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
看 ,因为制造业是我国就业人口最多的行业 ,制造业发展不仅可提高人民的生活水平 ,而且还可缓解我国就业的压力 ,保障社会的稳定;其次从国防安全看 ,西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质 ,对我国实现禁运和限制 ,“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。
(2)发展策略。从我国基本国情的角度出发 ,以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向 ,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标 ,用系统的方法 ,选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容 ,实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向 ,即以数控终端产品为主 ,以整机如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、曲型数字化机械、重点行业关键设备等带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价值低廉而富有竞争力的产品;当然 ,没有规模中国的数控装备最终难有出头之日。
一、毕业设计的目的、意义
《机电一体化系统设计》毕业设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。其目的是：
能够正确运用《机电一体化系统设计》课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；
通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；
通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；
通过毕业设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。
二、毕业设计的内容
（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。
已知条件：定位精度：±0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h ，中等冲击
工作台的有效行程为
400Lx mm
=
400Y L mm
=快速进给速度
max 2000/min
x v mm =
max 2000/min
y v mm = 和工作载荷
2000Z F N
=
三、数控系统总体方案的确定
数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。
（一）系统运动方式的确定
该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。（二）伺服系统的选择
开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。
考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。
（三）计算机系统的选择
采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。
（四） X—Y工作台的传动方式
为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。
由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。
考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图如下:
计算机光
电
隔
离
功
率
放
大
步进
电机
X向工作台
光
电
隔
离
功
率
放
大
步进
电机
Y向工作台
图3-1
四、机械部分设计
机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。 （一 ）确定系统脉冲当量
脉冲当量δp 是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于
定位精度为±0.01mm 因此选择脉冲当量为0.01mm 。 （二）工作台外形尺寸及重量初步估算
根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X 向和Y 向工作台承载重量WX 和WY 。 取X 向导轨支撑钢球的中心距为410mm,Y 向导轨支撑钢球的中心距为400mm,设计工作台简图如下:
图4-1
X 向拖板(上拖板)尺寸为:
长*宽*高=420*410*50 重量:按重量=体积*材料比重估算为:
x
W = 32
42041050107.810671.58N --⨯⨯⨯⨯⨯=
Y 向拖板(下拖板)尺寸为: 42040050⨯⨯
重量
Y W =3
2
42040050107.810655.2N --⨯⨯⨯⨯⨯=
上导轨(含电机)重量为
23(900480828003550)7.81010487.97N --⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
夹具及工件重量:约155N X-Y 工作台运动部分总重量为:
487.97655.2671.581552000W N =+++≈ （三）滚动导轨副的计算、选择
根据给定的工作载荷Fz 和估算的Wx 和Wy 计算导轨的静安全系数fSL=C0/P ，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN ；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般运行状况)，3.0~5.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：
工作台简图
因系统受中等冲击,因此取
4.0
sL f =
,,,0.5()
O SL X Y
X Y Z X Y C f P P F W ==+
x Z X Y Z Y OX SL X OY SL Y P =0.5(F +W )=0.5(2000+671.58)=1335.79N P =0.5(F +W )=0.5(2000+655.2)=1327.6N C =f P =41335.79=5343.16N C =f P =41327.6=5310.4N
⨯⨯
根据计算额定静载荷初选导轨:
选择汉机江机床厂HJG-D 系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25
基本参数如下: 表4-1
额定载荷/N
静态力矩/N*M
滑座重量
导轨重量
导轨长度 动载荷 a
C
静载荷
o
C
A
T
B
T
C
T
g
K /g K m
L (mm)
17500 26000 198
198
288
0.60
3.1
760
滑座个数 单向行程长度
每分钟往复次数
M S
l
n
4
0.6
4
导轨的额定动载荷
17500
a C =N
依据使用速度v （m/min ）和初选导轨的基本动额定载荷a
C (kN)验算导轨的工作寿命Ln ：
额定行程长度寿命:
(
)
H T C a W f f f C S f F
T K = （4-1）
20004500M
F M F ===
1,2,0.81,1,50
o
T W C H R
d f f f f K =====
=
33
110.81175002500
(
)50()142409.58H T C a W f f f C S f F
T K km ⨯⨯===导轨的额定工
作时间寿命:
3102S o T H l n
T ⨯=
(4-2)
33102142409.58104944771500020.6460S o T H l n
T h T h ⨯⨯=
==>=⨯⨯⨯
导轨的工作寿命足够. （四）滚珠丝杠计算、选择
初选丝杠材质：CrWMn 钢，HRC58~60，导程：l0=5mm 强度计算 丝杠轴向力：
)
(,,max y x z y x W F f KF F ++=(N) (4-3)
其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.003~0005；在车床车削外圆时：Fx=(0.1~0.6)Fz ，Fy=(0.15~0.7)Fz ，可取Fx=0.5Fz ，Fy=0.6Fz 计算。 取f=0.004,
400
Z F =则:
max max X F 0.50.5200010000.60.6200012001.1510000.004(2000671.58)1045.6861.1512000.004(2000655.2)1252.621Z Y Z X Y F N F F N
F N F N
==⨯===⨯==⨯++==⨯++=
寿命值：
61060nT L =
，其中丝杠转速0max l v n =(r/min) (4-4) max 06
150002000400/min
56040015000
360
10T h
v n r l L ====⨯⨯=
=
最大动载荷：
F f f L Q W H 3=
式中：fW 为载荷系数，中等冲击时为1.2~1.5；fH 为硬度系数，HRC ≥58时为1.0。 查表得中等冲击时
1.2,1
W H f f ==则:
33360 1.211045.6867079.58360 1.211252.62110686.54X Y Q N Q N =⨯⨯==⨯⨯=
根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM 系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。
其基本参数如下:
图4-2
其额定动载荷为14205N> y
Q 足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用
双螺母螺纹预紧形式.
滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表
表4-2
名称 计算公式
结果 公称直径0
d
―― 20mm 螺距t ―― ５mm
接触角β ――
045
钢球直径
b d
――
3.175mm
螺纹滚道法向半径R 0.52b
R d =
1.651mm 偏心距e (2)sin b e R d β
=-÷
0.04489mm
螺纹升角γ 0t arctg
d γπ=
0'433
螺杆外径d 0(0.2~0.25)b d d d =-
19.365mm 螺杆内径
1
d
1022d d e R
=+- 16.788mm 螺杆接触直径
2
d
20cos b d d d β=-
17.755mm 螺母螺纹外径D 022D d e R =-+
23.212mm 螺母内径（外循环）1
D
10(0.2~0.255)b
D d d =+
20.7mm
传动效率计算
丝杠螺母副的传动效率为：
)(ϕγγ
η+=
tg tg (4-5)
式中：φ=10’，为摩擦角；γ为丝杠螺旋升角。
0'0
''
4
33()
(43310)
0.96
g g g g t t t t γγϕη++=
=
=
稳定性验算
丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 刚度验算 (4-10)
五、数控系统硬件电路设计
（一）数控系统的硬件电路由以下几部分组成：
1、主控制器。即中央处理单元CPU
2、总线。包括数据总线，地址总线，控制总线。
3、存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。
4、接口。即I/O输入输出接口。
数控系统的硬件框图如下所示：
图5-1
（二）主控制器ＣＰＵ的选择
ＭＣＳ－５１系列单片机是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等为一体的功能性很强
的控制器。只需增加少量外围元件就可以构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐
全，指令系统功能强大，编程灵活，硬件资料丰富。本次设计选用８０３１芯片作为主控芯片。
（三）存储器扩展电路设计
（1）程序存储器的扩展
单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型号有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分别为２k,4k,8k,16k32k。在选择芯片时要考虑ＣＰＵ与ＥＰＲＯＭ时序的匹配。８０３１所能读取的时间必须大于ＥＰＲＯＭ所要求的读取时间。此外，还需要考虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满足
容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择２７６４芯片作为本次设计的程序存储器扩展用芯片。
P口是分时传送低8位地址线和数据线的，故8031扩展系统中一定要于8031芯片的o
有地址锁存器，常用的地址锁存器芯片是742S373。
（2）数据存储器的扩展
由于8031芯片内部RAM只有128字节供用户使用，远不能满足系统需要，因此需要扩展片外的数据存储器（RAM）。常用的数据存储器有6116(2Kx8)，6264(8Kx8)等，这里我选用6264(8Kx8)。
（3）译码电路
由于这里扩展的容量较大，扩展多个外围芯片。因此，这里使用译码法来进行编址。译码电路可使用现有的译码芯片，这里我们选用3-8译码器（74LS138）。这种芯片，输入端占用3根最高位地址线，剩余的13根低位地址线可作为片内地址线，74LS138译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。
（4）Ｉ／Ｏ扩展电路设计
(a).通用可编程接口芯片８１５５
８０３１单片机共有４个８位并行Ｉ／Ｏ接口，但供用户使用的只有Ｐ1口及部分Ｐ3
口线。因此要进行Ｉ／Ｏ口的扩展。８１５５与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的
接口芯片。
（四）步进电机驱动电路设计
（1）脉冲分配器
步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲
按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。本设计采用集成脉冲分配器YB013。 （2）光电隔离电路
在步进待年纪驱动电路中，一般在接口电路与功率放大器之间家上光电隔离电路，实现电气隔离，通常使用光电偶合器作为光电隔离电路。 （3）功率放大器
环型分配器的输出脉冲很小，还远不能满足步进电机的要求，不许将它放大，以产生足够大的功率驱动步进电机正常运转，这里采用的功率放大电路如下图所示：
图5-2功率放大器
（五）其它辅助电路设计 （１）８０３１的时钟电路
单片机的时钟可由内部方式产生，内部方式利用芯片内部的振荡电路，在XTA 1
L ，XTA
2
L 引脚上外接定时元件。如下图所示
图5-3时钟电路
（２）复位电路
单片机的复位电路都是靠外部电路实现，在时钟电路工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引脚上出现10ms 以上高电平，单片机便实现状态复位，以后单片机便从0000Ｈ单元开始执行程序
图5-4复位电路
六、系统控制软件的设计
（一）系统控制软件的主要内容
数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个部分：
（1）系统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。其功能主要是接受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。
（2）零件加工源程序的输入处理程序。该程序完成从外部I/O设备输入零件加工源程序的任务。
（3）插补程序。根据零件加工源程序进行插补，分配进给脉冲。
（4）伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以及方向。
（5）诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等功能。（6）机床的自动加工及手动加工控制程序。
（7）键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工作状态、操作命令等信息。
（二）系统控制功能分析
数控X-Y工作台的控制功能包括：
（1）、系统初始化。如对I/O接口8155，8255A进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。
（2）、工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。
（3）、输入和显示加工程序。
（4）、监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。
（5）、工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。
（6）、工作台的自动控制。
（7）、工作台的手动控制。
（8）、工作台的联动控制。
（三）系统管理程序控制
管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y 工作台的基本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。
（四）自动加工程序设计
（1）机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位→刀具快速进给→加工→退刀→工作台运动到下一位置；
（2）计算机在加工过程中的操作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工；
结束语
《毕业设计》是我在大学里的最后一门课程。通过这次毕业设计，我学会了如何查阅现有的技术资料、如何举一反三、如何通过改进并加入自己的想法与观点，使之成为自己的东西。并且结合生产知识，培养理论联系实际以及分析和解决工程实际问题的才能，并使大学三年所学的知识得到进一步巩固、深化和扩展。在此，我对我的论文指导老师沈丁琦老师表示衷心的感谢，感谢他对我的严格要求，感谢他的监督和指导。其次我要感谢这三年里给我授课的所有老师。感谢你们传给我知识。最后还要感谢参考文献中所列书籍、文章及资料的作者。
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。
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)
目录 中文摘要......................................................................................................................... I 英文摘要....................................................................................................................... II 1 JCS-018型立式加工中心概述. (1) 1.1 JCS-018型立式加工中心的特点 (1) 1.2 加工中心分类 (1) 1.3加工中心工作原理 (2) 1.4 加工中心工作范围 (2) 1.5加工中心组成部件 (3) 1.6 加工中心加工标准 (4) 1.7毕业设计主要内容 (5) 2 BF6控制系统设计 (6) 2.1 BF6系统的特点及功能 (6) 2.2 BF6系统结构 (7) 2.3 芯片功能 (8) 3 X-Y向工作台装配设计 (16) 3.1 设计参数 (16) 3.2 机械部件的选择 (16) 4 JCS-018型立式数控铣削加工中心外形设计 (35) 4.1 JCS-018立式加工中心简介 (35) 4.2 机床特点 (36) 4.3 机床布局 (36) 总结 (38) 致谢 (40) 参考文献 (41)
中文摘要 加工中心是高度机电一体化的产品，它综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床等机床的功能并集中在一台设备上，且增设了自动换刀装置和刀库的数控机床，是高效、高速、自动化技术和数控技术的最佳组合,是高性能与经济性的完美统一。 本次任务是设计JCS-018型立式数控铣削加工中心外型、X-Y向工作台装配以及BF6控制系统，每一部分的设计都经过了精确地计算和查取相关资料，每个CAD图的完成也是经过数次的修改。外型设计中对JCS-018加工中心布局设计做了了解，学习了BF6系统中各个芯片的功能，最难设计的是X-Y向工作台，其中对滚珠丝杠、直线滚动导轨做了详细的计算，根据给定的数据，计算载荷，进而得出所选择部件的型号，从而一步步完成总体的设计。 关键词：加工中心控制系统滚珠丝杠直线滚动导轨
《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)
数控车床毕业设计
摘要： 机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。普通机床经经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。 数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，也是是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。 关键词：数控车床插补指令信息载体 正文 引言 自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，在这个假期里我开始了自己的校外实习。. 实习，就是把所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，所学的就等于零,理论应该与实践相结合.另一方面，实践可为以后找工作打基础.通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践.而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会
设计题目：X-Y工作台X向进给系统设计 作者：卢助威 （陕理工机械工程学院机自083班，陕西汉中 723003） 指导老师：黄崇莉 摘要：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。 关键词：X-Y工作台，8031，驱动器，步进电动机，程序存储器，数据存储器，丝杠，导轨
目录 1.引言： (3) 2.设计任务 (4) 3. 总体方案的确定 (5) 3.1机械传动部件的选择 (5) 3.1.1导轨副的选用 (5) 3.1.2丝杠螺母副的选用 (5) 3.1.3减速装置的选用 (5) 3.1.4伺服电动机的选用 (5) 3.1.5检测装置的选用 (5) 3.3系统组成框图 (6) 4.机械传动部件的计算与选型 (7) 4.1导轨上移动部件的重量估算 (7) 4.2铣削力的计算 (7) 4.3直线滚动导轨副的计算与选型 (7) 4.3.1 块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (7) 4.3.2 距离额定寿命L的计算 (8) 4.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (8) 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 (8) 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 (9) 4.4.3 初选型号 (9) 4.4.4 传动效率η的计算 (9) 4.4.5 刚度的验算 (9) 4.4.6 压杆稳定性校核 (10) 4.5步进电动机减速箱的选用 (10) 4.6步进电动机的计算与选型 (10) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq (10) 4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq (11) 4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 (13) 4.6.4 步进电动机的性能校核 (13) 5机电一体化系统进给伺服系统设计 (15) 6.步进电动机的驱动电源选用 (16) 7．工作台控制系统的设计 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20)
《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；
数控X-Y工作台设计 目录 1.前言： (3) 2.设计任务 (3) 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 (4) 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 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 (8) 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 (12)
7．工作台控制系统的设计 (13) 8．步进电动机的驱动电源选用 (14) 8.1.1 脉冲分配器: 8.2系统控制软件的设计 9.课程设计总结 (17) 10.参考文献 (17)
1.前言 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。 2.设计任务 题目：数控X-Y 工作台设计 任务：设计一种供应式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，主要参数如下： 1. 立铣刀最大直径的d=20mm ； 2. 立铣刀齿数Z=3; 3. 最大铣削宽度e a =20mm; 4. 最大背吃刀量p a =10mm; 5. 加工材料为碳素钢活有色金属。 6. X 、Y 方向的脉冲当量x y δδ==0.005mm; 7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm; 8. 工作台尺寸1320X320mm ，加工范围为680X330㎜; 9. 工作台空载进给最快移动速度：max x V =max y V =2300mm/min; 10.工作台进给最快移动速度: f x V max =f y V max =700mm/min ； 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
XY数控机床工作台设计 一、引言 XY数控机床是一种高精度、高效率的机床设备，广泛应用于各个制造行业。在XY数控机床中，工作台起到了承载工件和刀具，并实现各个坐标轴的运动的重要作用。本文将以XY数控机床工作台设计为主题，探讨其设计原理、重要参数以及常见的设计优化方法。 二、设计原理 1.承载能力：工作台应能够在工作过程中承载工件和刀具的负载，同时保持机床结构的稳定性。因此，在设计工作台时，应按照工作负载的需求选择合适的结构材料和尺寸。 2.运动精度：XY数控机床工作台的运动精度是其重要的设计指标。它直接影响到加工零件的精度和表面质量。为保证运动精度，设计时应注意优化螺旋副、导轨和滚珠螺杆等关键部件的设计和选用。 3.运动控制：XY数控机床工作台通常需要实现三个轴向（X、Y和Z 轴）的运动控制。设计时应考虑各个轴线的坐标变换和运动速度控制，以实现精确和平稳的运动。 三、重要参数 1.工作台尺寸：根据加工需求和工件尺寸，确定工作台长度、宽度和行程等参数。合理的工作台尺寸可以提高工作效率，减少空转时间。 2.工作台承载能力：工作台承载能力是衡量工作台性能的重要指标。应根据工作负载的需求，确定合适的工作台承载能力。工作台承载能力不足会导致机床结构的不稳定和加工质量下降。
3.运动速度和加速度：运动速度和加速度的选择应根据具体的加工要求和工件材料而定。太高的运动速度和加速度容易引起共振和振动，影响加工精度和表面质量。 四、设计优化方法 1.结构优化：通过有限元分析和试验验证等手段，对工作台的结构进行优化，提高其刚度和稳定性。例如，在结构上采用更加合理的设计，增加横向和纵向的加强筋，提高整体刚度。 2.导轨选择：导轨是影响工作台运动精度的关键部件。为保证导轨的平稳和准确运动，可选择高精度且耐磨的直线导轨。同时，必须做好导轨的保养和维护工作。 3.滚珠丝杠优化：滚珠丝杠是XY数控机床工作台运动的关键部件。合理选用质量较好的滚珠丝杠，并加强对其润滑和运动的监测。此外，悬挂型滚珠丝杠可以有效减少滚珠丝杠的振动和摩擦。 4.控制系统优化：控制系统是XY数控机床工作台运动的核心部分。优化控制系统的算法和硬件设计，可以提高工作台运动的精度和控制的稳定性。同时，对于高精度加工要求较高的工件，可以考虑采用闭环控制系统，进一步提高运动精度。 五、总结 XY数控机床工作台的设计是保证机床加工精度和工作效率的重要环节。在设计过程中，应关注工作台的承载能力、运动精度和运动控制等关键参数，并采取相应的优化措施。通过结构优化、导轨选择、滚珠丝杠优化和控制系统优化等方法，可以提高XY数控机床工作台的性能和加工质
数控车床XY轴工作台和自动控制系统设计数控车床是一种能够通过计算机程序自动控制工作台进行加工操作的 设备。其中，XY轴工作台和自动控制系统是数控车床中的重要组成部分，在设计和功能上都需要充分考虑。 首先，XY轴工作台是数控车床的核心组成部分之一，它承载着工件，并能够在X和Y方向上进行精确移动和定位。在设计XY轴工作台时，需 要考虑以下几个方面： 1.结构设计：XY轴工作台的结构设计应该坚固稳定，以确保工作台 在运动中不产生过大的摆动或振动。同时，工作台的结构也应该尽量简单，以提高加工精度和稳定性。 2.传动系统：XY轴工作台的传动系统是实现工作台定位和移动的关键。常见的传动方式有直线导轨、滚珠丝杆等。选择合适的传动方式应根 据加工要求和精度要求来确定。 3.控制系统：XY轴工作台的控制系统是实现工作台移动的关键。它 可以通过输入指令，控制工作台在X和Y轴上精确移动和定位。控制系统 应具备可靠的性能和稳定的控制能力。 另外，自动控制系统是数控车床的重要组成部分，它可以实现加工参 数的自动调节和工作过程的自动控制。在设计自动控制系统时需要考虑以 下几个方面： 1.程序编制：自动控制系统需要根据加工要求编写相应的加工程序， 包括加工路径、刀具选用、切削参数等。这些程序应根据实际加工要求和 工艺进行编写。
2.传感器：自动控制系统需要配备合适的传感器，以检测工件状态和 加工过程中的各种参数，如温度、压力、位置等。这些传感器可将实时数 据传输给控制系统，从而实现自动控制。 3.控制算法：自动控制系统需要具备强大的控制算法，以实现对工作 过程的精确控制和调节。控制算法应考虑到不同加工过程的特点，并能有 效解决可能出现的问题。 最后，XY轴工作台和自动控制系统的设计需要综合考虑工艺要求、 加工精度和实际应用需求。在设计过程中，还需要充分考虑设备的可靠性、安全性和人性化操作等因素，以确保数控车床的性能和操作效果达到预期 目标。
基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计 摘要 了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床（刀具）运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作.它的优点很多，可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵.由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低，要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个问题，也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座,配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾，不占据丝杠空间。横向进给机构的改造：拆除横向丝杠换上滚珠丝杠,由步进电机带动。 关键词：运动信息，滚珠丝杠，步进电机 Single Chip Microcomputer—based XY table CNC lathe and Control System Design ABSTRACT Numerical Control (NC）is any machining process in which the operations are executed automatically in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control （CNC)。CNC machines have many advantages over conventional machines。For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive。In our country conventional machine is used widely。So if the machines are replaced, there is going to need a large money。In order to agree with the development of our economy，we can reform the conventional machines. The reformation of the tool movement：we demolish the current smooth leading，leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevant position. The reformation of the horizontal mechanism：we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And Stepper motor drives the screw. KEY WORDS：tool movement，conventional machines，Stepper motor 第一章绪论
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第一章绪论 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、智能化、复合化等的基础。随着科学技术的发展，数控技术发展也会越来越快，这也意味着它所需要考虑和处理的技术与非技术问题越来越多。中国的数控系统已经历了40 年的发展。数控技术发展应根据我国的实际情况，制定符合国情的总体发展战略，朝着高可靠稳定、高速度、高精度化、智能化、数控编程自动化、网络化方向发展。 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。
潍坊科技学院专科学生毕业设计数控步进X─Y工作台设计 学生：韩宗旺学号：201010390110 指导教师：陈茂光 专业：机械制造与自动化 潍坊科技学院机械工程学院 二O一三年五月
目录 摘要 (Ⅰ) 1绪论 (1) 1.1我国数控车床的发展和产业化的现状及当今世界数控车床的发展的趋势 (1) 1.2 C616数控步进改造设计的目的及意义 (2) 2总体方案设计 (5) 2.1设计任务 (5) 3机械部分设计 (7) 3.1进给系统的设计计算 (7) 3.2钻削力的计算 (9) 3.3铣削力的计算 (11) 3.4滚动导轨的选用 (13) 3.5滚珠丝杆的计算和选用 (14) 3.6滚珠丝杠支座设计与计算 (16) 3.7确定齿轮传动比 (18) 3.8确定齿轮模数及有关尺寸 (22) 3.9步进电机惯性负载的计算 (25) 4 系统硬件设计 (26) 4.1确定硬件电路的总体方案 (27) 4.2机床数控系统硬件电路设计 (29) 4系统软件设计 (31) 5.1系统控制功能分析 (31) 5.2系统管理程序控制 (32) 5.3自动加工程序设计 (29) 5.4步进电机控制子程序设计 (30) 5.5编语言程序设计 (30) 5.6直线插补程序设计 (32) 5.7圆弧插补程序 (32) 结束语 (33) 致谢 (34) 参考文献 (35)
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