《人机工程学》课程单元教学设计
——工作台椅与工具设计2 一、教案头
本次课标题：工作台椅与工具设计2
二、教学设计
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：
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。
内容摘要 本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。但是新的问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。 随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的使用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。 在PLC的支持下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。 关键词：三工位旋转工作台；可编程控制器；提高效率；自动化
目录 第1章引言 (1) 第2章设计方案 (2) 2.1总体方案说明 (2) 2.1.1控制要求 (2) 2.1.2制定控制方案 (2) 2.2 控制方式选择 (2) 第3章P L C控制系统设计 (3) 3.1 动作特性 (3) 3.2 液压控制部分设计 (4) 3.3 控制流程图 (4) 3.4I/O地址分配表 (6) 3.5I/O接线图 (6) 3.6梯形图 (7) 3.7语句表 (12) 结论 (16) 设计总结 (17) 谢辞 (19) 参考文献 (20)
第1章引言 随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术和机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械和电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。 三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。 ＰＬＣ的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛使用。 目前ＰＬＣ已经在工业生产过程中得到广泛使用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子S7-200系列PLC来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。 钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转120°完成一个工位，循环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。 第2章设计方案 2.1总体方案说明 从我们入大学开始接触机械设计开始起，老师就教导我们任何设计都要先从整体上对要做的设计内容要构想一下。只有对整体设计做出全局的把握，设计才会有所针对。拿到课程设计题目后，我并没有直接进入主题开始着手设计，而是逐步先将设计要求研究了一遍，认真对设计思路做了一个规划然后才开始了设计。 2.1.1 控制要求 （1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 （2）手动调整采用按钮点动的控制方式。包括上料进、退操作、工件夹紧、放松操作，钻头下降、上升操作，卸料进、退操作，工作台旋转操作。 （3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮
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
本科生专业课程设计 （届） 学生姓名： 学号： 专业名称： 班级： 指导教师： 年月日
目录 专业课程设计计算说明书 (3) 原始数据 (3) 一、系统总体方案设计 (3) 二、机械系统的设计计算 (4) 三、控制系统设计 (19)
专业课程设计计算说明书 原始数据 设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制, 控制方式采用步进电机开环控制。其他参数如下： 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与齿轮或带减速。 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）采用键盘或BCD 码盘作为输入。 （2）采用LED 作为电源等指示标志。 （3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。 （4）采用数码管作为显示器。 2、机电接口 采用光电偶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 本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。 （四）控制系统设计 1、控制部分方案选择 控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。 上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈控制部分，再经过比较放大的则为“半闭环控制”。如若是在“机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。 采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出 转角与控制器提供的脉冲数有着正比关 系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精确度要求不是很高时， 采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。 二、机械系统的设计计算 （本次设计若未作特殊说明，其中的表与图均来自：由郑堤主编的《机电一体化设计基础》） （一）初选步进电动机 根据已知条件：X 、Y 方向的脉冲当量y x δδ、分别为： 开环控制流程图 开环控制原理图
毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目： 系 别：机电系 专 业: 机电一体化 完成时间: 目 录 一．毕业设计的目的 (3) 二．加工零件的分析……………………………………………… 三．加工工艺的编排与分析………………………………………
四．结构设计……………………………………………………… 五．各部件的计算与校核………………………………………… 六．整体的液压设计……………………………………………… 七．整体的电气控制设计………………………………………… 八．毕业设计总结………………………………………………… 九．主要参考资料………………………………………………… 一．毕业设计的目的 毕业设计是学生综合运用所学过的基本理论，基本知识与基本技 能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练， 其主目 的： （1） 培养学生综合分析的解决本专业的一般工程技术问题的独立 工作能力，拓宽和深化学过的知识 （2）培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握 工程设计的一般程序规范和方法。 （3）培养学生正确使用技术资料，国家标准，有关手册图册等工 具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 （4）培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工作和 工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
二．法兰盘加工的回转工作台设计 （一）加工零件的分析 如此法兰盘为一个式厂常用件，加工精度要求不太高，但年需求量较大。 因此，加工此法兰盘时，首先，需要考虑的问题就是加工的生产效率。 1、采用通用机床夹加工此法兰盘时，加工的范围可以进行扩大，可以加工 出一系列的法兰盘，但通用机床的调整时间较长，装央与拆卸工件的时间较工， 使得法兰盘的加工效率无法进行提高。 2、专门化机床的工艺范围较窄，只能加工一尺寸范围内的某一类零件，完 成某一种特定工序，但生产效率较通用的机床高。 3、专用机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序，但 专用机床的加工效率是这三类机床中最高的。 因此专用机床较为适用了加工此类 法兰盘。 4、组合机床作为专用机床中的一种与通用机床的专门化机床相比较。 （1）组合机床由 70-90％的通用零部件组成，可以缩短设计和制造周期， 而且在需要的时候，还可以部分或全部改装。以组成适应新加工要求的设备就是 说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。 （2）组合机床是按具体加工对象专门设计的，中以按最佳工艺方案进行加 工。 （3）在加工零件时，组合机床可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工 件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最好途径，这也正是加工法兰盘 所需要的。 （4）组合机床是在工件一次装夹下用的轴实现多孔同时加工，有利保证各 孔相互之间的精度要求，提高产品质量，减少了工件工序间的搬运，改善了劳动
工作台与座椅与作业空间设计 6.1 工作台设计 6.1.1 工作台的基本类型 工作台一般均由面板和支承部分构成。根据组合形式不同，一般可分为桌式工作台、柜式工作台和平台式工作台三种。 1)桌式工作台桌式工作台是常见的工作台，它包括各种办公桌、课桌、微机操作台及各类服务性柜台等（图6.45）。桌式工作台的特点是结构简单，视野开阔，采光好，桌面上可任意组放各类供操作使用的物品。桌面下方可根据需要任意组合分割出供储备的使用空间。桌式工作台的桌面一般多做成水平的，也可根据需要做成带10°-20°倾角的斜面。因为桌式工作台在使用时多采用坐姿，所以，在设计和选用时必须充分考虑工作座椅的配套问题。 2)柜式工作台柜式工作台是指控制器和显示器均固定安装在面板上的专用工作台。按工作台面板组合形式的不同，一般又可分为直柜式工作台、弯折式工作台和弧面形工作台等。柜式工作台的操作一般多采用坐姿或站、坐姿。因此在没计时必须充分考虑不同操作姿势的座椅配套问题，同时还应充分考虑到容膝空间问题。 ①直柜式工作台该形式工作台的支承部分多是一字形排列的箱柜，台面由几块面板按平面、竖面或斜面组合而成。其特点是台面沿横向尺寸较大，既可单件使用，也可多件组合使 用；既可一人操作，也可供多人同时操作(图6．46)。 ②弯折式工作台该形式工作台是在直柜式工作台的基础上演变 而成的。即根据需要把直柜式工作台的左、右两边各弯折一次， 形成三面相交的形式。其基本要求是，弯折后各面板的中心距人 眼的垂直距离应大致相等，并保证在最佳视野范围内(图6．47)。 ③弧面形工作台该形式工作台是在弯折式工作台基咄上的进一 步变形 (图6．48)。
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。
《机电一体化系统设计》课程设计说明书题目数控回转工作台的设计 机械工程学院机械电子工程专业机电1302班201302170225号学生姓名肖鹏飞. 指导教师刘军安陈小异. 完成日期2016年12月09日.
湖南工程学院机械工程系
湖南工程学院 课程设计（论文）任务书 设计题目：数控回转工作台机电系统设计 姓名：肖鹏飞系别：机械工程专业：机械电子工程班级：1302 学号25 指导老师: 刘军安陈小异教研室主任谭季秋 一、设计要求及任务 1．设计任务 （1）总体设计 （2）机械系统的设计与计算； （3）控制系统设计：采用51单片机或FX2N PLC控制，步进电机驱动，转角输入与显示； （4）编写设计说明书。 2．设计要求 （1）正反旋转，回转角度0~360o；最大回转半径100mm, 最大承载重量20kg;工作台输出精度2mrad,具备自锁功能； （2）机械部分：A1装配图1张； （3）控制部分：硬件设计，程序设计。 二、进度安排及完成时间 1．设计时间：三周，2015年12月14日至2016年01月1日。 2．进度安排 第一周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，提出设计方案，进行设计。第二、三周：整理资料，撰写设计说明书，上交设计图纸、说明书（要求手写稿）。
目录 绪论 (6) 第一章数控回转工作台的原理与应用 (7) 1.1 数控回转工作台 (7) 1.2 设计准则 (8) 1.3 主要技术参数 (8) 1.4 本章小结 (8) 第二章数控回转工作台的部分原理及结构设计 (9) 2.1 步进电机的原理 (9) 2.2 传动方案传动时应满足的要求 (9) 2.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (10) 2.4 轴承的选用 (10) 2.5 轴承的游隙及轴上零件的调配 (11) 2.6滚动轴承的配合 (11) 2.7 滚动轴承的润滑 (11) 第三章控制系统设计 (12) 3.1 系统方案设计构成 (12) 3.2 单片机 (13) 3.3 光电耦合 (15) 3.4 环形分配器 (15) 3.5 功率放大器 (18) 3.6 程序 (20) 总结 (23)
任务书 课题十二、设计一个3工位旋转工作台的控制系统 1.动作特性 其工作示意如图所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸件。 工位1：上料器推进，料到位后退回等待。 工位2：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后，工件松开，放松完成后等待。 工位3：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 2.控制要求 工位2 工作台示意图 1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 2）手动调整采用按钮点动的控制方式。 3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个起动按钮来控制进入下一次循环。
4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。 5）系统运动不很复杂，采用4台电机。 6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，采用不进入PLC的方法以节省I/O点数。 7）由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现。 3.时间安排 第1-2天：根据设计任务查阅相关文献； 第3-6天：选择一种合适的设计方法，制定详细的设计方案，设计出满足要求的电器控制系统并验证其正确性； 第7-8天：编写课程设计报告；绘制相关电气图纸。 第9-10天：提交课程设计报告；进行课程设计答辩。 4.所需提交的材料 1）编写输入输出对照表。包括信号名称、外部元件号、内部继电器号 2）绘制PLC外部接线图 3）绘制功能流程图； 4）编写、调试梯形图或语句表程序
目录 任务书 ..................................................................... 错误！未定义书签。第1章课程设计任务说明 ................................... 错误！未定义书签。 1.1 课题简介........................................................ 错误！未定义书签。 1.2 系统总体方案设计概述................................ 错误！未定义书签。第2章课程设计任务分析 ................................... 错误！未定义书签。 2.1 设备机构组成分析........................................ 错误！未定义书签。 2.2 设备工作过程分析........................................ 错误！未定义书签。第3章控制方案设计 ........................................... 错误！未定义书签。 3.1 总体方案设计................................................ 错误！未定义书签。 3.2 电气系统设计 (4) 3.3 电气控制系统设计 (4) 3.3.1 系统控制与信号分析 (4) 3.3.2 I/O分配表 (5) 3.3.3 I/O端子接线图 (6) 第4章控制流程分析 (7) 4.1 功能图 (7) 4.2 梯形图 (8) 4.3 语句表 (11) 课程设计心得 (14) 参考文献 (15)
第6章工作台椅与工具设计 一、填空题 1、控制台形式主要有：式控制台、式控制台、式控制台和式控制台。 2、根据图中阴影区的形状来设计控制台，可使得操作者具有良好的。 3、控制台的设计，最关键的是与的布置必须位于作业者正常的作业空间范围内。 4、控制台设计的主要工作是客观地掌握。 5、电子化办公台的调节方式有：方向的高低调节、方向的台面调节以及台面的调节等。 6、脊柱侧面有四个生理弯曲，即、、及。在人的四个生理弯曲中，与坐姿舒适性直接相关的是。 7、设计座椅时，保证的正常形状是获得舒适坐姿的关键。 8、尺寸是座椅静态尺寸设计的主要依据。 9、工作座椅必须具有的主要构件是：、、。 10、双把手工具的主要设计因素是。 二、选择题 1、在下面四个生理弯曲中，与坐姿舒适性直接相关的是（）。 A、颈曲 B、胸曲 C、腰曲 D、骶曲 2、在确定座椅深度尺寸时，需要参考（）尺寸。 A、臀部至膝盖的距离 B、臀部至脚后跟的距离 C、臀部至小腿的距 离
3、使用螺丝起子工作时，手的抓握属于（）。 A、着力抓握 B、精确抓握 4、用手握铅笔写字属于（）。 A、精确抓握 B、着力抓握 5、图示钢丝钳设计中，较好的是( )。 A、(a)图 B、(b)图 6、下图把柄设计中，较好的是( )。 A、(a)图 B、(b)图 7、一般认为，将工具的把手与工作部分弯曲（）左右，效果最好。 A、0o B、10o C、30o 8、在下图所示的烙铁把手的设计中，（）为优良设计。 A、右图 B、左图 9、图示手把设计中，较好的为( )。 A、上排 B、下排
三、简答题 1、座椅的设计原则是什么？ 2、手握式工具的设计原则是什么？
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。
机电一体化-回转工作台的设计 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1张（ 1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择: 由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1
（三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγγ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8 11) 蜗杆全齿高:h = h + h =4+4.8=8.8 12) 顶隙:c =0.2m=0.8 13) 齿根圆半径:ρ =0.3m=1.2 14) 蜗杆齿顶圆直径:d =d +2 h =88 15) 蜗杆齿根圆直径:d = d -2 h =70.4 16) 蜗杆齿宽:b =95
回转工作台设计说明书 论文题目四工位回转工作台设计 学院机械工程学院 学号 姓名何凯星 教师杨岩 2014年1月
摘要 本次课程设计的题目是回转工作台设计。通过对回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台，而且能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题研究的主要内容包括：确定回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；步进电机的选型；零件设计；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。 对于回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿不完全轮传动、槽轮传动或者直接采用步进电机实现分度；然后进行各零件的设计与校核；偏心轮与机架采用螺钉连接固定不动；工作台的平衡通过止推轴承来保证；采用直线导轨以实现夹紧与工件的定出；直线导轨端部用滚动轴承；工作太平面上设计了圆孔；最后，对各零件进行装配。 关键词：回转工作台；步进电机；直线导轨；滚动轴承；建模 目录 一、课程设计任务书 1、概述 (3) 2、回转工作台设计要求 (3) 3、设计任务 (5) 二、设计步骤 1、夹紧机构的设计 (5) 2、定位装置的设计 (6) 3、偏心轮设计 (7) 4、直线导轨的选型 (8)
5、轴承的选择 (8) 6、转动圆盘的设计 (8) 7、装配图 (9) 8、零件图的绘制 (10) 三、心得体会 (13) 四、参考文献 (15) 一、课程设计任务书 1、概述 回转工作台是检测仪器的主体部件，同时，它也是诸多设备如万能工具显微镜、坐标测量机、坐标镗、铣、磨、加工中心等重要部件或附件。 检测仪主要由一个四工位回转工作台和一个显微镜组成。显微镜固定在机架上部的竖直杆上，回转工作台主要由回转平台、回转台主轴及夹紧定位装置组成。工作台水平安置，台上装夹加工对象，回转运动由步进电机直接驱动。传动部分要能自锁，消除侧隙以保证精度要求，并有一定的传动精度和刚度，工作台上亦要有圆孔，以减轻工作台质量及材料成本。 2、回转工作台设计要求 1、性能参数 （1）主参数 工件质量：小于10g。 工件为塑料。
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)
安徽工程大学机电学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目：数控回转工作台的结构设计 课题类型：设计□实验研究□论文□ 学生姓名: 吴明忠 学号： 3080１0１1１８ 专业班级: 机械2074班 教学单位: 机械与汽车工程学院 指导教师: 王海 开题时间: 2011年3月1２日
201１年3月12日 一、毕业设计内容及研究意义 本次设计任务是设计出数控回转工作台:1.数控工作台的总体设计，2．数控工作台的机械结构设计，３.三维工作台的理论分析，4.数控工作台的有限元分析。首先应该了解所加工零件的基本情况，数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Ｚ三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度,扩大了数控机床加工范围。 本课题属于导师科研课题的部分内容, 对于培养学生电路设计、机械计，三维ＣAＤ等工程实践能力具有重要意义。在实际中工作台在机床上是必不可的部件，工作台的自动化能大大减少劳动强度,提高劳动生产率。数控回转工作台是落地铣镗床,端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。可用于支撑工件并使其作直线或回转等调整或进给运动,以扩大工作母机的使用性能,缩短辅助时间,广泛应用于能源,冶金,矿山,机械，发电设备,国防等行业的机械加工。 二、毕业设计的研究现状和发展趋势 1、研究现状 一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。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：我国生产机床工作台的公司之一的烟台恒力数控机床附件有限公司生产的HLT Ｋ１4系列数控可倾回转工作台（见下图）,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
X-Y数控工作台设计 学生： 学号： 专业： 班级： 指导教师：
(600×600)方台面数控回转工作台设计 一、设计的目的 《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的： 1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其思想 知识，学习总体的方案拟定、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的工作原理、设 计计算及选用的方式 3、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控 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、查阅文献资料及撰写科技论文的能力 二、设计任务 设计X-Y数控工作台，主要参数如下： 设计一台数控回转工作台并开发其控制、驱动系统，工作台台面600×600mm，分辨率为δ=5分/step，承受最大载荷Tmax=1800Nm。 三、设计主要步骤 1、确定设计总方案 ⑴、机械传动部件的选择 ①、丝杠螺母副的选择 步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.005mm脉冲当量，因为定位精度±0.01mm，对于机械传动要有一定的精度损失，大约是1/3-1/2的定位精度，现取为1/2，滑动丝杠副无法做到，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。 同时选用内循环的形式，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。 由于定位精度不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，刚性好，
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