机械工程系
《数控机床》课程设(附装配图)计说明书
设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计
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一、《数控机床》课程设计目的 (3)
二、设计任务 (3)
三、设计主要步骤 (3)
1、确定设计总体方案 (4)
（1）、机械传动部件的选择 (4)
（2）、控制系统的设计 (4)
2、机械传动部件的计算与选型 (5)
（1）、导轨上移动部件的重量估算 (5)
（2）、计算切削力 (5)
（3）、滚珠丝杠传动的设计计算及校验 (6)
（4）、步进电机的传动计算及电动机的选用 (9)
（5）、滚动导轨的设计计算 (15)
3、其余附件的选择 (16)
四、控制系统的设计 (17)
五、机械部分装配图的绘制 (19)
六、参考文献 (20)
七、总结体会 (20)
一、设计的目的
《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节，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想怪
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
设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，主要参数如下：
1、立铣刀最大直径的d=15mm ，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度c a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm ，加工材料为碳素钢或有色金属。
2、X 、Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。
3、工作台面尺寸为230mm 230mm ?，加工范围为250mm 250mm ?;
4、工作台空载进给最快移动速度：max max 3000mm/min x y V V ==，工作台进给最快移动速度:max ymax 400mm/min x f f V V ==，加减速0.4s 。
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0.01mm 脉冲当量，因为定位精度±0.02mm ，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，即是±0.01mm 和±0.02mm 的定位精度，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，装卸方便。
由于工作台最快的移动速度
max ymax 3000mm/min
x
V V==，所需的转速不高，故可以采用一般的安装方法，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。
②、导轨副的选用
要设计数控铣床工作台，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、伺服电机的选用
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。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此可以选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。
④、减速装置的选用
选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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，且应有消间隙机构，如果要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。
⑵、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轮廓控制，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。
②、对于步进电动机的开环控制系统，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，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，还要扩展程序存储器，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。
2、机械传动部件的计算和选择
（1）、导轨上移动部件的重量估算
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800N 。 （2）、计算切削力
根据设计任务，加工材料为碳素钢或有色金属及如下参数： 立铣刀 最大直径的d=15mm ，
立铣刀齿数Z=3， 最大切削宽度e a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm ，
设零件的加工方式为立式加工，采用硬质合金铣刀，工件材料为碳素钢。由【5】中P13页的表中，可知d=15mm 的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下：
每齿进给量fz=0.1mm 铣刀转速n=300r/min
由【2】中P200,查得立铣时切削力计算公式为：
0.850.750.73 1.00.10
c e z p 118a f
d a n Z F -=
代如上式得： 0.850.750.73 1.00.10c 118150.11583003N 1229N F -=??????≈
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由【2】中查得，各铣削力之间的比值范围如下：
f F /c F =(1.0~1.2) 取1.1 fn F /c F =(0.2~0.3) 取0.25
e F /c F =（0.35~0.4） 取0.38
考虑逆铣时的情况，因为逆铣的情况的受力最大的情况，为了安全考虑这种最危险的工况。由此可估算三个方向的铣削力分别为： f c F 1.1F 1356N =≈ e c F 0.38F 468N =≈
fn c F 0.25F 308N =≈
考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力z F ，受到水平方向的铣削力分别为f F 和fn F 今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力x F ，径向铣削力为y F 。
x f F F 1352N == y fn F F 307N ==
z e F F 467N ==
（3）、滚珠丝杠传动设计计算及校验
①、最大工作载荷的计算
已知移动部件总重量G=800N ，按滚动导轨计算，由【3】中P389，取颠覆力影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数查【1】中P194可知u=0.0025—0.005,现取u=0.005，求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：
x F F (F F )eq y Z k u G =+++
=1.131352+0.0053(307+467+800)
=1500N
②、最大计算动载荷的确定
设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min ，初选丝杠导程P=5mm,则此时丝杠转速eq n =v/P=80r/min 。
预计滚珠丝杠的工作五年,每天工作八小时，由此得使用寿命为T=53360 38=14400h ，根据【1】中P110，公式5—4得：'6
6010
eq n T T ==6
10N - 其中 T ——使用寿命 14400 h N ——循环次数
eq n ——滚珠丝杠的当量转速 80r/min
求得：'6
608014400
10
T ??=
≈72 （610r ） 查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等冲击载荷取值范围 1.2~1.5d f =，现取 1.3d f =，滚
道硬度为60HRC 时，硬度影响系数取值 1.0h f =，由【1】中P109，式5-3 3c d h eq C f F =
代入数据得：3 1.31.01495c C =??≈8112N
②、规格型号的初选
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查网上生产该型号的生产厂家的资料，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的GDM 系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向
器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副，其公称直径为20mm ，导程为5mm ，循环滚珠为3圈32系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N ，大于最大计算动载荷c C =7971，满足要求。 参考网址 ： https://www.doczj.com/doc/9513766351.html,/3ji.asp?id=37
滚珠丝杠螺母副几何参数 （单位mm ）
表一
④、传动效率的计算
将公称直径d 0=20mm,导程P=5mm,代入λ=arctan[P/(∏d 0)]，得丝杠螺旋升角λ=4°33′。将摩擦角ψ=10′，代入η=tan λ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。
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“一端固定，一端游动”的轴承配置形式。由【1】中P109，可知这种安装适用于较高精度、中等载荷的丝杠，一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承,这样能承受集中力偶。 丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。
a 、滚珠丝杠滚道间的接触变δ，查【3】中相关公式，根据公式0/W Z d d π=，求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数?列数为3?2，代入公式Z ∑=Z ?圈数?列数，得滚珠总数量Z ∑=120。丝杠预紧时，取轴向预紧力eq Fy F =/3=498N 。查【3】中相关公式，
得， 滚珠与螺纹滚道间接触变形 310.0013/Pa δ= 式中 Pa=
310.0013/Pa δ==30.00131495/0.0014?=。
因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取1δ=0.0007mm 。
b 、丝杠在工作载荷max F 作用下的抗拉压变形2δ
丝杠采用的是一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承的配置形式，轴承的中心距a=560mm,钢的弹性模量E=2.1?105MPa,由表一中可知，滚珠直径w d =3.175mm,丝杠底径
2d =16.2mm ，则丝杠的截面积S=22d /4π=206.122mm ,由【7】中，式3-35
2F /eq a ES δ=
其中， 最大工作载荷F eq =1495N
中心距a=560mm 弹性模量E=2.1?105MPa
截面积S=2
2d /4π=206.122
mm
代入以上数据，得 2δ=0.019mm
d 、则120.00070.0190.019719.7mm um δδδ=+=+==总本例中，丝杠的有效行程为
500mm ，由【3】中知，5级精度滚珠丝杠有效行程在400~500mm 时，行程偏差允许达到30m μ，可见丝杠刚度足够。
⑥、稳定性的验算
根据【3】中 式5.7-17 22EI L K
k a f P =π。
取支承系数k f =2；
由丝杠底径d 2=16.2mm 求得截面惯性矩4
2
/64I d π=≈3380.884mm ； 压杆稳定安全系数K 取3（丝杠卧式水平安装）； 滚动螺母至轴向固定处的距离L=a 取最大值560mm 。
代入公式，得P a =14896kg.f=14896N 大于c C =7533N ，故不会失稳，满足使用要求。
⑦、临界转速的验算
对于丝杠有可能发生共振，需验算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转速c n ，
由【1】中P111式5-10得：222
c 2f
d n 9910Lc
=
其中 20w d d 1.2D =-=20-1.233.175=1mm c L 为临界转速计算长度c 2L 16.2d ==
2f 为丝杠支承方式系数2f =3.927（一端固定，一端游动）
代入数据得：c n 6100/min r =
临界转速远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。 ⑧、滚珠丝杠的选型及安装连接尺寸的确定
由以上验算可知，选用GDM2005型的丝杠，完全符合满足所需要求，故确定选用该型号，
由表一可知丝杠所需的安装连接尺寸
（4）、步进电机的传动计算及电动机的选用
①传动计算
因为该铣床的加工精度为±0.02mm ，考虑到机械传动部分造成的精度损失，故选用铣床的脉冲当量为0.01mm/Hz ，
初选步进电动机的步距角α=0.72°。由【1】中P121式5-18得：传动比i=360360
×0.011t 0.725
i δα=
==? 由于传动比为1，则不需要选用减速箱，采用电动机轴与丝杠通过联轴器联接的方式。 ② 步进电动机的计算和选型
a 、步进电动机转轴上的总转动惯量的计算。
总转动惯量J 主要包括电动机转子的转动惯量、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量。
ⅰ、滚珠丝杠的转动惯量J
由【1】中P134式5-28得：4120.7710J D L -=? 式中 D 为丝杠公称直径D=20mm
L 为丝杠长度L=560mm
代入数据，得：J=0.773204356031012-=6.93105-kg.㎡
ⅱ、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量
由【1】中式5-29得：2
62()102s J M -=?π
其中 M 为工作台的（包括工件）的质量M=800
9.8
G g =
=81.6kg
S 为丝杠螺距S=5mm
代入数据，得：2
65225()81.610 5.210.2J kg m --=??=?π
ⅲ、初选常州宝马前杨电机电器有限公司的90YG5502型混合式步进电动机，可知其转子的转动惯量43410kg.J -=?㎡
所以123d J J J J =++=6.93105-+5.23105-+43104-=5.163104- N 2m
验算惯量匹配，电动机轴向惯量比值应控制在一定的范围内，既不应太大也不应太
小，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合理的配合，一般
比值控制在1/4——1之间，4
34
4100.785.1610
d J J --?==? 由此可见:
3
114d
J J <<,符合惯量匹配要求。
②、步进电机轴上的等效负载转矩M 的计算
a 、承受的负载转矩在不同工况下是不同的，考虑最大切削负载时电动机所需力矩，
由【1】中P132式5-25得：10at f t M M M M M =+++
其中9.6r at J n
M T
=
其中: r J 为折算到电动机轴上的总惯量r J =d J =5.163104-
T 系统时间常数，由任务书知为T=0.4S
t n 切削时的转速为300r/min
得：425.1610300
4.03109.60.4at M --??=
=?? N 2m
30102f F S
M i
η-=
?π 其中： 0F 为导轨摩擦力
0()(469800)0.005 6.3Z F F G u N =+=+?= S 为丝杠螺距S=5mm
i 为齿轮降速比，已计算出为1
η为传动链总效率，η=0.7—0.8，取0.8
代入数据 得：36.2710f M -=? N 2m
2
3max 00(1)102a F S M i
ηη-=
-?π 其中： max a F 为最大轴向载荷，max 5033
eq
a F F N =
= 0η为滚珠丝杠未预紧时的效率，0η=0.95≥0.9
其余数据同上
代入数据 得：00.048M = N 2m 3102t
t FS M i
η-=
?π其中：t F 进给方向的最大切削力1356t x F F N ==
其余参数同上。
代入数据得： 1.34t M = N 2m
由此都得到等效负载转矩 1.46at f t M M M M M =+++= N 2m
b 、快速空载时电动机所需力矩M
由【1】中P132式5-24得：max 0a f M M M M =++ 加速力矩max max 9.6r a J n M T =其中：max max 3000
600/min 5h
V n r P ===
其余参数同上
入数据得：max 0.06a M = N 2m 力矩摩擦30102f F S
M i
η-=
?π其中：u 为导轨副的摩擦因数，滚动导轨取 u=0.005
其余参数同上。
代入数据得：0.0004f M =N 2m
附加摩擦力矩：2
3max 00(1)102a F S M i
ηη-=
-?π 其余参数同上
代入数据得：00.048M = N 2m
所以可知快速空载时点击所需力矩：2max 0a f M M M M =++ =0.06+0.0004+0.048
=0.1084 N 2m
比较1M 和2M ，取其较大者，就是最大等效负载，即：M =1M =1.46N.M ③、步进电机的初选
考虑到步进电机的驱动电源受电网的影响较大，当输入电压降低时，其输入转矩也会下降，可能会造成丢步，甚至堵转，因此按最大等效负载M 考虑一定的安全系数λ，取λ=3，则步进电机的最大静转矩应满足： max 33 1.46 4.38j T M ≥=?= N 2m
由所选的电机型号参数可知，最大转矩max 5j T = N 2m ，可知满足要求。 ④、步进电机性能校核
a 、最快工进速度时电动机时输出转矩校核
任务书给定工作台最快工进速度max f V =400mm/min ，脉冲当量0.01mm δ=/脉冲，求出
电动机对应的运行频率max [400/(600.01)]667f f Hz =?≈。从90BYG5502电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的输出转矩max f T ≈4N 2m ，远远大于最大工作负载转矩
2eq T =1.46N 2m ，满足要求。
b 、最快空载移动时电动机输出转矩校核
任务书给定工作台最快空载移动速度m a x v =3000mm/min ，求出其对应运行频
ma x [3000/(600.01)]5000f Hz =?=。由图查得，在此频率下，电动机的输出转矩max T =3.5N 2m ，
大于快速空载起动时的负载转矩1eq T =0.1084N 2m ，满足要求。
c 、最快空载移动时电动机运行频率校核
与快速空载移动速度max v =3000mm/min 对应的电动机运行频率为max 12500z f H =。查图3中相
应表格，可知90BYG5502电动机的空载运行频率可达20000Hz ，可见没有超出上限。
④ 、起动频率的计算
已知电动机转轴上的总转动惯量23.57eq J kg cm =?，电动机转子的转动惯量
22.4m J kg cm =?，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率1800q z f H =。由式可知步进电
动机克服惯性负载的起动频率为：
1141.28L f f Hz ==
说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1141.28Hz 。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz 。
综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG5502步进电动机，完全满足设计要求。
⑤、确定选型的步进电机的参数 所选电动机参数如下图所示：
图2
外形尺寸安装接线图和和矩频特性如图3所示
参考网址https://www.doczj.com/doc/9513766351.html,/product.asp?Action=Detail&ID=28
（5）、、滚动导轨的设计计算
①、工作载荷的计算
工作载荷是影响导轨副寿命的重要因素，对于水平布置的十字工作台多采用双导轨、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，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为： max 4
G
F F =
+ 其中，移动部件重量G=800N,外加载荷F=Z F =503N 代入上式，得：max 669F N = ② 、小时额定工作寿命的计算
预期工作台的工作寿命为5年，一年365天，取工作时间为360天，每天工作8小时，因此得到小时额定工作寿命14400h L h = ③、距离额定寿命计算
由公式3
10260
h L L nS -?=?，从而得到326010h L nS L ?=
式中，h L 为小时额定工作寿命。 n 为移动件每分钟往复次数（4—6）取5
S 为移动件行程长度，由加工范围为250mm 3250mm 取520mm
代入数据 得：4493h L km = ④、额定动载荷计算
由公式36.25(/)a L C F =
从而得到：a C F =式中：a C 为额定动载荷
L 为距离工作寿命，由上式可知为4493km F 为滑块的工作载荷，由上式可知为669N 代入数据得：5593a C N = ⑤、产品选型
根据额定动载荷，选择滚动导轨，查滚动导轨生产厂家，选用南京工艺装备制造有限公司的GGB20BA 型，相关尺寸如下图4所示，
参考网址：https://www.doczj.com/doc/9513766351.html,/html/gund/g2/c/ggb/ba.htm
图4
可知其额定动载荷C=11.6KN，大于5.593KN，故可知满足要求。
⑥、安装连接尺寸。
对于导轨的安装按照如图4所示相关尺寸安装。
3、其余附件的选择
1、联轴器的选择
刚性联轴器结构比较简单，制造容易，免维护，超强抗油以及耐腐蚀，即使承受负载时也无任何回转间隙，即便是有偏差产生负荷时，刚性联轴器还是刚性传递扭矩。适用于安装底座刚性好、对中精度较高、冲击载荷不大、对减振要求不高的中小功率轴系传动。根据选出的电机和丝杠的参数，选用沈阳光宇科技有限公司的LK13-C32-1012型刚性联轴器。
参考网址https://www.doczj.com/doc/9513766351.html,/asp/cpzx-show.asp?productid=1753
图5
四、控制系统的设计
根据任务书的要求，设计控制系统的时主要考虑以下功能：
（1）接受操作面板的开关与按钮信息；
（2）接受限位开关信号；
（3）控制X，Y向步进电动机的驱动器；
（4）与PC机的串行通信。
CPU选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52，采用8279，和W27C512，6264芯片做为I/O和存储器扩展芯片。W27C512用做程序存储器，存放监控程序；6264用来扩展AT89S52的RAM存储器存放调试和运行的加工程序；8279用做键盘和LED显示器借口，键盘主要是输入工作台方向，LED显示器显示当前工作台坐标值；系统具有超程报警功能，并有越位开关和报警灯；其他辅助电路有复位电路，时钟电路，越位报警指示电路。
1、进给控制系统原理框图
图6
2、驱动电路流程设计
步进电机的速度控制比较容易实现，而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.01mm，步进电机每走一步，工作台直线行进给0.01mm。步进电机驱动电路中采用了光电偶合器，它具有较强的抗干扰性，而且具有保护CPU的作用，当功放电路出现故障时，不会将大的电压加在CPU 上使其烧坏。
图7 步进电机驱动电路图
该电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当A相得电时，电动机转动一步。电
路中与绕组并联的二极管D起到续流作用，即在功放管截止是，使储存在绕组中的能量通过
二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。
由于步进电机采用的是五相十拍的工作方式（五个线圈A、B、C、D、E），其正转时通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA-A……….其反转的通电顺序为：A-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA-A………。
3、驱动电源的选用，及驱动电源与控制器的接线方式
设计中X、Y向步进电动机均为90BYG5502型，生产厂家为常州宝马前杨电机电器有限公司。查步进电动机的资料，选择与之匹配的驱动电源为BD28Nb型，输入电压为50V AC，相电流为3A，分配方式为五相十拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图8所示：
图8
五、机械部分装配图的绘制
装配图见附件CAD A1图纸
六、参考文献
【1】、文怀兴、夏田 .《数控机床系统设计》北京：北京化工出版社，2005.
【2】、韩荣第 .《金属切削原理与刀具》哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.
【3】、李洪 .《机床设计手册》北京：辽宁科学技术出版社，1999.
【4】、陈家芳.《金属切削工艺手册》上海：上海科学技术出版社, 2005.
【5】、杨建明. 《数控加工工艺与编程》北京：北京理工大学出版社，2009.
【6】、张新义.《经济型数控机床系统设计》北京：机械工业出版社，2000 【7】、尹志强.《机电一体化系统课程设计指导书》北京:机械工业出版社，2007.
七、总结体会
我觉得这次《数控机床》课程设计是对过去所学专业知识的一个全面的综合的运用。在设计的过程中我全面地温习了以前所学过的知识，包括机械设计基础和机械制图方面的基础知识，还有刚学过的数控机床这门课，经过复习整理所学得专业知识使得设计思路清晰系统。通过设计使我更加接近生产实际，锻炼了将理论运用于实际的分析和解决实际问题的能力，巩固、加深了有关机械设计方面的知识。
还有很重要的一点是让我体会到了一个设计者的精神。在设计过程中既要自己不断思考、创造，又要注意借用现有的资料，掌握了查阅和使用标准、规范、手册、图册、及相关技术资料的基本技能以及计算、绘图、数据处理等方面的能力。
通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，掌握了一般机械设计的程序和方法，有助于树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的机械设计能力。
最后对在整个设计过程中对老师认真、耐心辅导表示衷心的感谢
机电一体化综合课程设计 《机电一体化课程设计任务书》普通格式 一．课程设计的目的 本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节，课程设计的基本目的是： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规，编写技术文件（说明书）等。 二．设计任务及要求 设计题目：车辆出入库单片机自动控制系统 1.设计容包括：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.课题容简介或设计要求：编制一个用单片机控制的车辆出入库管理控制程序，控制要求如下：1）入库车辆前进时，经过1# → 2#传感器后计数器加1，后退时经过2# → 1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2）出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1，后退时经过1# → 2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3）设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库车辆的实际数量。 3.机械部分的设计： 4.计算机控制的设计：设计显示电路图，并按图连接。画出单片机接线图，并按图接线。编制控制程序。 摘要 本次设计车辆出入库单片机自动控制系统的基本功能和设计思路，根据给定的条件，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械和电子方面的知识，完成车辆入库自动控制，并画好元器件的连接图，其中包括装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现，设计计算与说明。 车辆出入库单片机自动控制系统对我们生活很贴近，一个很实用的系统，可以有效地帮助我们管理车库，再加上如果用单片机来实现的话成本低，很实用，这是一个很有意义的设计。车辆入库单片机自动控制系统的难点在于,如何控制
102工程估价课程设计任务书
《工程估价》课程设计指导书 设计题目二层办公楼工程量清单使用班级工程102班 设计时间1周 指导教师陈德义谭湘倩李军红
2013年6 月17 日 《工程估价》课程设计指导书 编制一份工程量清单文件，是进行“工程估价”课程教学的一个重要环节。在学习了有关理论和方法之后，在教师的指导下通过学生自己动手，编制一个实际工程项目的工程量清单，对于掌握工程量的计算规则、工程量清单项目的设置、工程量清单的编制方法以及今后的估价工作具有重要的指导作用。通过这一课程设计阶段的学习，应力求实现对已学相关知识的巩固、对实际操作的深刻理解和总体把握，并为今后参加全国造价员考试、注册造价工程师考试以及今后从事这方面的工作打下良好的基础。 一、设计任务 1、熟悉设计资料 （1）熟悉设计文件 （2）在开列项目前认真学习工程量清单计算规范等相应设计依据 2、计算清单工程量 计算清单工程量是一项繁重和细致的工作。由于其精确度和速度直接影响到今后工程估价的质量，因此请同学们学会按一定的程序和工程量计算规则进行计算，防止产生漏算、重算和错算的现象。为此，应注意以下事项。 （1）由于漏算是初学者最容易犯的错误。为避免漏项，应按照工程量清单计价规范附录中章节的顺序，对本工程项目一一开列和计算。 （2）清单工程量小数位的取定，按计价规范的要求，计算过程中一般保留到小数点后两位。 （3）开列清单项目时，项目特征的描述要做到完整和准确。 3、编制工程量清单表
根据前面已计算出来的清单工程量，严格按照工程量清单计价规范中的格式完成工程量清单文件。 二、设计要求 1、每人独立完成工程量清单项目的列项，工程量计算以及清单文件的 编制。2、设计格式参照毕业设计格式要求。 3、最后成果按A4纸规格打印。 三、工程概况 本工程为一栋2层混凝土框架结构的办公楼，详见《建筑工程估价》附录工程2设计图纸。 四、进度安排 1、熟悉图纸开列清单项目0.5天 2、计算建筑面积和土石方工程项目0.5天 3、计算基础与砌筑工程项目1天 4、计算混凝土与钢筋混凝土工程项目 1.5天 5、计算其他房屋工程清单项目0.5天 6、计算装饰装修工程清单项目1天 7、措施项目1天 8、编写设计说明和成果汇总0.5天 9、检查并完善设计文件0.5天 六、设计成果 1、封面（见附录一） 2、设计说明 3、目录 4、清单表部分严格按照《建设工程工程量清单计价规范》执行 （见附录二表-01---表-12） 5、封底 七、参考资料 1、设计图纸
机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日
目录 第一节绪论 (3) 1.1课程设计目的意义 (3) 1.2课程设计任务描述 (3) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (3) 第二节总体方案设计 (4) 2.1主轴驱动系统设计方案 (4) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (4) 2.3电气系统设计方案 (4) 第三节传动系统设计 (5) 3.1主轴传动系统的设计 (5) 3.1.1主轴电机选择 (5) 3.1.2变频器的选择 (5) 3.1.3主轴传动系统设计 (5) 3.2伺服驱动系统设计 (6) 3.2.1伺服传动机构设计 (6) 3.2.2伺服电机选择 (6) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (6) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (8) 3.3设计验算校核 (8) 3.3.1惯量匹配验算 (8) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (9) 3.3.3系统的刚度计算 (9) 3.3.4固有频率计算 (10) 3.3.5死区误差计算 (11) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (11) 第四节电气系统设计 (12) 第五节总结 (15) 参考文献 (15) 附：6张系统框图和元器件图
第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc 公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min （4）系统分辨率：0.0005mm,重复精度0.02mm。
第一章绪论 1．机电一体化包括哪六大共性关键技术（相关技术）？p1 答：机电一体化包括六大共性关键技术：（1）精密机械技术，（2）伺服传动技术，（3）检测传感技术，（4）信息处理技术，（5）自动控制技术，（6）系统总体技术。 2．一个较完善的机电一体化系统，应具有哪六个基本功能要素？p2 答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素：（1）机械本体，（2）动力部分，（3）传感检测部分，（4）执行机构，（5）驱动部分，（6）控制及信息处理、各要素和环节之间相联系的接口。 3．何谓机电一体化系统中的接口？接口的作用和基本功能是什么？p3 答：机电一体化系统中的接口，是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。接口的作用使各要素或子系统联接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。接口的基本功能主要有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一；二是放大，在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配；三是传递，变换和放大后的信号在环节间可靠、快速、精确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。 4．简述执行部分的功能和分类。P3 答：执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。它将输入的各种形式的能量转换为机械能。 5．何谓机械本体？P2 答：机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上。 6．何谓动力部分？p2 答：部分动力部分的功能是按照机电一体化技术系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。 7．何谓传感检测部分？p2 答：传感检测部分的功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境和各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。 8．机电一体化技术方向？p8
机电一体化系统课程设计 设计说明书 设计题目：X－Y数控工作台机电系统设计 院校： 班级： 姓名： 学号： 2011年 12 月 24 日
目录 机电一体化系统设计课程设计任务书1．总体方案 1.1导轨副的选用 1.2 丝杆螺母副的选用 1.3 减速装置的选用 1.4 伺服电动机的选用 1.5 检测装置的选用 2.控制系统的设计 3.机械传动部件的计算与选型 3.1导轨上移动部件的重量估算 3.2铣削力的计算 3.3直线滚动导轨副的计算与选型 3.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型 3.5步进电动机减速箱的选用 3.6步进电动机的计算与选型 3.7增量式旋转编码器的选用 4．工作台机械装配图的绘制 5.工作台控制系统的设计 6.步进电动机驱动电源的选用 7.设计总结 参考文献 [1]张建民.《机电一体化系统设计》第三版.高等教育出版社 [2]尹志强.《系统设计课程设计指导书》.机械工业出版社
设 计 计 算 与 说 明 主要结果 设计任务： 题目：X-Y 数控工作台机电系统设计 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）立铣刀最大直径d=15mm ； 2）立铣刀齿数Z=3； 3）最大铣削宽度mm a e 15=； 4）最大背吃刀量mm a p 8=； 5）加工材料为碳钢； 6）X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲； 7）X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±； 8）工作台导轨长度为1260mm ； 9）工作台空载最快移动速度min /3000mm v v y x ==； 10）工作台进给最快移动速度min /400max max mm v v f y f x ==； 11）移动部件总重量为800N ； 12）丝杆有效行程为920mm 。 一、总体方案的确定 1 机械传动部件的选择 1.1导轨副的选用 要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，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。 1.2丝杆螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm 的脉冲当量mm 01.0±和的定位精度，滑动滑动丝杆副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到。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。 1.3减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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
轨道工程课程设计任务书 一、出发资料 1．机车车辆条件：韶山Ⅲ（SS3）型电力机车；机车轴列式30-30，轴距布置为230+200+780+200+230 （cm），轮重。 2．线路条件： （1）线路设计速度80km/h，最小曲线半径500m（实设超高为100mm），规划采用有砟轨道结构。 （2）线路铺设成无缝线路，铺设地区为福州，铺设线路长度为10km。 （3）道床顶面的容许应力为，路基顶面的容许应力为。 二、设计任务 （1）进行有砟轨道结构设计，包括钢轨和扣件的选型，轨枕的类型及布置根数，道床的等级及尺寸，并检算强度是否满足使用要求。 （2）进行无缝线路设计，包括设计锁定轨温确定、缓冲区设计、预留轨缝确定、轨条布置。 三、提交的成果 （一）、设计计算说明书 （1）轨道结构选型。 （2）轨道结构强度检算。 （3）无缝线路设计计算。 （二）、设计图图纸 （1）轨道结构组装图及选型说明。（1张A3）
（2）轨道结构受力图（3张A4：钢轨弯矩和挠度1张，轨枕三个支承状态的弯矩分布，道床顶面、路基顶面、路基第二区域、路基第三区域应力）。 （3）无缝线路设计图（1张A4或A3，基本温度力图、轨条布置图及相关说明）。 设计指导书
一、课程设计的基本步骤： 课程设计的步骤如图1所示： 图1 课程设计步骤 二、设计方法 （一）、轨道结构选型设计 根据机车车辆和线路条件，确定钢轨、轨枕、扣件的类型及刚度、道床的等级及主要尺寸（厚度、顶宽和边坡坡度）。钢轨、轨枕及扣件的可选用类型从教材中选择，道床的等级及主要尺寸也参考教材的内容确定。 以下两点说明： 1、道床厚度的选择 道床厚度设计根据《铁路轨道设计规范》（TB10082-2005）和《地铁设计规范》（GB50157-2003）进行，为方便可根据运营条件从教材表1-1中选择。我们的轨道类型可参考中型轨道结构。 2、钢轨支座刚度D 钢轨支座刚度D的意义是使钢轨支点顶面产生单位下沉时所必须施加于支点顶面上的力，单位一般采用kN/mm表示。 D值的计算：1/D=1/D1+1/D2 教材（7-3） 式中D1为扣件刚度，其值由设计确定；D2为道床支承刚度，计算
机电一体化课程设计报 告
机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日
目录 第一节绪论 (4) 1.1课程设计目的意义 (4) 1.2课程设计任务描述 (4) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (4) 第二节总体方案设计 (5) 2.1主轴驱动系统设计方案 (5) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (5) 2.3电气系统设计方案 (5) 第三节传动系统设计 (6) 3.1主轴传动系统的设计 (6) 3.1.1主轴电机选择 (6) 3.1.2变频器的选择 (6) 3.1.3主轴传动系统设计 (6) 3.2伺服驱动系统设计 (7) 3.2.1伺服传动机构设计 (7) 3.2.2伺服电机选择 (7) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (8) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (9) 3.3设计验算校核 (9) 3.3.1惯量匹配验算 (9) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (10) 3.3.3系统的刚度计算 (11) 3.3.4固有频率计算 (11) 3.3.5死区误差计算 (12) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (12) 第四节电气系统设计 (13) 后附6张系统框图和元器件图。 (15) 第五节心得体会 (16) 参考文献 (17)
第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min
机电一体化系统课程设计 X-Y数控工作台设计说明书 学校名称：湖北文理学院 班级学号：2013279129 学生姓名：张亮 班级：机电1321 2015年11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）系统的运动方式及伺服系统 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 本设计采用了及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。 图1-1 系统总体框图
长春建筑学院 给水排水管网系统A课程设计 任务书 姓名：玄敏 专业：给排水科学与工程 班级学号：水1402 15 指导教师： 日期：2016.11.4-20.16.11.25 城建学院
一、设计题目 吉林省珲春市春华镇给水管网工程初步设计。 二、设计目的 本课程设计是学生在学习《给水排水管网系统》的基础上，综合应用所学的理论知识，完成给水管网设计任务。其目的是培养学生综合应用基础理论和专业知识的能力，同时培养学生独立分析和解决给水管网设计问题的能力，并进一步进行绘图练习及计算机绘图，加强利用参考书的能力。通过给水管网工程设计,使学生了解给水管网的设计步骤和方法,掌握方案的设计、参数的选择、说明书的编写,为今后的毕业设计和实际工程设计打下良好基础。 三、原始资料 1. 吉林省珲春市春华镇规划图1张(1:10000，等高线间距1m)。 2.总平面图上等高线间距:1m； 3.城市人口分区、房屋层数见下表； 4.使用城市给水管网的工厂，其位置见图纸： （1）冶炼厂，生产用水为950m3/d，重复利用率0％。工人总数：2700人，分三班工作，一班早8：00—晚16：00点，二班16：00—24：00点，三班24：00—8：00点。其中热车间工作的工人占全部工人的30％。 淋浴情况： 每班下班后一小时淋浴时间。 （2）纺织厂，生产用水为850m3/d，重复利用率0％。工人总数1200人，分三班工作，一班早8：00—晚16：00点，二班16：00—24：00点，三班24：00—8：00点。其中热车间工作的工人占全部工人的20％。
淋浴情况： 每班下班后一小时淋浴时间。 5.浇洒绿地和道路用水：每次每区70m3。 6．火车站用水：300 m3/d 。 7. 用水量逐时变化： 逐时用水量（％） 四、设计任务 新建给水管网初步设计。 五、设计成果及要求 1．计算要求 (1)认真阅读课程设计任务书，弄懂设计意图及设计要求； (2)结合地形条件划分给水区域，布置给水管网,确定水流方向与管网节点； (3)计算最高日最高时的用水量； (4)进行管网水力计算； (5)水力工况分析； (6)泵站与清水池的计算。
专业：机电一体化 班级： 08—1班 老师：刘顺东 学号： ******** 姓名： **** 日期： 2013年2月
XY工作台部件及单片机控制设计 目录 1.序言 (3) 2.总体方案设计 (3) 2.1.设计任务 (3) 2.2.总体方案确定 (3) 3.机械系统设计 (4) 3.1.工作台外形尺寸及重量估算 (4) 3.2.滚动导轨的参数确定 (5) 3.3.滚珠丝杠的设计计算 (6) 3.4.步进电机的选用 (8) 3.5.确定齿轮传动比 (13) 3.6.确定齿轮模数及有关尺寸 (13) 3.7.步进电机惯性负载的计算 (13) 4.控制系统硬件设计 (14) 4.1.CPU板 (14) 4.2.驱动系统 (16) 4.3.控制系统软件的组成和结构 (18) 5.参考文献 (22)
1.序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；柔性强；易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。 2.总体方案设计 2.1.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C3B3H＝145mm3160mm312mm；底座外形尺寸C13B13H1＝210mm3220mm3140mm；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。 2.2.总体方案确定 2.2.1.系统的运动方式与伺服系统 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。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。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。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。
机电一体化系统综合课程设计 课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计说明书 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：季国顺金成柱聂欣 日期： 2013年1月7日 设计组号： 7 课题号： 14
目录 1、总体方案设计 (3) 1.1 设计任务 (4) 1.2 总体方案确定 (4) 2、机械系统设计 (5) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (6) 2.2 导轨参数确定 (7) 2.3 滚珠丝杆的设计计算 (8) 2.4 步进电机的选型与计算 (10) 2.5 机械系统结构设计 (12) 3、控制系统硬件设计 (13) 3.1 控制系统硬件组成 (13) 3.2 控制系统硬件选型 (15) 3.3 控制系统硬件接口电路设计 (17) 3.4 驱动系统设计 (18) 4、控制系统软件设计 (19) 4.1 控制系统软件总体方案设计 (21) 4.2 主流程设计 (22) 4.3 中断服务流程设计 (23) 4.4 软件调试 (25) 5、总结 (26) 参考文献 (27)
1、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：两坐标X-Y 数控工作台设计 任务：设计两轴联动的数控X-Y 运动平台，完成机械系统设计、控制系统设 计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；每组一题，分别由3～4位同学合作完成。其主要技术指标如下： 1）工作台型号为HXY-4030； 2）行程要求X=400mm ，Y=300mm ； 3）工作台面尺寸为C 3B 3H ＝240mm 3254mm 315mm ； 4）底座外形尺寸为C13B13H1＝650mm 3550mm 3184mm ； 5）工作台最大长度L=778mm ； 6）工作台负载重量N=500N ； 7）工作台最快移动速度v xmax =v ymax =1m/min 8）X,Y 方向的重复定位精度为±0.02mm ； 9）X,Y 方向的定位精度为0.04mm ； 10）工作台切削负载小、运动灵敏度高、低速无爬行； 11）定位精度高； 12）结构轻便，建议机座和滑台采用铝合金； 13）标准组件，独立产品； 14）可直接应用于小型钻、铣床。 1.2 总体方案确定 1.2.1 方案确定思想 该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主 要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。 因X 向和Y 向机械结构基本相同，故只绘制X 向机械系统部分的结构简图，
桂林理工大学博文管理学院 课程设计指导书（2012 ～2013 学年度第二学期） 系（部）：建工系 实习名称：房屋建筑学课程设计 实习负责人： 联系电话： 2013 年 5 月20 日
《房屋建筑学》课程设计任务书 一、设计题目 某多层单元住宅设计（题目自拟） 二、目的要求 通过《房屋建筑学》课程的学习和课程设计实践技能训练 1.培养学生综合运用设计原理及构造知识去分析问题、解决问题的能力 2.掌握建筑施工图设计的基本方法和内容。 3.进一步训练建筑绘图的能力。 三、设计条件 1．本设计为某城市型住宅，位于城市居住小区为单元式、多层住宅4~6层，总建筑面积不低于2500平方米。 2．设计要求，见下表。 户型A：四房二厅二卫二阳台户型B：三房二厅二卫*阳台 户型C：三房二厅二卫*阳台户型D：二房一厅一卫*阳台 户型E：二房二厅一卫*阳台户型F：一房一厅一卫*阳台 学生选做表 3．套型比可以自行选定，但必须满足总建筑面积，墙体均采用240mm墙。 4．耐火等级：Ⅱ级；屋面防水等级：Ⅱ～皿级。 5．结构类型：自定（砖混或框架）
6．房间组成及要求：功能空间低限面积标准参考（自己可以调节）如下：起居室18～25 m2（含衣柜面积） 主卧室12～16 m2 双人次卧室 12～14 m2 单人卧室8～10 m2 餐厅≥8 m2 厨房≥6 m2，包括灶台、调理台、洗地台、搁置台、上柜、下柜、抽油烟机等。 卫生间4～6 m2（双卫可适当增加），包括浴盆、淋浴器、洗脸盆、坐便器、镜箱、洗衣机位、排风道、机械排气等。 门厅：2～3 m2 贮藏室；2～4 m2（吊柜不计入） 工作室6～8 m2 四、设计内容及深度要求 本次设计参考教师给定的住宅方案，根据设计资料确定建筑方案，初步选定主要构件尺寸及布置，明确各部位构造做法。在此基础上按施工图深度要求进行，但因无结构、水、电等工种相配合，故只能局部做到建筑施工图的深度。设计内容如下； 1．单元平面图：至少2-3个套型，比例1：50（选做）。 2．建筑平面图（至少2个单元）：包括底层平面、标准层平面图和屋顶平面图，比例1：10O，标准层必须有一个户型布置家具，其他房间标有名称和面积。 3．建筑立面图：包括正立面、背立面及侧立面图，比例1：100。 4．建筑剖面图；1个（必须剖到楼梯），比例1：100。 5．建筑详图： ①表示局部构造的详图，楼梯详图比例1：50、节点详图比例1：20。 ②表示房屋设备的详图（选作内容），如厨房、厕所、浴室以及壁柜、挂衣柜、 鞋柜、碗柜、灶台、洗涤盆、污水池、垃圾道、信报箱、阳台晒衣架等详图。数 量、比例自定。 6．设计简要说明、图纸目录、门窗表及技术经济指标等。 平均每套建筑面积=总建筑面积（m2）/总套数（套） 使用面积系数=〔总套内使用面积（m2）／总建筑面积（m2）〕X 100％ 五、参考资料 1．《民用建筑设计通则》（JGJ 37-87） 2．《建筑楼梯模数协调标准》（GBJ 101-87） 3．《建筑设计防火规范》（GBJ 121-88） 4．住宅设计规范（GB50096—1999）。 5．《建筑设计资料集》第3册 6．《房屋建筑学》教材 7．地方有关民用建筑构、配件标准图集 8．《建筑构造资料集》 9．有关的建筑构造标准图集 10．《房屋建筑统一制图标准）（GBJ—86）
数控编程加工课程标准 课程名称： 数控编程加工 适用专业： 机电一体化、电气专业 1、前言 课程的性质《数控编程与加工实训》是机电一体化技术专业的课程，主要是数控加工工艺、数控编程、零件加工、CAD/CAM技术应用的内容，是一门综合性和实践性很强的课程。前续理论课程：在学习本课程之前应学习《机械制图》、《机械基础》。 设计思路 教学过程采用工学结合，任务驱动，校企合作的方式，以实际产品中的典型零件为主线，将数控加工工艺及编程分为数控工艺与编程理论+仿真+实操，通过学习能够使学生能够将数控加工工艺、数控编程。 本课程建议学时为56 学时，其中理轮26 学时，操作30 学时。 2、课程目标 本课程其任务是采用工学结合，任务驱动，校企合作与实际生产相结合、同过实践加强对课程内容的理解，培养学生的理论基础和实际操作技能，最终形成的数控技术的应用能力。 知识与能力： 熟悉掌握数控车床、数控铣床和数控加工中心的数控加工工艺编制要点及数控加工编程方法；熟练掌握数控车床、数控铣床和数控加工中心的操作的基本方法； 过程与方法； 认识本实训实践操作的一般过程，进而不断加深对事物的理解过程；认识本实训实践操作的基本方法，善于从不同的角度发现问题，积极探索解决问题的方法；养成独立思考的学习习惯，能对所学内容进行较为全面的比较、概括和阐释。 情感态度与价值观：培养学生能主动参与数控加工的基本理论探究。 培养学生具备辩证思维的能力。培养学生具有热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神。 让学生加强职业道德意识。
3、课程内容和要求 4、实施建议 教材编写 (I )必须依据本课程标准编写教材。教材应充分体现任务驱动、项目导向的课程设计思想。 (2 )以工作项目为主线设计教材结构，结合职业资格鉴定中、高级标准的要求，将本课程涉及的职业活动，分解成若干典型的工作任务，按完成工作任务的需要组织教材内容。 (3 )通过典型零件的数控加工，加强实践内容，强调在操作中理解与应用理论。 (4 )教材应以学生为本，文字通俗、表达简练，内容展现应图文并茂，图例与案例应引起学生的兴趣，重在提高学生学习的主动性和积极性。 (5 )教材内容应有所拓展，在教材中应充分体现新技术、新工艺、新设备、新材料， 使教材更贴近本专业的发展和实际需要。 (6 )活动设计要具有可操作性。 教学建议 (I )在教学过程中，育人为先，加强学生实际操作能力的培养，采用项目教学，以任务驱动提高学生学习兴趣。 (2 )本课程的教学关键是现场教学，“教”与“学”互动，教师示范，学生操作，学 生提问，教师解答、指导。选用典型两件的典型加工方法，由教师讲解，示范操作，学生进行分组操作训练，让其在操作过程中，了解工艺的制定、程序的编制。
机电一体化课程设计 任务书 一、课程设计的目的 把在机电一体化课程及其它有关先修课程中所学到的知识在实际设计中综合地加以应用,使这些知识得到巩固、加深和扩展。 二、课程设计题目 CA6140车床经济型数控改装设计 三、设计要求 1、能用键盘输入命令控制工作台的运动方向 2、能实时显示当前运动位置 3、具有越程指示报警及停止功能 四、设计内容 1、总体方案确定 （1）总体方案设计 （2）绘制总体方案图 2、机械系统设计 （1）执行元件参数及规格的确定； （2）传动机构的具体结构及参数设计； （3）执行机构的具体结构及参数设计。 （4）绘制进给传动系统示意图。 3、控制系统硬件电路设计 （1）微机的选用、存储器的选用与扩展、译码电路设计、接口电路设计等 （2）绘制控制系统原理框图 4、传感器的选择（适用于半闭环控制方式和全闭环控制方式） 五、设计参数 （1）系统分辨率纵向为0.01mm，横向为0.005mm （2）最大加工直径：在床面上为400mm，在床鞍上为210mm （3）最大加工长度为1000mm （4）快进速度：纵向为2.4m/min，横行为1.2m/min
（5）最大切削进给速度：纵向为0.5m/min，横行为0.25m/min 课程设计正文 1.系统总体方案设计 对于普通车床的经济型数控改造，在考虑总体方案时应遵行的基本原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改造应尽可能的少，以降低成本。 数控系统总体方案设计内容包括：系统运动方式的确定；伺服系统的选择；执行机构传动方式的确定；计算机系统的选择等内容。应根据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行分析、比较、论证，最后确定总体方案并绘制系统总体方案框图。1.1数控系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机控制（MNC）系统采用连续控制系统。 1.2伺服进给系统的选择 数控机床的进给系统有开环、半闭环、闭环之分。 采用直流或交流伺服电机驱动的闭环控制方案的优点是可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差、传动间隙及干扰等对加工精度的影响。但他的结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价高。本设计的精度要求不是很高，采用闭环控制系统的必要性不大。 采用直流或交流伺服电机驱动的半闭环控制，其性能介于开环和闭环之间。由于调速范围宽过载能力强，有具有反馈控制，因此性能远优于以步进电机驱动的开环控制。由于反馈环节不包括大部分机械传动元件，调试比闭环简单，系统的稳定性容易保证，所以比闭环容易实现。但是采用半闭环控制调试比开环控制要复杂，设计上有其自身的特点，技术难度较大。本设计任务的要求不高，是经济型数控改造，通常情况下均采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单，设计制作容易，控制精度较好，容易调试，价格便宜，使用维修方便等优点；缺点是步进电机没有过载能力，启动频率低，工作频率也不高等。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。 经过上述比较，决定采用开环控制系统。 1.3执行机构传动方式的确定 为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩
《供暖工程课程设计》指导书贵州大学矿业学院建筑环境与设备工程专业
《供暖工程课程设计》指导书 一、课程设计目的及要求 课程设计是专业课教学的重要组成部分，是理论学习的深化和应用。通过课程设计，使学生自觉地树立精心设计的思想，理论联系实际的学风，掌握—般民用或工业建筑供暖工程的设计程序、方法和步骤。了解和熟悉本领域的新材料、新设备、新方法和新技术。熟悉国家和地方的有关规定和技术措施，学会使用有关的技术手册和设计资料，提高计算和绘图技能，提高对实际工程问题的分析和解决能力。 二、设计步骤及设计说明书的编写 根据设计任务书中给定的设计题目及具体要求，按照收集资料热负荷计算确定方案水力计算绘制施工图的步骤进行设计，并将各步骤的主要依据成果与结论写入设计说明书。 设计主要内容及注意事项指示如下： (一)设计的原始资料 1．气象资料 根据设计任务书中给出的建筑物所在地区，在《采暖通风与空气调节设计规范》 (以下简称规范)中,查出该地区的有关气象参数（如供暖室外计算温度，冬季室外计算风速，冬季主导风向等）。 2．土建资料
的建筑特点（建筑物的方位、层数）和各部位的建筑构造与热工特征，外墙、屋顶、地面门窗构造)。 3．根据任务书中给出的热源条件，确定系统入口位置和热媒参数。 (二)围护结构耗热量计算 1．进行房间编号(注意各层编号竖向统一，编号用三位数字，首位数表示层数。) 2．根据房间使用特点，确定其室内计算温度n t (参阅《规范》)。 3．确定围护结构的传热系统K值，并校核外墙，天棚热阻是否满足《规范》要求。 4．进行围护结构耗热量计算 冷风渗透耗热量采用缝隙法，冷风侵入耗热量计算方法可自选．条件完全相同房间可只计算一个。 (三)散热器面积和片段的计算 确定散热器型式、安装方式、系统联接型式后，确定散热器内热媒平均温度pj t。 (四)供暖系统型式的确定，管道布置及水力计算。 1．合理确定供暖系统的型式，根据建筑物用途、特点比较各种系统形式，选择满足技术经济要求的最佳设计方案。 2．管道布置 管道布置应注意下列几点：
目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (2) 2.1总体方案设计要求 (2) 2.2其它要求 (3) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (3) 3.1进给系统机械结构改造设计 (3) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (3) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (3) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (4) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (4) 4步进电动机的计算与选型 (11) 4.1步进电动机选用的基本原则 (11) 4.1.1步距角α (11) 4.1.2精度 (11) 4.1.3转矩 (11) 4.1.4启动频率 (12) 4.2步进电动机的选择 (12) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (12)
4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 ................................................................... 12 5电动刀架的选择 .................................................................................................................... 12 6控制系统硬件电路设计 ...................................................................................................... 19 6.1控制系统的功能要求 ................................................................................................... 19 6.2硬件电路的组成： ........................................................................................................ 19 6.3电路原理图 ..................................................................................................................... 20 7总结 ........................................................................................................................................... 21 8参考文献 . (22) 1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径400mm 2) 最大加工长度1000mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3000mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =400mm/min ，Z 方向为v zmaxf =800mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 01 .0=x δ02 .0=z δ