机自专业课程设计Ⅲ双坐标数控工作台设计
目录
一、设计目的----------------------------------------------------------------
二、设计任务----------------------------------------------------------------
三、设计内容和步骤-------------------------------------------------------
（一）总体方案设计----------------------------------------------
①导轨副的选用
②丝杠螺母的选用
③减速装置的选用
④伺服电机的选用
⑤检测装置的选用
（二）机械传动部件的计算和选型-----------------------
①导轨上移动部件的重量估算
②铣削力的计算
③直线滚动导轨副的计算和选型
④滚珠丝杠副螺母副的计算和选型
⑤步进电动机减速箱的计算
⑥步进电机的计算与选型
⑦编码器的选择
（三）工作台控制系统的设计------------------------------
（四）步进电机驱动电源的选用---------------------------
四、设计总结-----------------------------------------------------------
五、参考文献-------------------------------------------------------
一、设计目的
双坐标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的双坐标工作台，激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，双坐标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建议，通过这次课设，使我们全面系统的了解了数控机床的基本内容和基本知识，初步掌握设计方法，并学会应用手册标准等技术资料，同时培养我们的创新意识、工程意识和动手能力。
二、设计任务
三、题目：双坐标数控工作台设计
四、要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，主要参数：
五、1）两坐标分辨率脉冲当量δ=step；
2）最大轴向载荷Fxmax=800N，Fymax=750N：
3）工作台进给最快移动速度Vxmax=Vymax=1m/min：
4）采用滚珠丝杠、滚动导轨必要时增加减速机。
具体任务：
1）确定总体方案，绘制系统组成框图；
2）进行必要的匹配计算，选择适当的元器件；
3）机械部分装配图；
4）控制电路设计，绘制电器原理图1张；
5）编写设计说明书。
六、设计内容和步骤
七、（一）总体方案设计
八、1、机械传动部件选择
九、①导轨副的选用要设计的双坐标工作台是用来配套立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小，所以定位精度高，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。
十、②丝杠螺母副的选用电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足的脉冲当量，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、运动平稳、寿命长、效率高、预紧后可以消除反向间隙。
③减速装置的选用选择了步进电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，且应该有消间隙机构。为此，试采用无间隙齿轮传动减速箱。
④电动机的选用任务书规的脉冲当量达到，工作台最大移动速度也只有1m/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。
⑤检测装置的选用选用步进电动机后，可选开环控制，也可以选用闭环控制、半闭环控制。任务书所给的要求对于步进电机来说还是有些偏高的，为了确保电动机再运转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，拟在电动机的尾部旋转轴上安装旋转编码器，用以检测电动机的转角和转速。旋转式编码器应与步进电机的步距角相匹配。
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、电动机，以及检测装置拟采用相同型号和规格。
2、控制系统的设计
①设计的X-Y 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，所以控制系统应该设计成连续控制型。
②对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU ，应该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，还需要扩展程序存贮器、数据存贮器、键盘与显示电路、I/O 接口电路、D/A 转换电路、串行接口电路等。
④选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。
（二）机械传动部件的计算和选型
1、导轨上移动部件的重量估算
工作台外形尺寸：300×300×50 材料：铸铁
重量N G 333104.7105030030023≈?????=--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、工作平台、上层电动机、减速
箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为G=1000N 。 2、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，工件材料为碳钢，则由表1-1查得立铣是得铣削力计算公式为：
表1-1 硬质合金铣刀铣削力的计算公式（单位N ）[3]16
其中：p a 为背吃刀量mm ；a e 为侧吃刀量mm ；z f 为每齿进给量mm/Z ；f v 进给速度mm/min ；
Z 铣刀齿数；d 铣刀直径mm ；n 铣刀转速r/min Z n a d f a p z e C
F
13
.00.173.075.085.0118-= （1-1） 采用立铣刀进行铣削时，各铣削力之间的比值可由表1-2查得，考虑到逆铣的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：c f F F 1.1=，
c e F F 38.0=，c fn F F 25.0=立铣时，则工作台受到水平方向的铣削力分别
为
f
F和fn F。则纵向铣削力N
F
F
f
x
800
=
=,径向铣削力N
F
F
fn
y
750
=
=，
故
c
F≈max[25
.0/
,1.1/
y
x
F
F]，则工作台受到垂直方向的铣削力
N
F
F
c
z
1140
38
.0≈
=。
表1-2 各铣削力之间比值
铣削条件比值对称铣削
不对称铣削
逆铣顺铣端铣削
a e=~d/mm
z
f=~/
c
f
F
F/～～～
c
e
F
F/～～～
c
fn
F
F/～～～圆柱铣削
a e= d/mm
z
f=~/
c
f
F
F/～～
c
fn
F
F/～～
c
e
F
F/～～
3、直线滚动导轨副的计算与选型
①滑块承受工作载荷
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。X-Y工作台采用水平布置，利用双导轨、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：
F G
F +=
4
max （1-2） 其中，移动部件重量G=1000N ，外加载荷F=F Z =1140N ，代入式1-2得最大工作载荷kN N F 390.11390max ==。
则由表1-3.根据kN N F 390.11390max ==初选直线滚动导轨副的型号为ZL 系列的JSA-LG20型，其额定动载荷C a =，额定静载荷C 0a =。
②工作台面尺寸为300×300，加工范围为800×400，考虑工作行程应留有一定余量，查表1-4，按标准系列，选取导轨长度为1240mm.
1-4 JSA 型导轨长度系列
③距离额定寿命L的计算
上述选取的ZL系列JSA-LG45型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100℃，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。查表1-3~表1-9，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 =，代入式1-3，得距离寿命：
表1-5 硬度系数
表1-6 温度系数
表1-7接触系数
表1-8精度系数
表1-9 载荷系数
km F C f f f f f L a W R C T H 324850)(
3
max
≈?= （1-3）
常见球导轨的距离期望寿命为50km ，滚子导轨为100km ，由上式可知所选导轨的距离寿命远远大于期望值50km ，故距离额定寿命满足设计要求。
4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 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（与丝杠轴线平行）F x =800N ，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）F y =750N ，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）F z =1140N 。
表2-1 最大工作载荷F m 实验计算公式及参考系数
注：表中摩擦因数μ均为滑动导轨。对于贴塑导轨μ=～，滚动导轨μ=～。
表中，x F 为进给方向载荷，F y 为横向载荷，z F 为垂直载荷，单位均为N ；G 为移动部件总重力，单位为N ；K 为颠覆力矩影响系数；μ为导轨的摩擦系数。
已知移动部件总重量G=1000N ，按矩形导轨进行计算，查表2-1，取颠覆力矩影响系数K=，滚动导轨上的摩擦因素μ=。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：
N G F F KF F y z x m 7.895)]10001390750(005.08001.1[)(≈++?+?=+++=μ
②最大动载荷F Q 的计算
工作台在承受最大铣削力时，最快进给速度V=1000mm/min ，初选丝杠导程mm P h 5=，则丝杠转速min /2005
1000
11000r P v n h =?=?=
，取滚珠丝杠的使用寿命为T=15000h ，则丝杠寿命系数：
18010
15000
2006010606
6
0=??=
=nT
L （610） 查表2-2，取载荷系数2.1=w f ，滚道硬度为60HRC 时，取硬度系数H f =，代入式1-4，求得最大动载荷：
表2-2 滚珠丝杠载荷系数
H
f ——硬度系数（≥58HRC 时，取；等于55HRC 时，取；等于时，
取；等于50HRC 时，取；等于45HRC 时，取）： N F f f L F m H W Q 60708960.12.1180330≈???== (1-4)
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G 系列2005-3型滚珠丝杠副，其公称直径为20mm ，导程h P 为5mm ，循环列数为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N ，大于Q F ，满足要
求。
④传动效率η的计算
将公称直径d 0=20mm ，导程P h =5mm ，代入)]/(arctan[0d P h πλ=，得丝杠螺旋升角'334?=λ。将摩擦角01'=?，代入()?λλη+=tan /tan ，得传动效率%4.96=η，效率要求大于90%，该丝杠副合格。 ⑤刚度的验算
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。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=1100mm ；钢的弹性模量E=×105MPa ；查附件3，得滚珠直径W D =，丝杠底径d 2=，丝杠截面积
22
212.2064/mm d S ==π。
丝杠的拉伸或压缩变形量δ1在总变形量中的比重较大，可按下式计算：
IE
Ma ES a F m πδ22
1±±= (1-5)
式中 ：
F m ——丝杠的最大工作载荷，单位为N
a ——丝杠两端支承间的距离，单位为mm E ——丝杠材料的弹性模量，钢的E=×105MPa S ——丝杠按底径d 2确定的截面积，单位为mm 2
M ——转矩，单位为N ·mm
I ——丝杠按底径d 2确定的截面积惯性矩（64/42d I π=），单位为4
mm
由于转矩M 一般较小，谷第2项在计算时可忽略不计，则得：
mm ES a
F m 0228.012
.206101.2896
110051≈???==
δ （1-6） 滚珠与螺纹滚道间的接粗变形量2δ：
无预紧：32
21010038.0???
? ??=∑Z F D m δ (1-7) 有预紧时：3
2
210
/100013.0∑
=Z F D F YJ w m
δ （1-8）
式中：
W
D ——滚珠直径，mm
∑Z ——滚珠总数量，Z ∑=Z ×圈数×列数
Z ——单圈滚珠数，w D d Z /0π=（外循环），()3/0-=W D d Z π（内循环） YJ F ——预紧力，单位N
因为选择为内循环，故203)/(0=-=w D d Z π
601320=??=??=∑列数圈数Z Z 故：
mm 0034.0)60
10896(175.310038.03
2
2≈??=δ （1-9） 丝杠预紧时，取轴向预紧力N F F m YJ 2993/==，因为丝杠加有预紧力，且为轴向载荷的1/3，所以实际变形量可减小一半，取2δ=。将以上算出的21δδ和代入21δδδ+=总，求得丝杠总变形量
m 5.24m m 0245.00228.00017.0μδ==+=总。
本设计中，丝杠的有效行程为1000mm ，由查表得，5级精度滚珠丝杠有效行程在800~1000有效行程的允差为40m μ，可见丝杠的刚度足够。
⑥压杆稳定性校核
滚珠丝杠是属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能
产生失稳现象。失稳时的临界载荷F k 应满足：
m k k F Ka
EI f F ≥=2
2π 式中 k F ——临界载荷，单位N k f ——丝杠支承系数，如表所示
K ——压杆稳定安全系数，一般取～4，垂直安装时取小值
A ——滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为mm 。
表2-3丝杠支承系数
查表2-11，取f k =1；由丝杠底径d 2=，求得截面惯性矩：
44
288.338064
mm d I ≈=
π压杆稳定系数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1100mm 。则得临界载荷：
N F k 19281100388
.3380101.212
52≈?????=π>896N ，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。
5、步进电动机的减速箱的选用
为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机轴上尽可能小，决定在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。采用一级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联接，滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用弹簧错齿法消除侧隙。 已知工作台的脉冲当量δ=step ，滚珠丝杠的导程h P =5mm ，初选步进电动机的步距角α=°，算得减速比：
12
25)001.0360/()515.0()360/()(=??=?=δαh P i
按图，选一级齿轮传动
本设计选用JBF-3型齿轮减速箱，大小齿轮模数均为1mm ，齿数比为75:36，材料为45钢，齿表面淬硬后达55HRC 。减速箱中心距为a=[(75+36)/2]=，小齿轮厚度为20mm ，双片大齿轮厚度均为10mm 。
6、步进电动机的计算和选型
7、 ①计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J
已知：滚珠丝杠的公称直径d 0=20mm ，总长l=1240mm ，导程P h =5mm ，材料密度ρ=×10-3kg/3cm ，移动部件总重力G=1000N ，小齿轮宽度b 1=20mm ，直径d 1=36mm ，大齿轮宽度b 2=20mm ，直径d 2=75mm ，传动比i=25/12。 滚珠丝杠的转动惯量：
21
4344789.132
10120021085.732
cm kg l
d J S ?=?????=
=
--ππρ
小齿轮的转动惯量：
21
4131
41259.032
1020)1036(1085.732
cm kg b d J z ?=??????=
=
---ππρ
大齿轮的转动惯量：
21
4132
42877.432
1020)1075(1085.732
cm kg b d J z ?=??????=
=
---ππρ
拖板这算到丝杠上的转动惯量：
2222634.010
1000)25.0()2()2(
cm kg g G P m P J h h w ?=?===πππ 初选电动机型号为90BYGH3501，为三相混合式步进电机，由南京华
兴电机制造有限公司 ，查的该型号电动机转子的转动惯量
m J =42cm kg ?。
则加在步进电机转轴上的总转动惯量为：
222159.34/)(cm kg i J J J J J J s w z z m eq ?=++++= （2-1）
②计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 分快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算: 快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩1eq T ：
0max 1T T T T f a eq ++= （2-1）
式中：
max a T ——快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩 f T ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩
T 0——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩 由式2-1可知，1eq T 包括三部分：一部分是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩max a T ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩f T ；还有一部分是滚珠丝杠于预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T 。因为滚珠丝杆副传动效率很高，因为
0T 相对于max a T 和f T 很小，所以可以忽略不计。
考虑传动链的总效率η，计算快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：
η
πη
ε
1
6021
max a m eq eq a t n J J T =
= （2-2）
式中：
eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量， ε——电动机转轴的角加速度，rad/s 2 m n ——电动机转速，r/min
t a ——电动机加速所用时间，s,一般在～1s 之间选取。(这里取
η——齿轮组总效率，取η= 其中：
δ
α
360max v n m =
（2-3） 式中 m ax v ——空载最快移动速度，任务书指定为1000mm/min;
α——步进电机步距角，预选电动机为° δ——脉冲当量，任务书指定为step 将以上各值代入式2-3中，算得m n =416r/min
设步进电动机由静止到加速至m n 转速所需时间s t =，传动链总效率η=。则由式2-2求得：
m N T a ?=?????=-542.07
.04.060416
1089.3424max π
移动部件运动时，折算到电动机轴上的摩擦转矩为：
i
P G F T h
z f πημ2)(+=
（2-4）
式中 F 摩——导轨的摩擦力，N P h ——滚珠丝杠导程，m η——齿轮总效率，取η=
i ——总的传动比，i=n m /n s ，其中n m 为电动机转速，n s 为丝杠的转速。
μ——导轨摩擦因数（滑动导轨取~）,滚动导轨取～）；这里取 F z ——垂直方向的工作载荷，空载时F z =0。 则由式（2-4），得： m N m N T f ?≈????+?=
003.012
/257.02005
.0)10000(005.0π
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························
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
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： 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：为步进电机的步距角，为滚珠丝杠导程，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围的1.1倍。所以：X ＝200×1.1＝220mm, Y ＝150×1.1＝165mm ，其厚度初定为30mm 。 选择工作台的型槽为T 型槽，查电子版《袖珍机械设计师手册》中的T 型槽和相应螺栓(摘自 GB/T158-1996) 表
引言 对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。 使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。 培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的能力，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。 培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。 使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。 本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。 目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是： 1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2．在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力； 3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。
本科毕业设计（论文）通过答辩 目录 绪论 (4) 第一章：总体方案设计 (4) 1.1 设计任务 (4) 1.2 总体方案确定 (6) 第二章：机械系统设计 (6) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (7) 2.2滚动导轨的参数确定 (8) 2.3 滚珠丝杠的设计计算 (11) 2.4 电机的选用 (14) 2.5 伺服电机惯性负载的计算 (15) 2.6 轴承的选用 (15) 2.7 轴承的类型 (15) 2.8 轴承调隙、配合及润滑 (15) 2.9 滚动轴承的密封装置 (16) 2.10 本章小结 (16) 第三章控制系统硬件设计 (16) 3.1 CPU板 (16) 3.2 驱动系统 (19) 3.3 传感器及软硬件设计 (20) 第四章控制系统软件设计 (25) 4.1 总体方案 (25) 4.2 主流程图 (25) 4.3 INT0中断服务流程图 (26) 4.4 INT1中断服务流程图 (27) 第五章参考文献 (20)
任务书 班级：学号：姓名： 题目：双坐标数控工作台设计（200×200） 时间：2009年11月6日至2009年12月25日共6周 要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机） 具体任务： 1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）； 2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件； 3、机械部分装配图1张（A0）； 4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图1张（A1或A0）； 5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。 班级： 学生： 指导教师：
第1章设计背景 今天的办公空间正向着信息化、高效化发展，科技和人文的含量日益增多，表现在办公家具的功能上已不仅仅是物质上的，也包括精神上的。新世纪的上班族，走在时代的前端，他们追求个性和时尚，渴望拥有良好的办公环境和人性化的办公家具。对于很多企业来讲，也希望通过优质的办公家具，营造高效、舒适、便捷的现代办公氛围，激增员工的信赖感和归属感，树立企业形象，体现文化品质。 另外，从办公家具的消费市场看，消费者的选购倾向也发生了许多变化，中高档市场和低端市场的分化越来越明显，中高档市场的规模越来越大，很多国际著名的办公家具公司如美国的STEEL-CASE、日本的内田洋行纷纷以高格调、高品位的精品打入国内市场。这说明，消费者的选择层面不断提高，开始追求高品质的办公家具， 这也对办公家具的设计提出了新的要求。 第2章办公家具设计的四大要素 家具由功能、色彩、材料、结构等方面组成一定的形态，给人一种整体视觉形象。家具形态是信息的载体，设计师通过特有的造型语言进行家具的形态设计，传达思想理念，消费者通过家具的特有形态，寻求一种文化、身份的体现。因此要确定办公家具的形态必须先从四大要素的研究开始。 2.1 功能设计 办公家具设计的任务是为人们的工作创造便利、舒适的物质条件，功能要在家具构成的形态中得以实现，离开功能去谈家具的美感是毫无意义的。既然家具是为人所用的，研究家具产品的功能要素，其出发点必然要满足人的各种心理、生理和行为
要求。 通常单人的办公空间包括以下五大办公家具：办公桌、办公椅、访客椅、储物柜、 接待用的沙发和茶几。 多人办公空间主要包括三大办公家具：工作台、办公椅、储物柜。 2.2 色彩设计 1．功能要求：办公家具的色彩设计应服从功能的要求。如黑、棕色向来给人凝重感，用它们装点会议室，会促使人集中思考，用于老板椅和会客室桌椅，凸显权利、地位、档次和品位。可以用色彩变化技术与造型细节点、功能延伸处结合，来突出家具使用功能的识别。如多功能的组合家具，用色彩的区分加以“标识”，可以使消费者充分利用组合家具的任一种功能，实现物尽其用，也是辩证理解节约的一个方面。2．室内环境：对于具体的办公环境而言，家具应与室内环境的色彩相适应，使整个房间的色调和谐统一。室内空间较小，墙面为冷色调时，选用冷色调的家具，可以使家具隐退到墙壁中，与墙壁浑然一体，形成一个同一的背景，以扩大空间感；室内空间较大，家具也不多的情况下，家具色彩可以与墙面色彩成补色关系，突出家具的前景位置，使墙面起衬托的背景作用，减少空旷感；采光较好的室内采用浅色调或中等深浅色调的家具：采光较差则应采用纯度较高的家具，以便突出家具形体。3．人的心理、生理要求：近年来医学研究表明，家具色彩能“左右”人的心理，从而影响身体健康。如白色对易动怒的人可起调节作用，这样有助于保持血压正常；蓝色具有调节神经、镇静安神的作用；绿色具有镇静神经、降低眼压、解除眼疲劳、改善肌肉运动能力等作用；黑色具有镇静、安定的作用。
目录 1.序论 (1) 1.1设计的目的 (1) 1.2设计的意义 (1) 1.3设计的任务 (1) 2.总体方案设计 (2) 2.1二维数控精密工作台的原理 (2) 2.2设计的整体方案 (3) 2.2.1工作台总体结构的确定 (3) 2.2.2传动方案的确定 (3) 2.2.2.1丝杆螺母副的选用 (3) 2.2.2.2导轨副的选用 (4) 2.2.2.3联轴器的选用 (4) 2.2.2.4伺服电动机的选用 (4) 2.3绘制总体方案图 (4) 3.机械系统的设计计算 (5) 3.1滚珠丝杆选择 (5) 3.1.1滚珠丝杆工作长度计算 (5) 3.1.2计算载荷 (6) 3.2.3额定动载荷计算 (7) 3.1.4稳定性校核 (8) 3.1.5滚珠丝杆副的刚度计算 (9) 3.2滚动直线导轨选择 (9) 3.2.1导轨额定寿命计算 (10) 3.2.2导轨工作载荷计算 (11) 3.3联轴器的选择 (11) 3.3.1联轴器传递功率确定 (12) 3.3.2联轴器的选定 (12) 3.4轴承选择 (13) 3.5步进电机的计算与选型 (14) 3.6系统整体性能计算 (15) 3.6.1步进电机轴上总当量负载转动惯量计算 (15) 3.6.2系统刚度计算 (16) 3.6.3系统固有频率计算 (16) 3.6.4系统死区误差计算 (17) 3.6.5由系统刚度变化引起的定位误差计算 (17) 4工作台整体装配图及零件图 (20) 5总结 (20) 6参考文献
1.序论 1.1设计的目的 “精密机械设计基础”课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。在这次课程设计中不仅仅是完成一项指定的任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。学生在课程设计中定位为设计者，对方案进行筛选论证，考虑结构工艺性和选材。整个设计采用AutoCAD和Solidworks完成，从3D建模到2D 图纸。要求学生至少做出一张可用于加工的图纸，图纸的尺寸标注要合理，要有尺寸公差和行为公差，要正确选择材料，要有技术要求。总之，通过本次课程设计使学生知道，设计过程包括哪些步骤，能够投放生产的加工图纸是什么样子的。其目的是: （1）具体应用、巩固加深和扩大课程及有关先修课程的理论知识、生产知识，了解精密机械设计的一般设计方法和步骤，培养学生的实际设计能力，为以后进行毕业设计打下基础。 （2）掌握正确的设计思想，并通过本次课程设计使同学们掌握仪表的设计思想。 1.2设计的意义 精密机械课程设计是一次比较完整的精密机械设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节。对于学生能力的培养具有重大意义。 1.3设计的任务 设计一个数控X-Y工作台，该工作台可用于铣床上坐标的加工和塑料、铝合金零件的二维曲线加工。其实际结构如下图1.3所示：
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。
机械学院 机械设计制造及其自动化专业 机电模块课程设计 设计题目二坐标数控工作台设计 专业机械设计制造及其自动化 姓名 学号 班级 指导教师 学期2011～2012学年第二学期 设计时间2012.02.17～2012.03.9 内附资料1、课程设计说明书一份（含设计任务书）； 2、二坐标数控工作台装配图一张（A0）； 3、二坐标数控工作台电气控制原理图一张（A1）； 4、计算说明书草稿一份。 成绩 2012年3月
目录 一.机电专业课程设计目的 (2) 二.机电专业课程设计的任务和要求 (2) 三.X轴方案及参数计算 (2) 1.方案拟定 (2) 2.X轴步进电机参数确定及选择 (2) 3.X轴圆柱斜齿轮传动设计 (3) 四. X轴机械结构总体设计计算 (6) 1. X轴滚珠丝杠设计计算 (6) 2. X轴滚动导轨设计计算 (6) 五.Y轴方案及参数计算 (7) 1.Y轴步进电机参数确定及选择 (7) 2.Y轴联轴器选择 (9) 六. Y轴机械结构总体设计计算 (10) 1. Y轴滚珠丝杠设计计算 (10) 2. Y轴滚动导轨设计计算 (11) 七.绘制装配图 (12) 八.设计总结与分析 (12) 九.致谢 (13) 十.参考文献 (13)
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。 二机电专业课程设计的任务和要求 在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和行程。 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅）1张； （2）数控系统电气原理图（2＃图幅）1张； （3）设计说明书（10～20）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。 三X轴方案及参数计算 1．方案拟定 方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。（1）驱动控制方式由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。 （2）传动形式确定 工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。 工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。 工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。 2. X轴步进电机参数确定及选择 X参数选定与计算 v x=1.5 m/min=0.025m/s, F x=220N, P x=F x v x=5.5 W 1）脉冲当量选择 初选五相电机，按五相五拍工作时，步矩角α=0.72°,初定脉冲当量δ=0.005mm/p, 丝杠导程t sp=5 mm,中间齿轮传动比i为: i=(αt sP)／(360i)=0.72×5／(360×0.005)=2 由i确定齿轮齿数为Z1=20,Z2=40,模数m=1mm,齿宽b1=13mm,b2=15mm(计
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。
数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计 1 引言 数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。 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：数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计 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=15mm ； 2. 立铣刀齿数Z=3; 3. 最大铣削宽度e a =15mm; 4. 最大背吃刀量p a =8mm; 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==0.01mm;
7. X 、Z 方向的定位精度均为0.04mm; 8. 重复定位精度为0.02mm; 9. 工作台尺寸 250×250㎜; 10.X 坐标行程 300mm; 11.Y 坐标行程 120mm; 12.工作台空载进给最快移动速度：V xmaxf =V zmaxf =1500mm/min; 13.工作台进给最快移动速度:max max 400mm /min x f z f V V ==; 3 总体方案确定 3.1机械传动部件的选择 3.1.1导轨副的选用 要设计数控车床X-Z 工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度不是很高，因此选用直线滑动导轨副，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。 3.1.2丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足0.004mm 冲当量和01.0±mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。 3.1.3伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.01mm ，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此1500mm/min ，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。 3.1.4减速装置的选用 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，需要设置减速装置，且应有消间隙机构。因此决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 3.1.5检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所
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)
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
课程设计 课程名称：数控技术课程设计 学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号： 年级：任课教师： 2012年 1 月 16 日
课程设计任务书
课程设计（论文）任务书 学生姓名：指导教师： 任务书发出时间2011年12月25日 设计时间2011年12月26日——2012年1月16日 设计（论文）题目数控技术课程设计 设计（论文）内容 ①结合设计任务的要求拟定总体机械和电气控制设计方案。 ②根据拟定的机械设计方案进行二坐标数控工作台的机械结构设计计算和元件的 选用。 ③根据拟定的电气设计方案进行数控系统控制电路的框图设计及驱动控制电路的 计算和元件选用。 ④根据指定要求进行有关软件的流程图设计。 ⑤对指定的软件程序进行编写。 ⑥进行机械结构的工程图和电气原理图的绘制。 ⑦编写设计说明书。 设计（论文）的要求（含说明书页数、图纸份量） ①方案拟定正确。 ②设计计算根据来源可靠，计算数据准确无误。 ③元气件选用正确规范符合国家颁布标准。 ④机械结构图纸绘制视图完整、符合最新国家标准，图面整洁、质量高。 ⑤电气部份图纸要求符合国家标准，图面布局合理、整洁、质量高。 ⑥机械和电气部份图纸总量为 1.5 张“0”号图量，其中含机械装配图1～2张、 电气控制原理框图及计算机I/O接口和驱动控制电路等电气原理图1～2张。 ⑦课程设计说明书应阐述整个设计内容：如课题来源现实意义、总体方案确定、 系统框图分析、电气执行元件的选用说明、机械传动和驱动电路的设计计算以 及机械和电气的其它部分。说明书要突出重点和特色，图文并茂、文字通畅、 计算正确、字迹清晰、内容完整。说明书页数不少于 20 页
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
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)
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。
机械学院 机械设计制造及其自动化专业机电模块课程设计 2011、03
目录 一.机电专业课程设计目的 (1) 二.机电专业课程设计的任务和要求 (1) 三.X轴方案及参数计算 (1) 1.方案拟定 (1) 2.X轴步进电机参数确定及选择 (1) 3.X轴联轴器选择 (3) 四.X轴机械结构总体设计计算 (3) 1.X轴滚珠丝杠设计计算 (3) 2.X轴滚动导轨设计计算 (4) 五.Y轴方案及参数计算 (5) 1.Y轴步进电机参数确定及选择 (5) 2.Y轴联轴器选择 (7) 六.Y轴机械结构总体设计计算 (7) 1. Y轴滚珠丝杠设计计算 (7) 2. Y轴滚动导轨设计计算 (8) 七.绘制装配图 (9) 八.电气原理图设计 (10) 九.参考文献 (11)
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、机电专业课程设计的任务和要求 在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和行程。 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅） 1张； （2）数控系统电气原理图（2＃图幅） 1张； （3）设计说明书（10～20）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。 三X轴方案及参数计算 1．方案拟定 方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。 （1）驱动控制方式由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。 （2）传动形式确定 工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。 工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。 工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。 2.X轴步进电机参数确定及选择
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： 设计组长： 设计队员： 指导老师： 二〇〇七年三月
一、总体方案设计 1.1 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±0.01mm，定位精度为0.025mm。 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。 1.2 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）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。 （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。
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