精密机械与仪器设计
课程设计说明书
二维数控精密工作台
设计题目：二维数控工作台精密工作台
班级：测控08-3班
姓名：徐斌
指导教师：闫勇刚
摘要
数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。二维数控精密工作台采用滚珠丝杠和直线导轨副传动,具有精度高,效率高,寿命长,磨损小,节能降耗,结构紧凑,通用性较强.工作台材料一般为HT400,也可以根据用户要求,设计加工,铝合金,钢板,大理石均可以加工；数控工作台系列产品可以配置步进电机或伺服电机.数控精密工作台可广泛应用于激光焊接机,激光切割机,插线机,打孔机,涂胶机,机械手,搬运或运输生产线上,检测装置,射线探伤分析,应力分析等数控机床和实验设备上。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，二维数控工作台是设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。
关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨丝杠
目录
绪论 (4)
课程设计的设计要求 (4)
本课题设计的背景 (5)
本课题设计内容 (5)
1.1. 本课题设计的目的和意义 (5)
1.2. 总体方案 (6)
机械系统设计 (8)
2.1工作台外形尺寸及重量估算 (8)
滚动导轨的参数确定 (9)
滚珠丝杠的设计计算 (12)
步进电机的选用 (17)
联轴器的选用 (21)
步进电机惯性负载的计算 (22)
二维数控精密工作台的误差来源与分析 (26)
丝杠误差分析与补偿： (26)
结论 (27)
致谢 (29)
参考文献： (30)
绪论
引言
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
X-Y 数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y 工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
模块化的X-Y 数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X 、Y 方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。下图为数控设备的基本框图
图1 数控设备的基本框图
本文通过步进电机和滚珠杠带动工作台，组成运动控制系统，实现二维平台的精密定位控制。
课程设计的设计要求
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，因此在设计过程中必须做到： (一) 综合地考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合
理的设计方案。 (二) 仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材，在认真思考的基础上
提出自己的见解与指导教师讨论，避免单纯地向指导老师索取答案； (三) 通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创
造性，而不是简单抄袭或没有根据在臆造；
(四)认真计算和制图，有错误要认真修改，力求设计图纸和计算说明书
的质量达到或接近实际生产水平。
本课题设计的背景
随着科学技术的不断进步和社会生存的不断发展，人们对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，而机械加工过程的自动化是实现上述要求的有效途径。从工业化革命以来，人们实现机械加工自动化的主要手段有自动机床、组合机床、专用自动生产线。
这些设备的使用大大提高了机械加工自动化的程度，提高了劳动生产率，促进了制造业的发展。但他也存在固有的缺点，如才初始投资大、准备周期长、柔性差。
因此，上述方法仅适用于批量的零件生产。然而，随着市场竞争的日趋激烈，产品更新换代周期缩短，小批量产品的生产所占的比重越来越大，越占总加工量的80％以上。在航空、航天、重型机床以及国防工业部门尤为突出。因此，迫切需要一种精度高，柔性好的加工设备来满足上述要求，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。另一方面，电子技术和计算机技术的飞速反战则为NC机床的发展提供了坚实的技术基础。NC技术正是在这种背景下诞生和发展起来的，它极其有效地满足了上述要求，为小批量、京都复杂的零件生产提供了自动化加工手段。
本课题设计内容
本设计奖在以下几个方面对数控工作台进行研究和论证。
(一)数控工作台的选择。综合数控工作台的类别和各类的特点和要
求，在本课题中主要研究两轴数控工作台的控制。
(二)系统硬件设计。本课题设计的数控工作台要求运行迅速准确度
高，主要有步进电机、滚珠丝杠、滚动导轨、底座、工作台等。
1.1. 本课题设计的目的和意义
数控机床是一种高度自动化的机床。随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量的不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工约占80％.这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。精密数控工作台可广泛应用与激光焊接、断层射线扫描、机械手、检测装置及使用教学领域。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要。
本课题的基本要求是在了解运动控制卡的基础上，掌握利用VB软件编写程序，能够进行直线或圆弧插补运动所设计的一台两轴的数控工作
台，并真正掌握此项技术。由于两轴数控工作台的复杂性和广泛的应用性，它能满足各行各业不同场合的要求，如应用高校研究，机密机械，智能机械，数控设备等等，具有良好的适用性特点。
1.2. 总体方案
设计设计任务
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 。数控精密工作台采用步进电机驱动。
本次课程设计精密工作台的结构如图2
图2
表1设计主要参数
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。
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。
电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，系统总体框图图3
图3
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。
机械系统设计
2.1工作台外形尺寸及重量估算
工作台外形如图4
X向拖板（上拖板）尺寸：
长?宽?高 145×160×12=104400 重量：按重量=体积×材料比重估算
3214516050107.81090--?????≈N
Y 向拖板（下拖板）尺寸：14516012?? 重量：约90N 。
上导轨座（连电机）重量：
223(2201403821558)7.81010 1.110107π--??+??????+?≈()N
夹具及工件重量：约150N 。
X-Y 工作台运动部分的总重量：约287N 。
滚动导轨的参数确定
图5导轨
导轨精度及影响导轨精度的因素
导轨的的导向精度是导轨导轨副的重要指标。导向精度是指运动件按给定的方向做直线运动的准确程度，它取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。运动件的实际运动轨迹与给定方向之间的偏差越小，则导向精度越高。其中导轨的导向精度的主要因素有导轨的类型；导轨面间的间隙；导轨的几何精度、几何参数和接触度；导轨和机座的刚度；导轨油膜的厚度和刚度；导轨的耐磨性；导轨和机座的热变形等。 导轨的几何精度可用线值或角值表示。 1. 导轨的导向精度和接触精度
2. 导轨在垂直平面和水平平面内的直线度。
3.
导轨间的平行度。
4.导轨间的垂直度。
5.接触精度。
（二）影响导轨精度的因素
1.导轨的几何参数。
2.导轨和机座的刚度。
3.耐磨性。
4.运动平稳性。
5.温度变化的影响。
（三）导轨间隙的调整
为了保证导轨正常工作，导轨的滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力，间隙过小会降低导向精度。
（四）驱动力方向和作用点对导轨工作的影响
设计导轨时，必须合理地确定驱动力的方向和作用点，使导轨的倾覆力矩尽可能的小。否则，将使导轨中的摩擦力增大，磨损加剧，从而将降低运动的灵活性和导向精度，严重时甚至使导轨卡住而不能正常工作。因此确定导轨不被卡住的条件，必须对运动件进行受力分析。
滚动导轨的特点：摩擦因数小，并且静、动摩擦因数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1～0.2um，而滑动导轨是其的100倍左右；磨损较小，寿命长，润滑简单；结构较为复杂，加工比较困难，成本较高；对赃物及导轨面的误差比较敏感。
导轨形式的选择，如表2
表2 各种导轨的对比
随着工业产品规模化、标准化的发展，目前世界上很多公司都生产标准化的各种用途的导轨，并使之规模化成本降低。在设计时尽量选用标准化导轨来满足设计的需求，使仪器产品的成本降低并使仪器的生产周期缩短，提高产品的竞争力。
⑴、导轨型式：圆形截面滚珠导轨如图2-1所示 ⑵、导轨长度 ①上导轨（X 向）
取动导轨长度 100B l = 动导轨行程 82.5l =
支承导轨长度 Ｌ=l+l B =182.5 式2-2-1 ②下导轨（Y 向）
82.5l = 100B l = 182.5L =
选择导轨的型号：GTA16 ⑶、直线滚动轴承的选型
①上导轨： 240()X G N =
②下导轨： 287()Y G N
由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP 型直线滚动轴承的额定动载荷为370N ，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP 型直线滚动轴承。并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。
（4）滚动体的大小和数量
滚动体的大小和数量应根据单位接触面积上容许压力计算确定。在结构允许的条件下应优先选用直径较大的滚动体。这是因为：增大滚动体直径可以提高导轨的承载能力。对于滚珠导轨，其承载能力与数目Z 及滚珠的直径d 的平方成正比；增大滚动体直径，有利于提高导轨的接触刚度；增大滚动体的直径，可以减小导轨的摩擦阻力。
（5）、滚动导轨刚度及预紧方法
使滚动体与轨道表面产生初始接触弹性变形的方法称为预紧。预紧导轨的刚度比无预紧导轨的刚度大，在合理的预紧条件下，导轨磨损较小，但导轨的结构较复杂，成本高。当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。
零件图如图7
图7
滚珠丝杠的设计计算
图8丝杆
为保证工作台可靠稳定的运行和要求的精度，丝杠应满足以下条件 1. 具有足够的刚度，力变形要小。仪器和工件的重量及支撑的自重会引起力的变形，被测件的质量的改变会引起载荷力的变形。 2. 稳定性好，内应力变形小。由于材料的内应力会造成丝杠的缓慢的变形。选择材料时一定要进行时效处理，消除内应力，减小力变形，提高精度。 3. 热变形要小，对于尺寸较大，精度要求较高的仪器，热变形是造成误差的一个重要因素。如对于较长的丝杠来说，温度变形会引起凸凹的变形。 4. 有良好的抗震性。在精密和超紧密的测量中，震动的测量不可忽略的，它不仅造成整机的晃动还可能造成零件与部件之间相互位置变动或者产生弯曲与扭曲，从而对仪器精度产生影响。在满足感性的要求情况下，尽量减轻重量，提高固有频率，防止共振；合理的进行结构设计，如合理的选择截面形状和尺寸，提高固有频率，避免产生共振；采用减震或隔振设计，如弹簧隔振、橡胶隔振、气垫隔振等。 滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计算。 ⑴ 、 最大动负载Q 的计算
H Q f P ω= 式
2-3-1
查表得系数1f ω=，1H f =，寿命值
6
6010nT
L =
式2-3-2
查表得使用寿命时间T=15000h ，初选丝杠螺距t=4mm ，得丝杠转速
max 100010001
250(/min)4
V n r t ?=
== 式2-3-3
所以 6
6025015000
22510L ??== 式
2-3-4
X 向丝杠牵引力
1.414x x P f G =当 ()f 当——当量摩擦系数 式
2-3-5
1.4140.01240 3.39()N =??=
Y 向丝杠牵引力
1.4141.4140.01287 4.06()
y y
P f G N ==??=当 式
2-3-6
所以最大动负荷
X 向 11 3.3920.6()x Q N =??= 式2-3-7
Y 向 11 4.0624.7()y Q N =??=
查表，取滚珠丝杠公称直径 010d mm =，选用滚珠丝杠螺母副 的型号为 SFK1004，其额定动载荷为390N ，足够用。
⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算，如表3
表3滚珠丝杠螺母副几何参数
⑶、传动效率计算
7.26
0.973()(7.260.2)
tg tg tg tg γηγ?=
==++ 式2-3-8
式中：?——摩擦角；
γ——丝杠螺纹升角。
⑷、刚度验算
滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程0L 的变化量
1PL L EF
=±
Y 向所受牵引力大，故应用Y 向参数计算
24.7()P N = 00.4()L cm = 6220.610(/)E N cm =? ()材料为钢
()2
22
0.798 3.140.52F R cm π??=== ???
式2-3-9
所以 6
16
24.70.5 1.210()20.6100.5
L cm -?=±
=±??? 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量2L 很小，可以忽略。 所以导程总误差
()60100100
1.2103/0.4
L
m m L μ-==?= 式2-3-10
查表知E 级精度的丝杠允许误差15m μ，故刚度足够。 ⑸、稳定性验算
由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。 零件图如图9
图9
步进电机的选用
图10
步进电机的选择
它用电脉冲控制，每输入一个脉冲，电机就移进一步，可以改变脉冲频率在很大范围内调节转速，可以点动，也可以连续动，可正转也可反转，停机时有自锁能力，它的步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境影响，仅与脉冲频率有关。
步距误差不累积，一般在15′以内。步进电机运行时会出现超调或振荡，要注意低频时振动对工作台运动的影响，突然起动时有滞后。
传动装置的作用是传递转速和转矩，要求能使工作台灵敏、准确、稳定地跟踪指令，实现精确移动
图11步进电机传动控制系统框图
⑴、步进电机的步距角b θ
取系统脉冲当量0.01/p mm step δ=，初选步进电机步距角 1.5b θ=。 ⑵、步进电机启动力矩的计算
设步进电机等效负载力矩为T ，负载力为P ，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做功有如下关系
T Ps ?η＝
式中：? ——电机转角；s ——移动部件的相应位移；η ——机械传动效率。
若取 b ?θ=，则p s δ=，且S P P G μ=+，所以
[]36()2p S b P G T N cm δμπθη
+=
式
2-4-1
式中：S P ——移动部件负载（N ）；G ——移动部件重量（N ）； z P ——与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（N ）；μ ——导轨摩擦系数；b θ——步进电机步距角，（rad ）；T ——电机轴负载力矩（N cm ） 本例中，取0.03μ=（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），0.96η=，S P 为丝杠牵引力，24.7s H P P N ==。考虑到重力影响，Y 向电机负载较大，因此取287y G G N ==，所以
[]
360.0124.70.03287 1.33()
2 1.50.96
T N cm π?+?=
=??
式2-4-2
若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩
0.3~0.5
q T
T =
取安全系数为0.3，则 ()1.33
4.420.3
q T N cm =
= 对于工作方式为三相六拍的三相步进电机 max 5.10.866
q j T T ==
()N cm
式2-4-3
⑶、步进电机的最高工作频率
max max 100010001
1667()
60600.01
p V f Hz δ?=
==?
式2-4-4
查表选用两个45BF005-Ⅱ型步进电机。电机的有关参数见表4
表4 步进电机参数
转)cm ) 30步进电机的开环控制方式
图12步进电机开环控制框图
应用时步进电机的注意事项
步进电机开环控制系统进给系统的位移或转角大小由指令脉冲数所决定由于系统没有位置检测器及反馈电路，因此开环系统的驱动控制精度一般仅有0.01mm。但是结构简单，易于调整和维护，价格较低故使用在一般的机床中，需要必要的脉冲当量和满足结构要求的的转矩。
步进电机启动转矩选择表
表5
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························
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
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 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：
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
数控机床课程设计说明书 设计课题：X-Y数控工作台设计 院别： 专业班级： 学号： 姓名： 指导老师：
摘要...................................................................................................................................... I 一前言. (1) 二设计任务 (1) 三设计主要步骤 (2) （一）确定设计总体方案 (2) 1、初拟机械传动部件方案： (2) 2、方案对比分析： (2) 3、最终方案： (3) （二）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 计算切削力 (3) 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (5) 4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (10) 5 滑动导轨的设计计算 (16) 6 其余部件的选取 (17) 结论 (20) 致谢 (21) 参考文献 (21)
21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，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：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机
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)
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
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
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
精密机械与仪器设计 课程设计说明书 二坐标精密工作台 姓名：夏圆杰 学号：310804040323 专业班级：测控08-3 班 指导教师：闫勇刚 河南理工大学测控技术与仪器系 2011.7.3
摘要 数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。精密数控工作台可广泛应用于激光焊接、层射线扫描、械手检测装置及实用教学领域。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。 关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨丝杠
目录 1. 绪论 (4) 1.1. 数控技术发展概况 (5) 1.2. 二维数控精密工作台原理 (7) 1.3. 课程设计的设计要求 (8) 1.4. 本课题设计的背景 (9) 1.5. 本课题设计内容 (10) 1.6. 本课题设计的目的和意义 (11) 1.7. 总体方案设计 (12) 1.7.1.设计任务 (12) 1.7.2.总体方案确定 (13) 2. 机械系统设计 (15) 2.1. 工作台外形尺寸及重量估算 (15) 2.2. 滚动导轨的参数确定 (16) 2.3. 滚珠丝杠的设计计算 (18) 2.4. 步进电机的选用 (22) 2.5. 联轴器的选用 (24) 2.6. 步进电机惯性负载的计算 (25) 2.7. 二维数控精密工作台的误差来源与分析 (28) 3. 结论 (29) 致谢 (31) 参考文献： (32)
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。
优秀设计 基于单片机的二维数控实验台的设计与实现摘要 本设计结合机电一体化课程教学环节需要，设计用单片机作为控制系统的X-Y工作台。通过论述X-Y工作台机械结构设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中的共性和关键技术. 基于单片机二维数控系统是以单片机为主体，二维数控实验平台为核心的系统。主要应用单片机作为控制核心，LED点阵显示芯片与数控系统相结合的系统。充分发挥了单片机的性能。其优点硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。 该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,是控制技术的最简单的应用.它充分的利用了单片机软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高. 系统设计是利用AT89S51单片机,及27128,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能.其基本思想是:通过单片机控制使电机运动从而实现工作台的移动。 关键词：X—Y工作台；单片机；机电一体化设计
NC-based single-chip two-dimensional test-bed design and implementation Abstract The combination of mechanical and electrical design aspects of the integration of teaching needs, the design of control systems with single-chip microcomputer as the XY table. XY table through on the design of mechanical structure and control interface circuit design, mechanical-electrical integration on the design of the common and key technologies. Two-dimensional numerical control system based on single-chip based on single-chip microcomputer as the main body, the experimental two-dimensional numerical control system as the core platform. The main application of single-chip microcomputer as control core, LED dot matrix display system chips with a combination of CNC system. Give full play to the single-chip performance. Advantage of simple hardware circuit, software functions, the control system reliable and cost-effective features such as high, with a certain degree of use and reference value. The system design is an open-loop control system, its simple structure, convenient and can realize. Sure. Reduce cost, is the most simple control technology application. It fully utilize the MCU software and hardware function to realize the control of machine tools, Machine processing expanded, accuracy and reliability is further improved. System design is to use 27128,6264，AT89S51 and memory and 8155 chips, hardware composition in the control system of the hardware written procedures to achieve certain processing function. The basic idea is: through the single-chip microcomputer control make motor sports so as to realize the worktable moving. Key words: X-Y table; singlechip; mechatronics design