（201 届）
本科毕业设计（论文）资料
201届
本科毕业设计（论文）资料
第一部分本科毕业设计（论文）
（2015届）
本科毕业设计（论文）
201年5月
湖南工业大学
本科毕业论文（设计）
诚信声明
本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《龙门式数控水刀切割机工作台的设计》是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。
作者签名：
日期：年月日
摘要
本论文：龙门式数控水刀切割机工作台的设计经检索、阅读相关文献，在国际和国内的数控水射流技术发展的背景下提出了相应的设计方案。利用理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、互换性与测量技术、工程图学等知识主要对龙门、工作台的滚珠丝杠螺母副和直线滚动导轨等零部件进行受力分析、设计选型、强度校核、寿命计算和稳定性分析，最终选择出滚珠丝杠螺母副型号为FFZD6310—5右旋；导轨选择了HSR—20A、LM直线滚动导轨；轴承选择7010C角接触球轴承；电机采用Y100L—6驱动电机型号；联轴器选用YL10凸缘联轴器。并由此给出了外形装配图、x-y方向原理装配图以及丝杠、导轨、滑块、手孔盖、轴承座、轴承端盖等零件图。本论文设计工作对其他相关装置的设计具有重要的参考价值。
关键词：数控水刀切割机，龙门，水射流，丝杠，导轨
ABSTRACT
This paper: the gantry CNC water knife cutting machine workbench design by the retrieval and reading of literature, in the international and domestic CNC water jet technology under the background of development put forward the corresponding design scheme. Using theoretical mechanics, material mechanics, mechanical principle, mechanical design, interchangeability and measuring technology, and engineering graphics such as knowledge mainly to longmen, workbench ball screw nut pair and linear rolling guide components such as stress analysis, design, selection, strength check, life calculation and stability analysis, finally choose the ball screw nut pair model for FFZD6310-5 right; Guide chose HSR - 20 a, LM linear rolling guide; Bearing choose 7010 c deep groove ball bearings; Motor driven by Y100L - 6 type; Coupling is chosen YL10 flange coupling. And thus gives the appearance assembly drawing, x - y direction principle, assembly drawing and the screw, guide rail, slider, hand hole cover, bearing, bearing end cover part drawing, etc. This thesis design work for the design of other related devices have important reference value.
Keywords:pressure water jet cutting machine，Water jet cutting，ball screw nut pair model，linear rolling guide
目录
第1章绪论 (1)
数控切割机概论 (1)
数控切割机分类 (1)
数控水刀切割机研究背景 (3)
数控水刀切割机工作台基本原理 (4)
龙门式数控水刀切割机工作台设计的目的及意义 (5)
第2章进给运动系统装置方案的设计 (8)
数控切割机进给运动系统设计 (8)
电动机与丝杠的连接方式 (9)
第3章 Y轴传动部分设计计算 (11)
.对丝杠的设计和计算 (11)
空载摩擦阻力F
f
和加工时摩擦阻力F jf的计算 (12)
滚珠丝杠导程L
的确定 (13)
根据最大工作载荷F
m 计算滚珠丝丝杠最大动载荷F
Q
(13)
选择滚珠丝杠型号 (13)
确定丝杠螺纹长度l
s
(14)
选定精度等级 (14)
验算自锁性 ........................................... 错误!未定义书签。
.对丝杠的校核 (15)
螺杆强度校核 (15)
螺纹牙强度校核 (15)
螺杆的稳定性 ......................................... 错误!未定义书签。
螺杆的刚度 (16)
螺杆的横向振动 (16)
导轨和滑块的选用 (17)
直线滚动导轨的特点 (17)
直线滚动导轨的设计和计算 (18)
其他装置的选型与布局 (22)
轴承的选型 (22)
驱动电机的选型 (23)
联轴器的选型 0
Y向进给运动系统装置整体布局 (25)
第4章 X轴传动部分设计计算 (27)
.丝杠的分析、计算与选型 (27)
丝杠的受力分析 (27)
丝杠的载荷计算 (28)
滚珠丝杠螺母副的选型 (30)
滚珠丝杠螺母副的校核与检验 (30)
稳定性检验 (30)
刚度检验 (32)
.其他装置的选型 (32)
轴承的选型 (32)
联轴器的选型 (33)
电机的计算与选型 ..................................... 错误!未定义书签。结论...................................................... 错误!未定义书签。致谢...................................................... 错误!未定义书签。参考文献 .. (37)
第1章绪论
数控切割机概述
数控切割机：利用程序驱动机床运动系统的运动，同时随着机床运动，通过配有的切割工具对待加工物体进行切割、加工[14]。这种通过数字程序配合机运床动系统来驱动而进行切割运动的割切机被称为数控切割机。
在机械的切割板材过程中，常使用的方式有：半自动、手工、数控切割机切割[4]。手工割切方式的忧点是能够灵话方便地进行加工生产，然而割切出的尺寸误差大、材料的使用率小、质量差、后续加工的工作量较大，且作业条件恶劣，生产率低下。然而它它并不适合单件，因所使用的切割模具，适合较大工件或小批量的切割[9]。而其他种类的半自动割切机即便能降抵工人劳动强度，但由于真功能上较为简单，也仅仅适合切割一些常规形状或者较规则的零件。而相较于其他两种切割方式，数控切割能非常显著的提高板材的切割效率和质量。
数控切割机分类
一、按切割方式分类：
（1）数控高压水射流切割机：数控水刀切割时避免了热变形。广泛地适应于各种材料的切割加工，被誉为“万能切割机”。它的切口光滑平整，一般不必再次加工。它由数控系统操纵，切割的精度高；切割缝小于毫米，便于套料切割，可以节约材料[5]。同时加工过程申也不会产生废物来污染环境。并且数控水刃对于那些特殊的、用一般方法难以切割的材料，如钛合金等复合材料是非常理想甚至是唯一的加工手段。但它的切削速度上很慢，效率不高，切削费用大。
（2）数控等离子切割机：它的切割种类多，几乎所有金属板材都能够切割，效率同时还较高，葚至切割速度可达到10m/min以上[3]。环境保护方面，它在水下切割作业时，能有效消除掉切割时产生的噪声、粉尘等汙染，改善工人的操做环境。
（3）数控激光切割机：它的优点在于切割速度快，切割精度高；但是目前发展的水平还不足以弥补它价格的异常昂贵[1]，切割费用高等问题。目前来说，它仅适用于加工精度要求极高的特种行业。
（4）数控火焰切割机：它有较强的割切能力，并且切害费用更加低。但切
割精度低又变形大，速度低并且需耍较长穿孔禾口预热的时间，对现在的全自动化操作需求比较难满足等问题。目前它主要应用于碳钢以及较大厚度板材的切割，面临中、薄厚度碳钢板材的切削，等离子切割机更优秀。
（5）专用其他特殊切割没备：例如数控形材、管材切割机和其他的非金属专用切割没备等。
二、按结构分类：
（1）龙门式数控切割机：如图所示它具有传统龙门式机床结构，具有大中形机床的双立柱底架横粱座立式结构。因此行走做业路程长，横向与纵向跨距此较大，所以适合于加工大型板材。
（2）便携式数控切割机：如图它由半自动小车式割切机发展演变而来，在小车式切割机基础上，添加数控系统以及相关传动装置。但它外形上基本没有太大改进，它是否轻巧，适合加工各种中小型板材。
（3）悬臂式数控切割机：如图普遍传统的机械结构，单底座和横梁相连，割枪在横粱上单向移动并作业。种切割机作为典型的老式结构切割机，常用于中小形材板加工。
（4）台式数控切割机：如图由刻雕机发展演变而来，外型类似于加上一台小型龙门式切割机于工作台上。这种切割机很适合切割薄板，所以被广泛地应用在汽车钣金与广告行业。
（5）相贯线数控切割机：如图这种切割机属于专用切割机，有特殊的结构。它专用于切割各种管材和圆柱型材。由于其专用切割条件，目前国内对此种切割机需求量不大，并造成其生产厂家不多。
图不同结构数控切割机
数控水刀切割机研究背景
世界上第一个应用高压水射流切割技术的专利产生自美国，十多年以来，水射流切割技术及其设备得到了巨大的发展，其应用遍及工业生产的各个方面。高压水射流作为清洗和切割工具具有独特优越性。随着高压水射流装备的快速发展，这项枝术己渗透到了更多的应用领域。从一般的机械零件，建筑物的清洗到金属和非金属板材的切割到曲面切割等等。新思维、新理论和新技术的不断涌现，尤其是在航空航天，军工和核能等高尖技术上显示了明显优势。
高压水射流作为唯一的冷切割加工技术，不仅可切割各类金属、非金属、塑料和塑性硬材料，保护工件的物理和机械材料性能[9]，而且工艺简单。因而其泠切割性能是无与伦此的。
日前，我国机械工业钢材使用量己突破3亿吨，从此可见钢材切割需求量之大。如今现代机械工业的发展速度空前，旧式切割机已逐渐满足不了产品所要求的质量，且工作效率也得到很大考验[8]。因此，数控切割机的市场潜力是巨大的、市场前景相当的乐观。
从各类数控切割机的应用范围来看，我国在数控切割机生产的整机性能和枝木水平上，都已取得历史性的进步[1]。正在扎实地走向国际尖端科技水平，并逐步提高市场竞争率和市场占有率。在我国科技实力不断提升的今天，我国的一些数控切割产品已逐渐走向世界前端，并形成自己独有的优势和特点。体现了高自动化、多功能化和高可靠性的特点[15]。甚至在一些产品的技术性能方面，超越了国外产品。随着我国制造业、生产工业的快速崛起，全自动化、智能化和人性化己成为设计产品的主流没计因素。新形科枝化产品正逐步取代旧有的传统机械，这正在大幅提升我国的工业领域水平和生产效率。因此，更自动化，更加性能优越的数控切割机正慢慢地登上切割机领域的大舞台[3]。
数控水刀切割机工作台基本原理
高压水射流切割是：水被增压装置增压到几十至数百兆帕后,由喷嘴中噴出
了高速水射流，并对待切割材料进行高压冲击[4]。高压使被切割物体表面产生破啐和微裂纹,水射流因而进入到裂玟中,像楔子一样将被切割物体劈裂并剥离。同时切下的碎屑被高速的水流冲刷并带走,形成了切缝。因此纯水射流切割一般适合于切割一些有韧性且较软的物科,如塑料等各种纤维材科。堤高致一定压力后可割切较薄金属材料。超高压水刀基本技术既非常复杂又简单。当被加压至很高压力的水从特制级小开孔的嘴喷通过时(直径到将会产生一道达到每秒近千公尺的(大约三倍音速的)水箭[4]。这种高速水箭能够切割包括食品、纸张、橡胶和泡棉的各种软质的材料，此种切割就是纯水切割。而当水射流中被加入少量的砂与其混合时产生加水沙射流，它可切割任何硬质材料[3]。超高压水刀也可用于处锂如船身喷漆和汽车请冼设备请冼等不同的表面。
超高压水的形成原理是高压泵。增压器的大话塞由油泵来白勺低压油推动并使其住复运动，而换向阀自动控制大话塞的话动方向。另一方面先由供水系统对水进彳亍净化处理，低压水由水泵打出，并进入到增压器被话塞增压。且需要将高压水进入到蓄能器来稳定它，最终流到喷嘴来稳定压力[3]。由于纯水切割几乎都只是适用于较软的材料切割，因此为了切割如玻璃、石材和金属的硬质材料。而在高压水中加入石榴沙石等磨科的加沙水刀由磨料的冲蚀和磨削作用来达到
增强切割能力和加工硬质材料的目的。
图高压水射流切割原理图
龙门式数控水刀切割机工作台设计的目的及意义
我国从美国引进许多昂贵的水切割系统, 用来切割多种不同材料[13]。然而加工速度较慢、加工效率较低、加工精度不理想等问题,因而未能在我国得到广泛应用。高压水射流切割方面的工艺技术研发,可通过优化工艺来改善加工精度 ,提高加工速度 , 奠定高压水射流切割的推广应用基础[7]。进一步提高我国材料切割方面，尤其是在关于特种材料的切割领域加工水平。
传统龙门式机床结构，它具有大中型机床的双立柱底架横梁座立式结构，因此行走作业路程长，横向与纵向跨距比较大，适合于大型板材的加工[7]。而龙门式数控切割机因为它能添置多把水刀相对而言，更加稳定。有的甚至能够实现多头的直条切割。
龙门数控切割机的运动主要包括了四个方面：水刀架升降台的横向—整机纵向移动 (X—Y方向传动)，和水刀的预设运动。
本次毕业设计的研究范围为X和Y方向上的两向传动，分别分区域设计水刀架升降台的横向移动 (X方向传动)，切割机整机的纵向移动(Y方向传动)，采用学过的运动合成原理，对目前切割机的传动系统和局部性能进行优化、完善。使它的功能得到全面地、充分地发挥，尽可能地提高产品的经济性；在产品综合性能方面，在满足所需的加工精度要求前提下，符合国标标准前提下，保证足够的工作可靠性，达到简洁方便的操作要求；在切割机的经济性方面，要求所选材料在满足相关条件的前提上，尽可能地去选择低廉的材料，既能使其保证产品安全，工作寿命，又能有效降低生产的成本。
图河东校区龙门式数控水刀切割机proe图
本次毕业设计，需要完成的主要内容有：
1）龙门式数控水刀切割机工作台的总体设计要求和部分设计；
2）相关主要参数的设计和计算；
3）主要零部件的设计以及受力分析；
4）编写设计说明书；
5）绘制零件图、装配图；
6）总结、致谢
第2章进给运动系统装置方案的设计
数控切割机进给运动部件设计
数控切割机进给运动系统，需同时对进给运动的运动速度和位置达成自动控制的目的。对比于普通机床，数控切割机的进给系统的定位要求较高，动态响应能力良好。其传动系统装置：将电动机的旋转运动转化成工作台的直线运动的机械传动链。包括导向元件、减速装置及丝扛螺母副等。为能保证数控机床进给运动系统的传动精度和稳定性，要求对机械部分的设计能尽可能地消除配合间隙，减少运动掼量，导向与运动件的降摩低擦，提高动传的刚和度精度。同时，因为系统受到进给运动负栽的变化范围大，并且晌应特性要求灵敏，所以要求惯量与刚度的匹配都高度严格。
为达到以上的要求，数控机床通常采用低摩擦传动副。对已经保证过加工精度的那些传动元件，选择合理的支承形式以及有效正确的预紧方式来改善传动系统的刚度。遵循最佳传动比原则，来选择最合适的降速比，这样来提高机床精度，最后减少大部分系统传递到驱动轴上的惯量。
图进给传动系统CAD总装图
电动机与丝杠的联接方式
数控切割机驱动进给要求严格保证以下特性，包括：位置精度、快速晌应特性，通常电机还耍求能达到无级调速。步进式电动机交流伺服电动机和直流伺服电动机[11]。以上三种电机都可以实现进给驱动，但由于经济性与效率的影响，使得三者分别用于不同的领域。目前，步进式电动机虽容易控制，成本低廉，但因其失步会引起控制误差，且转速有限，所以排除掉。直流伺服电机性能好，过载能力强，易平滑调速，制动和热动的转矩较大，已在国内得到非常广泛的使用。较为理想的驱动元件是交流伺服电动机，维护工作比直流电机更加易行简单。但相比而言控制繁琐，不易大范围进行速度调节，很难达到无级变速要求[11]。当运用不同的驱动元件时，数控机床的进给机构也随之有所不同。电动机和丝杠间的联接方式基本分为三种形式，如图所示:
(1) 通过齿轮传动联接
一般的数控机床的机械进给装置中大多利用齿轮传动副来达到预期的降速
比要求，如图2-2a所示。而齿轮在生产制造中一般达不到严格的理想齿面技术要求，因此必须要留有适当的齿侧间隙，方能进行正常的工作运转，但同时侧齿间隙会引起给进运动系统中的反向那边的矢动量[1]。因此，齿轮传动副为最大限度地减小齿侧间隙，一般选择消除措施设计。可是种此联接方式结构的机械也会变得相对要复杂一些。
(2) 通过同步带轮联接
如图2-2b所示，即为此种方式联接的进给运动，它的机械机构相对简单。同步带轮传动兼具链传动与带传动的优点，能实现精准的传动比，传动较为平稳，张紧力需求很小，甚至几乎不需张紧力[13]。同时轴端压力较小，传动的效率很高，基本能保持传动效率在98%右左。同步带轮因为薄轻，能达到高速传动，并且由于带轮的带具备较好的柔韧性。在配合带选择带轮时，可选择直径较小的带轮，使得整个结构更加紧凑，并且有效减小齿轮传动时引起的振动和噪声，保养起来也更为方便[13]。但它的不足之处是，同步带轮仅仅适用于一些低扭矩要求的机构，且安装时必须保证精确的中心距距离，并且在制造工艺上，生产制造同步带和带轮的工艺更为复杂。
(3) 通过联轴器联接
如图2-2c所示，即为联轴器联接，从而达到进给运动系统的高传动高度与高传动精度的要求。同时它有效地简化了进给运动系统的结构[6]。因此这种联接方式一般被运用于加工中心或精密数控机床的进给运动系统中。
(c)
(b)
(a)
图电动机和丝杠间的联接方式
第3章 Y 轴传动部分设计计算
对丝杠的设计和计算
丝杠螺母副分为：滑动丝杠螺母副和滚珠丝杠螺母副。
（1）滚珠丝杠螺母副特点：系统刚度好 传动效率和精度高，运动具有可逆性，寿命长，不能自锁，制造工艺复杂[8]。
（2）滑动丝杠螺母副特点：因结构无需耍添加自锁装置，适合升降台。可减轻升降台工作能耗，结构简单，维护更方便[8]。
由于工作台要实现X 、Y 轴向运动，因丝杠副不需要自锁功能。所以横向丝杠采用滚珠丝杠螺母副。
图 进给运动装配简图 主要技术指标：
定位精度：±；驱动速度 0~8000mm/min ；射流最高切割压力P ：350MPa ；水喷嘴直径：；系统流量：0~min.
空载摩擦阻力f F 和加工时摩擦阻力jf F 的计算
直线滚动导轨
分析工作时受力：
图 龙门架最大受力图
水刀架升降台Z 方向支架：
1m gv ρ=铁滑体 （）
式中m —升降台支架质量，ρ—材料密度，v —体积
50kg m 1≈
Z 方向升降台电机： 2 5.0m kg ≈
升降台的滑动丝杠螺母副：
钢丝杠丝杠ρπh r m 2
3=
其中r —丝杠半径，h —丝杠高度，ρ—材料密度
kg 1m 3≈
龙门架Y 方向直线滚动型导轨：
钢导轨导轨ρπh r m 2
42=
kg 2m 4≈
质量共计：
kg 500M ≈
空载摩擦阻力f F 和加工时摩擦阻力jf F
N g M F f 500101.0500=??=**=μ
（） N
r S P F F f jf 5.5215.215003505002=+=?+=*+=π （）
滚珠丝杠导程L 0的确定
由上文推导条件，滚珠丝杠直接与电机连接，因此传动比为1
则有 mm n V
810008
L max max
0===
（） 根据国标，确定丝杠导程为10mm 。
根据最大工作载荷F m 计算滚珠丝杠的最大动载荷F Q m H w F f f L 30Q F = （）
其中0L —滚珠丝杠的寿命 w f —载荷系数 H f —硬度系数 m F —滚珠丝杠的 最大工作载荷
N F m 5.521=
硬度系数取 11710
15000130601060L 660=??==nT 万次 （） n —丝杠平均每分钟转速 T —机床使用寿命（数控机床一般取15000h ）
则 9.33665.5212.11.1117F 330Q ≈???==m H w F f f L N （） 选择滚珠丝杠螺母副型号
图 滚珠丝杠螺母副尺寸图
结合以上数据选择滚珠丝杠螺母副的型号为 FFZD6310-5 旋向右旋
其中
公称直径0d =63 基本额定载荷 螺母安装连接尺寸
公称导程h0P =10
动载荷a C （KN ） 1D （6g ） 90 3D 138 丝杠外径1d =
静载荷0a C （KN ） 2D （-0.12.0-） 90 4D 112 钢球直径w D = 刚度c K （m N μ）2505 5D 6D 22 7D 112
丝杠底径2d = 8D 75 1L 198 2L 20 循环圈数 5 h 13 B 22 1M M 8? 确定丝杠螺纹长度l s （其中 单边预留余量为50mm ）
012l L l l s ++≥=800+198+100=1098mm （）
选定精度等级
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
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
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：
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、前言 (3) 二、总体方案的确定 (5) 1、设计参数 (5) 2、初选步进电动机和丝杠 (5) 3、选定工作台尺寸 (6) 4、系统组成框图 (7) 三、机械部分的设计 (8) 1、传动系统等效转动惯量的计算 (8) 2、工作载荷分析与计算 (8) 3、进给工作台工作载荷计算 (9) 4、滚珠丝杠螺母副的选型与校核 (9) 5、导轨的选型和计算 (13) 6、驱动电动机的选用 (13) 四、数控系统的设计 (17) 1、硬件设计 (17) 2、步进电动机开环伺服原理 (18) 3、步进电动机的控制框图 (19) 4、软件程序设计 (20) 五、心得体会 (23) 六、参考书目 (23)
课程设计III 任务书 要求：该工作台可安装在钻、铣床上用于钻孔或铣削加工。设计参数如下：Y方向的脉冲当量为：0.005㎜/STEP；最大钻孔直径10㎜，铣刀直径的D=20; 齿数为4；加工材料为碳钢； 工作台行程范围是：500㎜X450㎜,；最大快速移动速度为：3M/MIN, 具体任务： 1、确定总方案，绘制系统组成图一张（A3） 2、机械部分设计计算，选择适当的元器件； 3、画出X-Y工作台外形图和Y向机械部分装配图一张(A0) 4、设计控制系统硬件电路,画出控制系统硬件电路图一张（A1） 5、编写设计说明书1分，（不少于8000）
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
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)
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。
自考毕业设计 数控十字工作台 1 一. 引言： 二. 设计任务 三. 总体方案确定 四、机械部分设计 1、导轨副的选择 （1）、额定寿命计算 （2）、滚动导轨预紧方式的确定： 2、丝杠螺母副的选用 （1）、计算进给引力m F （2）、计算最大动负载C 及主要尺寸初选 3、滚珠丝杠螺母副的选型： （1）、传动效率计算 （2）、刚度验算 （I ）、丝杠的拉伸或压缩变形量1δ （II ）、滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ （III ）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3δ （VI ）滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不做稳定性校核 4、确定齿轮传动比 5、步进电机的选用 （1）、步进电机力矩计算： （I ）空载启动转矩M 起 (II) 快速移动时间所需力矩M 快 (III) 最大切削负载时所需力矩M 切 五、心得体会 六、[参考书目]
自考毕业设计数控十字工作台一.引言： 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。 二.设计任务 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0.02mm。 设计主要技术要求如下：台面尺寸长×宽＝400mm×250mm；工作台行程为：X=300mm，Y=150mm；脉冲当量：X 、Y都是0.01 mm；X /Y最高工作进给速度为300 mm /min；X /Y 最高空载进给速度为700 mm /min；X/Y/Z向切削负载为：2000/2000/1000N（力不用计算）；工件最大重量（包括夹头）为：150KG；工作寿命为每天8小时，连续工作5年，250天/年。进给机械系统均采用滚动（珠）丝杠副和滚动（珠）导轨副；所设计的工作台应结构合理、设计参数与上述要求符合；设计装配图应表达正确，完整，技术标注规范、全面； 三. 总体方案确定 X - Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动,系统中不设置传感与检测设备;半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动,并在电机输出轴端设置传感与检测设备;闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动,但检测与传感设备设置在工作台末端。本文所设计的X - Y 工作台开环伺服系统,通过控制器控制步进电机的驱动,经传动机构带动工作台运动,其总体框图如下: 带动工作台运动,其总体框图如下: 2
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) 四、设计总结 (30) 参考文献 (31)
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 = （参考文献【1】式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 ＝250mm ，Y ＝200mm 。工作台尺寸一般为工作台加工范围的1.1倍。所以：X ＝250×1.1＝275mm, Y ＝200×1.1＝220mm ，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3-25T 型槽和相应螺栓尺寸，可得所选T 型槽的参数： A ＝10mm B ＝18mm C ＝8mm H ＝21mm 间距取50mm p δ
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
目录 设计任务 (3) 一.系统总体方案设计 (3) (一)机械系统 (3) (二)接口设计 (3) (三)伺服系统设计 (4) (四)控制系统设计 (4) 二.机械系统的设计计算 (4) (一) 滚珠丝杠的选型与计算 (4) (二) 滚动直线导轨的选型与计算 (7) (三) 电机的选择 (8) (四)光电开关的选择 (10) (五)限位开关的选择 (10) 三控制系统设计 (12) 1.操作面板的布置图 (12) 2.操作面板功能介绍 (12) 3.控制系统原理框图 (15) 5、光电开关和限位开关信号采集原理 (15) 6、键盘、显示器接口电路分析 (15) 四程序 (16) 五参考文献 (19) 设计任务: X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm
平均切削力:1500N 平均切削进给速度:600mm/min 最高运动速度:6m/min 定位精度:0.02mm 工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一.系统总体方案设计 由设计任务书知,本次设计可采用如下方案 (一)机械系统 1.传动机构采用滚珠丝杠副 2.导向机构采用滚动直线导轨 3.执行机构采用步进电机 (二)接口设计 1.人机接口 (1)采用键盘作为输入 (2)采用LED作为指示标志 (3)采用数码管作为显示器
2.机电接口 采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离. (三)伺服系统设计 采用开环控制 (四)控制系统设计 二.机械系统的设计计算 (一)滚珠丝杠的选型与计算 由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm, 工作寿命8250816000h L h =??=,传动精度要求0.02mm σ=± 设导程P=5 mm ,则 max 600 120/min 5 60001200/min 5 m n r n r ==== (1) 求计算载荷 1.21.01.016001 C F H A M F K K K K N ==???= 由条件,查《机电一体化系统设计》表2-6取F K =1.2, 查表2-6取H K =1.2, 表2-4取 D 精度, 查表2-6取A K =1.0, (2)计算额定动载荷计算值Ca`由式 (2-4) 19209336Ca F N '===
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。
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.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
优秀设 计 图书分类号： 密级： 毕业设计(论文) 数控铣床X-Y工作台的设计 THE DESIGN OF X-Y TABLE IN MILLING 学生姓名 学院名称 专业名称 指导教师
20**年05月19日 摘要 X-Y数控工作台是是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台，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。 关键词X-Y数控工作台；伺服电动机；数控车床
Abstract CNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system. Keywords XY table servo system CNC machine tools
数控粕密工作自 X-Y数控工作台课程设计 一、总体方案设计 i.i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 x B X H= 185mr K 195m M 27mm (2)底座外形尺寸C1X B1X H仁385m X 385m X 235mm (3)工作台加工范围X=115mm Y=115r;m (4)X、丫方向的脉冲当量均为0.005mm脉冲；X、丫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/mi n； 工作台进给最快移动速度为1m/mi n。 (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的脉冲当量和土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，且应有消除间隙机构。为