mm ???
-==???（） 33
4130130400 5.5(0.75)
400400171.39()0.24940321315
b y mm mm ???-==???（）
计算在驱动力Qa 和驱动阻力Qb 同时作用下，传动轴中心的合成挠度h y ，可按余弦定理计算
)h y mm =
式中：h y ——被验算轴的中心合成挠度（mm ）
a y ——输入扭矩的齿轮在轴的中点引起的挠度(mm )
b y ——输出扭矩的齿轮在轴的中点引起的挠度(mm )
——驱动力a Q 和阻力b Q 在横剖面上,两向量合成时夹角
2()βδαρ=-+
——在横剖面上,被验算的轴与其前、后传动轴连心线的夹角，按被验
算的轴的旋转方向计量,由剖面图上可得δ=180o 。啮合角 20 ，齿面磨擦角ρ=5.72 ，得
1802(20 5.72)128.56β=-+=
代入式中计算，得
[])0.303h y mm mm y ==<
未满足要求。
传动轴在支承点A ，B 处的倾角A θB θ时,可按下式进行近似计算：
330.303
()0.0045()[]306
h A B y rad rad l θθθ?=-=
==≤ 满足要求
4主轴主件静刚度验算
（1）主轴支承跨距 L 的确定
选定前端悬伸量 C ，主轴前端的悬伸长度，即从主轴外侧前支撑中点（滚
锥轴承及向心推轴承
则是接触角法线与轴线的交点处）到主轴前端的距离，这里选定 C=75mm 。 一般最佳跨距L0= （2~3）C=140~225mm 。考虑到结构以及支承刚度会因磨
损不断降低，应取跨距L 比最佳跨距L0大一些。再考虑到结构需要，这里取L=370mm 。
（2）计算条件的确定
变形量允许值：验算主轴轴端的挠度 y0，对普通机床前端挠度的允许值[y0]，目前广泛使用经
验数据为：[y0]<0.0002L （mm ），其中 L 为主轴两支撑间的距离（mm ）。本设计中 L=370mm ，
故前端挠度的允许值[y0]应不大于 0.0740mm 。验算时以此作为是否合格的依据。
（3）轴组件的静刚度验算
1.切削力的确定 最大圆周切削力
t
P 须按主轴输出全功率和最大扭矩确定,其计算公式为：
4295510()d
t j j N P N D n η∏???=
式（4-18）
式中：
d
N ——电动机额定功率(kW),此处4d N kW =.
η∏——主传动系统的总效率,
1
n
i
i ηη∏==∏,i η为各传动副、轴承的效率,
总效率0.7~0.85η∏=,此处,为方便起见,起0.75η∏= j
n ——主轴的计算转速(/min r ),由前知,主轴的计算转速为80/min r .
j
D ——计算直径,对于铣床,
j
D 为最大端铣刀计算直径,对于升降台宽
度为3201250?的卧式铣床,其端铣刀的计算直径及宽度分别为
160j D mm
=,
60B mm =.
得4476t P
N = 验算主轴组件刚度时,须求出作用在垂直于主轴轴线的平面内的最大切削合力P .对于升降台式铣床的铣削力,一般按端铣计算,不妨设本铣床进给系统的末端传动副有消隙机构,应采用不对称顺铣,则各切削分力与
t
P 的比值可大
致认为0.954252.7V t P
P N ==,0.241074.2H t P P ==,0.52238a t P P N ==.
则0.984386t P P N =≈=, 1.14923.6t P
P N ∑≈=,即P ∑与水平面成60?角,P ∑在水平面的投影与H P 成65?角.
3切削力的作用点
设切削力P 的作用点到主轴前支承的距离为s ,则
()s c w mm =+ 式（4-19）
式中：c ——主轴前端的悬伸长度,此处75c mm = w ——对于普通升降台铣床60w B mm ==
代入,切削力P 的作用点到主轴前支承的距离为135s mm =
4.受力分析及计算：
由于主轴上的大齿轮比小齿轮对主轴的刚度影响较大,故仅对大齿轮进行计算.
为了计算上的简便,主轴部件前端挠度可将各载荷单独作用下所引起的变形值按
线性进行向量迭加,其计算公式为： (1) 计算切削力P 作用在s 点引起主轴前端c 占的挠度
csp
y
2322
3()()[]()63csp
c B A sc c lsc l s l c sc y P mm EI EI C l C l -++=+++ 式(4-20)
对圆锥滚子轴承：
0.90.90.80.8 1.9
03.01cos A B C C i z l R a =或 i ——滚动体的列数
z ——每列中的滚动体数
zA=16.zB=20
l0——滚子的有效长度 l0A=26; l0B=35 a ——轴承的接触角
a=15
R ——轴承的径向负荷 RA=210000;RB=440000
式中：E ——抗拉弹性模量,钢的5
2.110E MPa =?
c I ——为BC 段惯性矩,对于主轴前端,有
44
44
64
4090(1(
))
(1)
9031064
64
c d I mm ππα??--=
=
=?
I ——为AB 段惯性矩,有
44
4
4
64
2075(1(
))
(1)
75 1.551064
64d I mm ππα??--=
=
=?
、
其余各参数定义与之前保持一致.代入计算,得0.0016csp y mm
=
其方向如图4-3所示,沿P 方向,
75.8p α=?
.
(2)计算力偶矩M 作用在主轴前端c 点产生的挠度ccM y
222
()()23ccM
C B A c lc l c c y M mm EI EI C l C l +=+++ 式(4-21)
式中各参数定义与之前保持一致.力偶矩
80
1074.285.92
1000j H
D M P N m ==?
=?代入,
得：
6
2.1610ccM y mm -=?
其方向在H 平面内,如图4-3所示,180M α=?.
(3)计算驱动力Q 作用在两支承之间时,主轴前端c 点的挠度
cmQ
y
22
(2)()()()[
]()
6cmQ B A bc l b l b l c l b bc
y Q mm EIl C l C l ---++=+- 式(4-22)
式中各参数定义与之前保持一致.驱动力 4.152602P P Q kN n mz v π=
==?
代入得
0.0013cmQ y mm
=,其方向如图4-3所示,角度
902709020 5.72154.28Q αγαρ=-?--=?-?-?-=?
(1)求主轴前端c 点的综合挠度c y H 轴上的分量代数和为：
cos cos cos cH csp P cmQ Q ccM M y y y y ααα=++ 式(4-23)
代入,得：
60.0016cos75.80.0013cos154.28 2.1610cos1800.00078cH y mm -=??+?+??=-V 轴
上的分量代数和为：
sin sin sin cV csp P cmQ Q ccM M
y y y y ααα=++ 式 (4-24)
代入,得：
60.0016sin75.80.0013sin154.28 2.1610sin1800.002cV y mm -=??+?+??=综合挠
度为：2
c CV y y =
(mm)=0.003 =32.1
故满足对主轴的刚度要求。
（4）滚动轴承的验算
机床的一般传动轴用的滚动轴承，主要是因为疲劳破坏而失效，故要进行疲劳寿命计算，其额定寿命的计算公式为
61010()()[]()60t h
F Cf L h T h n f P
ε=≥ 式中：10h L ——额定寿命（h ）；
T ——工作期限（h ），本设计中为7500h ； C ——滚动轴承尺寸表所载的额定动载荷（N ）。圆锥滚子轴承30313的动载荷为
31825010C N =?，圆锥滚子轴承30314的动载荷为31414510C N =?; P ——切削力4295510j
N P D ??=;
式中：j D ——计算直径max (0.5~0.6)j D D =; 代入数据得：
(0.5~0.6)140()(70~84)=?=j D mm mm ;
机电课程设计XY数控进给工作台设计
大学 课程设计（论文） 内容：X-Y数控进给工 作台设计 院(系)部：机械工程学院 学生姓名： 学号: 专业：机械电子工程 班级： 指导教师： 完成时间：2010-10-08
摘要 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。 关键字：机电一体化的基础基本组成要素特点发展趋势
目录 第一章课程设计的目的、意义及要求 (4) 第一节课程设计的目的、意义 (4) 第二节课程设计的要求 (4) 第二章课程设计的内容 (5) 第一节课程设计的内容 (5) 第二节课程设计的内容 (5) 第四章数控系统总体方案的确定 (6) 第五章机械部分设计 (7) 第一节工作台外形尺寸及重量初步估算 (7) 第二节滚动导轨副的计算、选择 (8) 第三节滚珠丝杠计算、选择 (10) 第四节直流伺服电机的计算选择 (12) 第五节联轴器计算、设计 (14) 第六节限位开关的选择 (15) 第七节光电编码器的选择 (15) 第六章机床数控系统硬件电路设计 (15) 第一节设计内容 (17) 第二节设计步骤························
毕业设计
茂名职业技术学院 2011年12月21日 数控铣床X-Y工作台设计 【摘要】 本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的x-y 数控铣床工作台。X-Y数控工作台的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。它充分的利用了微机的软件与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。设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的，本设计充分体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。X-Y数控工作台设计包括总体方案的设计、步进电机的选用、传动装置的设计、电气控制部分的设计和相关软件的设计。本设计的经济型数控工作台精度并不高，采用开环系统；机械传动部分采用步进电机直接连接滚珠丝杠，从而驱动工作台进给。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即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。 关键词：X-Y数控工作台；设计任务；机械传动部件；控制系统
CNC XY table design Abstract The design is in the NC machine tool works on top of design a simple, economical CNC xy table. XY table CNC electromech anical system design is an open-loop control system, its structure is simple, convenient and can guarantee to achieve a certain degree of accuracy. Reduce costs, is a computer-controlled technology, the simplest applications. It is full advantage of the crisis in software and hardware capabilities in order to achieve the control of machine tools; to expand the scope of processing machines, precision and reliability, and further enhanced. Design task is completely around the NC machine tool works and carried out,this design fully reflects the CNC machine tools and electrical equipment, machinery and equipment part of the close combination of parts. CNC XY table design includes the overall program design, selection of stepper motors, gear design, electrical control part of the design and related software design. The design of the economy is not high-precision CNC table, using open-loop system; mechanical transmission part is directly connected to ball screw stepping motor, which drives table feed . Stepper motor is a pulse signal will be transferred into the angular displacement of the electromechanical DAC device. Its working principle is: each to a pulse will be generated in the stator circuit in a certain space rotating magnetic field; due to pass the three-phase stepper motors AC Therefore, the number of input pulses and the time interval is different from the rotation of the rotor rotation speed and the length of time are different. As the rotating magnetic field into which the power of both the rotor conductor cutting magnetic field lines when the role of a force, from the realization of the rotating magnetic field corresponding rotational force of rotor rotation, so the rotor can be achieved only lead screw rotor
X-Y 数控工作台课程设计 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 ＝185mm ×195mm ×27mm ； （2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝385mm ×385mm ×235mm ； （3）工作台加工范围X=115mm Y=115mm ； （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）负载重量G=235N ； （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1m/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总体方案的确定 图1-1 系统总体框图 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，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。 ② 丝杠螺母副的选择 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，要满足0.005mm 的脉冲当量和±0.01mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。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，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 ③ 减速装置的选择 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
机械学院 毕业设计（论文）开题报告 题目X-Y数控工作台设计 学生姓名 学号 院 (系) 专业机械设计制造及自动化 指导教师王振 报告日期2010年11月20日
毕业设计（论文）题目X-Y数控工作台设计 题目来源（请在有关项目下作√记号）科研实践教学学生自拟 √ 题目类别（请在有关项目下作√记号）设计论文其它√ 毕业设计（论文）起止时间2009年10月22日——2009年4月30日 X-Y数控工作台设计 一、设计依据及设计意义： 1，依据：数控机床是用数控指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它广泛应用于机械制造和自动化领域，数控机床的应用不但给传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控机床的不断发展和应用领域的扩大，所以X-Y数控工作台设计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。 2，意义：目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控冲床系统，其加工速度慢、编程复杂、人机界面不友好，因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制和开发一套基于双单片机的X-Y数控冲床数控系统，用于装配新冲床或对经济型数控冲床进行改造，能够有效的改善人机界面、提高加工速度、方便操作人员编写用户加工程序，对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义,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。 3，国际机床市场的消费主流是数控机床。1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控机床、数控铣床为主转数向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。世界X-Y数控工作台发展动向纳为下述几点：工序复合化、精密化的高速化、低价格化。
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
目录 一、总体 (2) 二、机械结构设计 (3) 1、脉冲当量和传动比的确定 (3) 2、机械部件(工作台)总体尺寸 (3) 3、工作载荷分析及计算 (4) 4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (5) 5、导轨的选型和计算 (10) 6、联轴器的选择及计算 (11) 7、传动系统等效转动惯量计算 (12) 8、步进电机的选用 (13) 三、控制系统设计 (18) 1、控制系统硬件的基本组成 (18) 2、接口程序初始化及步进电机控制程序 (19) 3、直线圆弧插补程序设计………………………………………………………
22 参考文献 (30) 一、 总体 1、总体参数 设计一个数控XY 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。已知的设计参数如下： 2、开、半闭、闭环选择 开环伺服系统——步进电机驱动——没有检测装置 半闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——脉冲编码器——速度反馈 闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——位置检测装置——位置反馈 本设计采用开环步进电机驱动。 3、传动初步设计 电动机——联轴器——滚珠丝杠——工作台 4、系统组成框图 大致确定为：控制、接口、驱动、传动再到执行。 即为XY →→→→控制器接口电路驱动装置传动机构工作台
5、机械传动系统简图 X 轴与Y 轴的传动系统简图都如图所示 二、机械结构设计 1、脉冲当量和传动比的确定 1.1、脉冲当量的确定 根据机床或工作台进给系统所需要的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械 传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。本次设计给定脉冲当量 为0.01mm 。 1.2、传动比的确定 传动比计算公式：P b L i δθ3600 = 专业课课程设计指导书（2－1） 其中：b θ为步进电机的步距角，0L 为滚珠丝杠导程，P δ为系统脉冲当量。根据传动设计，采用联轴器，初选电机步距角?=9.0b θ，丝杠导程mm L 40=， mm P 01.0=δ。 则 其传动比 101 .03604 9.03600=??== P b L i δθ 2、机械部件(工作台)总体尺寸 由于工作台的加工范围为X ＝200mm ，Y ＝150mm 。工作台尺寸一般为工作台加工范 p δ
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（电气部分）学院：信息工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机械三班 姓名：胡忠钦 学号： 10901313 指导老师：季国顺金成柱聂欣
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、机械系统设计 (4) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (4) 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 (6) 2.5 步进电机的选型与计算 (6) 三、控制系统硬件设计 (8) 3.1 CPU (8) 3.2 驱动系统设计 (10) 3.2.1步进电机的驱动电路 (10) 3.2.2电磁铁驱动电路 (12) 3.2.3电源转换 (12) 四、控制系统软件 (13) 4.1控制系统软件总体方案设计 (13) 4.2主流程设计 (13) 4.3中断服务流程 (15) 4.3.1 INTO中断服务流程图 (15) 4.3.2 INTI 中断服务流程图 (16) 4.4软件调试 (17) 4.4.1 复位程序流程图 (17) 4.4.2 X轴电机点动正转程序流程图 (19) 4.4.3 绘制圆弧程序流程图 (20) 4.4.4 步进电机步进一步程序流程图 (21) 五、总结 (22) 六、参考文献 (23) 七、附录 (24)
一、总体方案设计 1.1机电专业课程设计的任务 主要技术指标： 一定的规格要求（负载重量G=500N；台面尺寸C×B×H=240×254×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1=550×550×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm；Y=300mm；工作台最快移动速度为1m/min；重复定位精度为± 0.02mm，定位精度为±0.04mm； 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图1张； （2）数控系统电气原理图1张； （3）设计说明书页1本； 所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。 1.2 总体方案确定 图1-1 系统总体框图
机械部分改装设计计算示例1 1、初步确定工作台的尺寸及其重量 根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为2190210mm ?，最大工件的重量为150kg 。因此我初定工作台的320230230mm ??。工作台的材料为45号钢，其密度为337.810/kg m ?。（取kg N g /10=）因此： 1.1、工作台（X 向托板） 重量=体积×密度 93123023020107.8101090G N -=??????≈ 1.2、取Y 向托板=X 向托板 N G 902= 1.3、上导轨座（连电机）重量 初步取导轨座的长mm 400，宽为mm 200，高为mm 30。因此 93340020030107.81010190G N -=??????≈ 所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量 为： N G G G G 370190290321=+?=++=动 根据要求所知，其最大加工工件为150kg ，因此： 150103701870G N =?+=总 2、传动系统设计 2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2，由于定位精度在mm 02.0±内，因此： 1 0.020.012 mm δ=?=， 2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为1=i ,取丝杠的导程为4P mm =。
取步距角β为0.9度，所以 脉冲当量0.01360 Pi mm β δ== 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 3.1求丝杠的静载荷c F 已知其计算公式c d H M F f f F = 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的, H f -硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2 d f -载荷系数，取1.5 《数控机床系统设计》110P 表5-2 M F ：丝杠工作时的轴向阻力 根据： 0.0031870 5.6M Z F F N μ==?= 其中μ为0.003-0.004 因此： 1.51 5.68.4c F N =??= 3.2、确定动载荷及其使用寿命 根据丝杠动载荷公式：H d eq C f F = 式中：C ：额定动载荷 d f ：动载荷系数，轻微冲击取1 H f ：硬度系数，HRC 58≥取1 eq F ：当量动载荷，N 'L ：寿命 根据：使用寿命使用寿命6300814400L h =??= 所以'6660/106050014400/10432L nT h ==??= 式中的n 丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为 2/min m ，因此其计算为： max 1000/10002/4500/min n V P r ==?=
本科生专业课程设计( 201１届） 学生姓名： 学号: 专业名称： 班级: 指导教师： 201０年11月20日
目录 任务书....................................................................................................... 错误!未定义书签。 二、总体方案的确定....................................................................................... 错误!未定义书签。 三、机械传动部件的计算与选型................................................................... 错误!未定义书签。 四、工作台机械装配图的绘制?错误!未定义书签。 五、工作台控制系统的设计........................................................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。附件1 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。附件2?错误!未定义书签。 附件3?错误!未定义书签。 附件4 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。
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 e 20mm ； 10）最大被吃刀量a p 10mm 。 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 ②PLC控制电机的梯形图编程
1.3 设计的基本要求 系统总体方案结构框图 （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。 XY 数控工作台结构 Y 方向传动机构 微 型机 机 电 接口 工作台 步 进 电 动机 减速器 人机接口 驱 动电 路 滚珠丝杠 减 速 器 滚 步 进 电 珠 动机 丝 杠 X 方向传动机构
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：
摘要......................................................................................................... I I 一前言 . (1) 二设计任务 (2) 三设计主要步骤 (2) （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) 结论 (24) 致 (24) 参考文献 (25)
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
本科生专业课程设计 学生姓名: 学号: 专业名称: 班级: 指导教师: 5 月
目录 任务书....................................................................... 错误!未定义书签。 二、总体方案的确定.................................................... 错误!未定义书签。 三、机械传动部件的计算与选型................................ 错误!未定义书签。 四、工作台机械装配图的绘制.................................... 错误!未定义书签。 五、工作台控制系统的设计........................................ 错误!未定义书签。参考文献 ......................................................................... 错误!未定义书签。附件1 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件2 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件3 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件4 .............................................................................. 错误!未定义书签。
一.控制系统硬件设计 X-Y数控工作台控制系统硬件主要包括CPU、传动驱动、传感器、人机交互界面。 硬件系统设计时，应注意几点：电机运转平稳、响应性能好、造价低、可维护性、人机 交互界面可操作性比较好。 1. CPU板 1.1 CPU的选择 随着微电子技术水平的不断提高，单片微型计算机有了飞跃的发展。单片机的型号很多，而目前市场上应用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比较多，如目前应用最广的8位单片机89C51，价格低廉，而性能优良，功能强大。 在一些复杂的系统中就不得不考虑使用16位单片机，MCS-96系列单片机广泛应用于 伺服系统，变频调速等各类要求实时处理的控制系统，它具有较强的运算和扩展能力。但是 定位合理的单片机可以节约资源，获得较高的性价比。 从要设计的系统来看，选用较老的8051单片机需要拓展程序存储器和数据存储器，无 疑提高了设计价格，而选用高性能的16位MCS-96又显得过于浪费。生产基于51为内核的 单片机的厂家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生产领域ATMEL公司的工艺 和封装技术一直处于领先地位。ATMEL公司的AT89系列单片机内含Flash存储器，在程 序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电也不影响信息的保存；它和80C51 插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。 因此硬件CPU选用AT89S51，AT表示ATMEL公司的产品，9表示内含Flash存储器，S表示含有串行下载Flash存储器。 AT89S51的性能参数为：Flash存储器容量为4KB、16位定时器2个、中断源6个（看门狗 中断、接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0和定时器1中断）、RAM为128B、14位的计数器WDT、I/O口共有32个。 1.2 CPU接口设计 CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示： （行程开关）前向通道 传动驱动 （电磁铁） （步进电机） 人机界面 传感器 AT89S51 （键盘、LED） 后向通道
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。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；"柔性强；#易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。
论文（设计）任务书 注：本表按自然班填写。于动员时发给学生。不够纸请另附页。
前言 设计目的 数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 设计要求 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。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。 该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。 2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。 4.学会使用手册及图表资料。 1.总体方案的确定 1.1设计参数 系统分辨率为0.01mm，其它设计参数如下表。
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
数控铣床X-Y工作台设计 目录 1.引言： (3) 2.设计任务 (4) 3.总体方案的确定 (4) 3.1 机械传动部件的选择 (4) 3.1.1导轨副的选用 3.1.2丝杠螺母副的选用 3.1.3减速装置的选用 3.1.4伺服电动机的选用 3.1.5检测装置的选用 3.2 控制系统的设计 (4) 3.3 绘制总体方案图 (6) 4.机械传动部件的计算与选型 (6) 4.1 导轨上移动部件的重量估算 (6) 4.2 铣削力的计算 (6) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (7) F的计算及导轨型号的选取 4.3.1 块承受工作载荷m ax 4.3.2 距离额定寿命L的计算 4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型................. 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 4.4.3 初选型号 4.4.4 传动效率η的计算 4.4.5 刚度的验算 4.4.6 压杆稳定性校核 4.5 步进电动机减速箱的选用 (9) 4.6 步进电动机的计算与选型 (8) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq 4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 4.6.4 步进电动机的性能校核 5.增量式旋转编码器的选用 (12)
6. 绘制进给传动系统示意图 (14) 7．工作台控制系统的设计 (15) 8．步进电动机的驱动电源选用 (16) 9.致谢 (17) 参考文献 (18)
1.引言： 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 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。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。
数控X-Y工作台设计
机电一体化课程设计说明书 题目：X-Y数控工作台机电系统设计 班级：11级机械2班 姓名：xxq 学号 指导老师： 日期：2014年6月30日
X-Y 数控工作台机电系统设计 任务书 题目：X-Y 数控工作台机电系统设计 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 设计要求： 1、每6人一组数据，要求独立完成。 2、图纸要求：机械系统设计图纸2张（A 2），控制原理图一张（A 1） 3、设计计算说明书1份（手写或电子版） 第八组主要参数： 1. 立铣刀最大直径的d=12mm ； 2. 立铣刀齿数Z=2; 3. 最大铣削宽度e a =10mm; 4. 最大背吃刀量p a =8mm; 5. 加工材料为碳钢。 6. X 、Y 方向的脉冲当量x σ=0.01 mm/脉冲，y σ=0.005mm/脉冲; 7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm; 8. 工作台导轨长度为900mm ; 9.工作台空载进给最快移动速度：v x =3000 mm/min ，v y =6000mm/min ; 10.工作台进给最快移动速度: min /800min,/400max max mm v mm v fy fx ==; 11.移动部件总重量为960N ； 12.丝杠有效行程为950mm ；
目录 1.引言： (6) 2.设计任务 (6) 3.总体方案的确定 (4) 3.1 机械传动部件的选择 (4) 3.1.1导轨副的选用 3.1.2丝杠螺母副的选用 3.1.3减速装置的选用 3.1.4伺服电动机的选用 3.1.5检测装置的选用 3.2 控制系统的设计 (4) 3.3 绘制总体方案图 (8) 4.机械传动部件的计算与选型 (8) 4.1 导轨上移动部件的重量估算 (8) 4.2 铣削力的计算 (8) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9) F的计算及导轨型号的选取 4.3.1 块承受工作载荷max 4.3.2 距离额定寿命L的计算 4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7) 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 4.4.3 初选型号 4.4.4 传动效率η的计算 4.4.5 刚度的验算 4.4.6 压杆稳定性校核 4.5 步进电动机减速箱的选用 (11) 4.6 步进电动机的计算与选型 (8) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq