摘要
数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控移动工作台的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。
此次设计包括移动工作台的进给设计。控制系统部分包括步进电机的选用及硬件电路设计和工作台系统设计，说明了的扩展，键盘显示接口的设计等等。该控制系统采用工作台中断控制系统结构及子程序结构，因为子程序结构简单、条件明确在数控系统中应用比较多。中断结构采用模块化结构设计，因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理机方向发展。
本文以普通数控移动工作台为研究对象，介绍数控移动工作台主-从式控制系统的设计过程。本设计采用PC 机为上位机，8051为核心的单片机系统作下位机，以打印口作为两者间的通讯接口，构成主—从式控制系统。该类型机床可以利用微型计算机丰富的软硬件资源，可以编制出具有友好的人机界面的系统控制工作台；可以利用单片机系统结构相对简单、工作可靠、价格便宜的特点，并借助C语言、汇编语言等编制出执行机构的位置控制软，可以使原数控移动工作台的扩充性及开放性更强，使数控编程更加方便、高效，也为将来数控移动工作台的网络控制打下基础。本文着重阐述数控移动工作台及及主-从式系统的概述；上位机与下位机间通讯接口及通讯模式的选择；下位机硬件设计；步进电动机控制程序。
关键词：数控移动工作台；开放式数控系统；电动机
Abstract
The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal Control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is composed.
This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including step-by-steps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on.
This article takes the ordinary numerical control machine tool as the research object, and introduces the design process of a master-slave system. In order to use the abundant software and hardware resources of IPC and to compile software of system which is friendly to users, and in order to compile the control software of execution machinery by C and Assembly language at the same time, this CNC system adopts the master-slave structure and parallel communication method. The master computer sends control instructions and parameters to the slave computer under Windows98, for the sake of making the slave computer work well. This system enhances the expanse and open ability of the original CNC machine tools, makes the NC programming become easy and efficient, and It also set a foundation for the numerical control machine tool in the field of the network control. There are three principal parts in the full text: the summary of CNC and the master-slave system; the communication port and mode between the master and slave computer; the control procedure of the step motor.
Keywords：Numerical control; Machine tool; Open-loop；Step motor
目录
摘要 .................................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................................II 第1章绪论 (3)
1.1 两坐标数控移动工作台的课题研究意义 (3)
1.2 两坐标数控移动工作台的课题研究主要内容 (3)
第2章数控移动工作台机械结构 (3)
2.1 进给系统组成 (3)
2.2 齿形带传动设计 (4)
2.2.1 带和带传动 (4)
2.2.2 齿形带的选择 (6)
2.3 步进电机的选择 (7)
2.3.1 步进电机概述 (8)
2.3.2 步进电机的选择 (10)
2.4 丝杠螺母设计 (11)
2.4.1 滚珠丝杠螺母副类型选择 (11)
2.4.2 滚珠丝杠螺母副型号及其校核 (12)
第3章数控移动工作台工作台控制系统 (13)
3.1 工作台控制系统的组成 (13)
3.1.1 工作台控制的组成 (14)
3.1.2 信号流程分析 (14)
3.2 主要功能介绍 (15)
第4章工作台基本结构 (19)
4.1 工作台整体结构 (19)
4.1.1 运动结构 (19)
4.1.2 中断工作台结构 (20)
4.2 工作台基座的结构 (20)
4.3 滑座的结构 (22)
第五章控制系统工作台部分 (25)
5.1 机械加工主体运行程序 (25)
5.2 第一象限到四象限直线插补主体加工子程序 (26)
结论 (29)
参考文献 (30)
致谢 (31)
第1章绪论
1.1 两坐标数控移动工作台的课题研究意义
数控移动工作台具有经济实用，结构简单，操作方便，价格低廉的特点，它的特控制系统通常采用单片机（8位、16位、32位）作控制器，驱动电机采用步进电动机，多数采用开环控制，由于数控系统具有较高的性能价格比，因而广泛地应用于机床产品的升级换代和普通普通机床的技术改造上。近年来，我国在经济系统的研究开发和生产上投入了大量人力和物力，在数控移动工作台领域里经历了几个五年计划之后已经取得了可喜成果，数控移动工作台在我国机床市场上占有较大比重，成为我国制造业不可或缺的一部分。
1.2 两坐标数控移动工作台的课题研究主要内容
数控移动工作台控制系统采用MCS-51系列单片机8031作为控制系统CPU,需要扩展程序存储器，数据存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。
数控移动工作台驱动电机采用步进电机，多数采用开环控制，需要选择和计算主要机械传动部件，如滚珠丝杠，螺母副和步进电机等，绘制机床进给传动机构装配图，绘制单片机控制系统的硬件线路图。
第2章数控移动工作台机械结构
2.1 进给系统组成
数控移动工作台是一种利用数控技术，准确地按照事先安排的工艺流程，实现规定加工动作的金属切削机床，它主要由控制介质、数控装置、伺服机构、机床、测量装置。
各部分的工作原理简述如下：
1、控制介质
进行数控移动工作台加工时，需在任何机床之间建立某种联系，以便机床正确的执行认的意图，这种进行联系的中间介质机控制介质又称为信息载体。信息以代码的形式存储在介质上，
常用的控制节有：穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带；最常用的十八单位标准黑色穿孔纸带。每行共9个孔，大孔为信息孔，其中1。33毫米；小孔为同步孔，其中1。17毫米。国际上通用的代码为EIA代码和IS0代码。
2、计算机数控装置
计算机数控装置是数控装置的核心，其绝大部分采用微型计算机控制；它有输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器组成。
输入设备即把控制介质上的信息翻译成计算机能够识别的信息代码并送到指定的存储
器中以便进行运算处理。
输出设备即将经计算机处理过的信息代码经过翻译之后转变成机床能够执行的指令和
人能够识别的信息符号。
运算器是对计算机中的信息进行算术或逻辑运算的器件。存储器是用来存储计算机所需的各种信息代码的器件。控制器是用来控制计算机内部的运算并按照一定的顺序使各个部件协调工作的部件。
3、伺服机构
伺服构的作用是把数控装蛊的运动指令转变成机床移动部件的运动，使工作台按照预先规定的轨迹运动，以便使加工出符合图纸要求的工件。伺服机构由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机组成。常用的伺服电机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。
4、机床
数控移动工作台是高精度和高生产率的自动化加工机床，它具有更好的抗震性和刚度，相对运动面的摩擦系数小，进给传动部份的间隙小的特点。
5、测量装置
测量装置江机床移动的实际位置、速度检测出来转变成电信号，并反馈至计算机中使计算机能随时判断机床的实际位置、速度与指令要求是否一致，并发出相应指令纠正所产生的误差。
2.2 齿形带传动设计
带传动是利用张紧在带论上的带传递运动和动力；通常是靠带和带轮之间的摩擦力来传递动力的，也有靠带和带轮上的齿的啮合来传递动力的例如：同步齿形带。带的形式有：三角形带、平带、同步齿形带等。带的传动形式有：开口传动、交叉传动、半交叉传动、张锦纶传动。
2.2.1 带和带传动
一、带的种类
1)V带。v带有普通v带、窄v带和宽V带等类型。一般多使用普通的v带。v带的结构为：顶胶、承载层、底胶、包布组成。
窄v带采用合成纤维绳或者钢丝绳作为承载层，它传递的功率比普通的v带大，允许速度和曲挠次数高，传动的中心距较小。
普通v带有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。普通的V带的承载层由胶帘布或者胶绳芯承担；适合高速传动。
2)平带。胶帆布平带强度高、价廉，在平带中应用最多。此外，也有用麻、丝或者棉轮等材料贬值而成的编织带，承载层为涤纶绳，表面服役耐磨油胶布或者聚氨脂的高速胶带，也有以棉轮片作为承载层的。
带轮通常由三部分组成：轮缘、轮毂、轮辐。在结构上代轮应易于制造，能避免由于铸造而产生的内应力，重量应轻。高速带还要进行动平衡。带轮通常按照此公式计算：轮宽的计算公式：B=(z-1)×e+2×f；z--为轮槽数，e--为槽间距，f--为第一个槽的中点至端面的距离。Do=D+2×h。：D--带轮计算直径，h。--轮缘的齿顶高。
二、带传动
带传动的主要几何参数有：中心距a：带长L；带轮直径Dt，D。；包角dt。
带传动的力分析：带传动中呈环形，并以一定的拉力套在一对带轮上，使带和带轮互相压紧。当带轮不工作时两边的拉力相等。工作时，由于带和带轮之间的摩擦力使得带轮一边的拉力加大，而另外一边的拉力减小，两者之差为带轮的有效拉力，它等于沿着带轮上的接触户的摩擦力之和。，在一定条件下，若阻力大于极限值，带就会出现打滑现象。
有效力的计算如下：
F=F1-F2=1000p／v
带的应力计算：
1)紧变得应力计算：б1=F1／A
2)松边的应力的计算：б2=F2／A
式中：F1为紧边拉力；F2为松边拉力；A为带的横截面。
松边与紧边的应力差б：
б=б1—б2=F／A
由于带轮是弹性体受力不同时，带的伸长量是不等的，从而使带发生打滑现象。打滑时，带的速度落后与带轮的速度。
有如下措施可以提高带传动的工作能力：
增大摩擦系数；2)增大包角；3)尽量使传动在最佳速度下工作；4)采用新型带传动；5)采用高强度带材料。
2.2.2 齿形带的选择
下表2-1是齿形带的计算校核方法公式表
表2-1
计算项目符号设计公式
计算功率Pc P=KA×P KW(K为同步齿形带的工作
系数)
选择带型和节距p 查相关的图标进行选取
传动比i I=n1/n2≤10
齿数Z1、Z2 Z 1≥Z min;Z 2=I×Z 2(Z min为小带轮
的最小齿数，I为传动比) 齿轮节园直径D1 D2 D 1 =Z 1×P/π mm, D 2=Z×P/πmm 带速v V=πD1×n1/60×1000≤vmax m/s
初定中心距 a 0.7(D1-D2)≤a≤2×(D1+D2)
带长及其齿数L
A
a 1
D m
L=π×(D+D)/2+r
(D 2-D 1)/2+2acos(r/2)≈π
D m+2a+Δ2/a
A=(L-πD M)/4+((l-πD M) 2-8Δ2) 1/2/4
a 1 =180 0-((D 2-D 1)/a)×60 0
上式中：
D m=(D 2+D 1)/2, Δ=(D 2-D 1 /2
R(D 2-D 1)/a
Cos(r/2) 1-(r/2) 2/2
实际中心距 A A=(L-πd m)/4×((L-Πd) 32-8 2) 1/2 /4
小带轮啮合齿数Zm Zm=Z1／2一PZ1 (Z2-Z1)／20a (圆整
成整数)
基本额定功率Po
Po=(Fa-qv2) ×v／1000 kW
Po---同步带基准宽度b。所能传递的功率Fa---基准宽度b。同步带的许用拉力
q----基准宽度为b。的同步带质
量
带宽 b B=b。×(PC／(KZP。)) 1.14mm
K。---啮合齿数系数
剪切应力计算τττ=PC /(1.44m×b×zM
u)×103≤[τ]
比压验算p p P=PC/(0.6mbSZ1Mu)×103≤[P]
[P]---许用比压
轴上载荷 F α F α=1000P υ／υ N
2.3 步进电机的选择
一、步进电动机及其发展
步进电动机又称脉冲电动机或者称为阶跃电动机，目前，随着电子技术、控制技术以及电动机本体的发展和变化，传统的电机分类的间界面越来越糊：步进电动机的传统定义为，根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度，若不改变励磁状态则保持一定的状态而静止：广义的定义为步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的电动机。
步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其源始模型起源于1830年至l860年间。在20世纪60年代后期，随着永磁材料的发展，各种实用型的步进电动机应运而生，半导体的发展使得步进电机得_至rJT广泛的应用。我国的步进电机开始于21世纪50年代后期，其发展过程大致经历了四个阶段：第一阶段，从50年代后期到60年代后期主要是高等院校和科研机构开发并使用少量的步进电机，以多段结构三相反应式步进电动机为主：第二阶段，70年代初期反映在步进电机的生产和研究发展到了一个较水平：第三阶段，70年代中期至80年代中后期新品种高性能电动机层出不穷，各种混合式步进电动机及驱动器作为产品得到广泛应用。
二、步进电动机的特点
步进电机有三大部分组成：步进电动机本体、步进电动机控制器及步进电动机驱动器。其特点如下：
1)用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。
2)位移与输入脉冲数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构简单又具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高时组成闭环控制系统。
3)无刷，电动机本体部件少，可靠性高。
4)抑郁起动正反传和变速停止，响应性好。
5)平滑性好，步距角选择范围大，停止时可有自锁能力
三、步进电动机的类型
从广义上讲步进电机的类型可分为：机械式、电磁式和组合式三大类型。从结构特点可分为：旋转电动机包括反应式步进电动机(VR型)、永磁式步进电动机(PM型)、混合式步进电动机(HB型)：直线电动机包括VR型、PM型及HB型：下面分别介绍几种典型性的步进电机的结构：1．HB型步进电动机的结构
HB型步进电机有四部分组成：定子部件、转子部件、机壳和端盖。定子部件由铁心、绕组和绝缘体组成，一般的铁心由无方向性的硅钢片叠加而成定子铁心上开了许多大齿，大齿上开许多小齿以增加电磁力和控制的准确性．转子部件由转子铁心、永磁材料和轴组成。转子铁心通常也由硅钢片组成，采用冷冲压后叠压成型。转子铁心必须选用耐磨材料而且磁损耗较小：机盖的作用有三个：l)加强电机刚度2)保护电机3)构成定子铁心的部分电路，机盖一般为圆筒形，表面一般作防秀处理。端盖起支撑转子保证气隙和通风散热的作用，对机械加工的同轴度、圆柱度要求较高。
2．vR型步进电机的结构
vR型步进电机的结构与HB型的结构相似，其不同之处在于转子铁心为一个铁心，同时转子上不使用永磁材料。
3．PM型步进电动机
其转子由永磁材料和轴组成，转子上没有齿：永磁材料圆周方向充磁，材料一般使用氧化铁和铝镍钴居多。
4．PM型直线步进电动机
PM型直线步进电动机由固定定子和可动转子两部分组成。其定子铁心形成主磁路，相当于旋转型的电动机的定子铁心在一维空间展开。．
2.3.1 步进电机概述
一、步进电机的工作原理，
步进电动机是一种将电的脉冲信号转换成交位移活现位移的机电元件。通俗的讲，就是外加一个脉冲信号于这种电动机时，它就运行这一步。步进电动机大致可以分为：反应式、永磁式、混合式和直线式四大类a下面以三相反应式步进电机为例，简要说明步进电机的基本工作原理a
三相反应式步进电机由定子和转子组成。它的定子上有三对磁极，每一对磁极上绕有一相绕组，绕组通电时这两个磁极的极性相反：三相绕组接成星形。转子铁心和定子极靴上有小齿，定子和转子的齿距相等。
当某一向绕组通电时电动机内部建立以该绕组为轴线的磁场。由于定子和转子上有齿和
槽，所以当定子和转子齿的相对位置不同时，磁路的磁导也不同，定转子齿对齿处的极磁导为最大，定转子齿对槽处的每个极磁导为最小。转子的稳定平衡位置是使通电相磁路的磁导为最大的位置，所以通电时，齿对齿的位置为平衡位置。
三相反应式步进电动机有A，B，C三相绕组，各相绕组的轴线夹角为120。：当A相极下定转子齿对齿时：B相磁极上定子齿的轴线，沿ABC方向超前转子齿的轴线l／3齿距：C相极下定子齿的轴线，沿ABC方向超前转子齿的轴线2／3齿距。
在A相断电的同时，给B相通电，则磁场空间转过了l20。，转子齿的轴线将力求与B 相上的定子齿的轴线对齐以达到稳定平衡位置。由于B相轴线还没有与转子齿的轴线对齐所以将对转子产生一个逆时针方向的电磁力迫使转子转动以达到平衡位置：从而使电动机开始转动起来。如果对A、B、C三相绕组按照一定的规律分时的通电则转子可以连续的转动起来，从而实现电信号转化为机械信号即旋转运动。改变通电的顺序可以改变转子的转向，三相反应式步进电动机可以按照三相单三拍方式运行(A—B—C—A—)，每改变一次通电状态电动机内磁场轴线转过l20。，转子转过l／3齿距；也可以以三相双三拍方式(AB—Bc—cA—AB—)运行，每改变一次通电状态电动机内磁场轴线转过l20。，转子转过l／6齿距：也可采用三相六拍方式(A～AB—B—BC—C—CA—A—)运行，每改变一次通电状态电动机内磁场轴线转过60。，转子转过l ／6齿距。
从上面的分析可知：同一台电机可以有不同的通电方式和不同的运行拍数。若用m表示运行拍数，z表示转子齿数，则每改变一次通电状态时转子转
过角度的平均值称为步距角，用Ф表示，则：
Ф=360°／m×z×K
通电方式，相同时为1，不同时为2
从上是可以看出：转子齿数，运行拍数不同时其步距角也是不同的。设步进电机的转速为n(r／rain)，f表示控制脉冲的频率，0表示步距角则步进电机转速计算公式为
n=Ф×f／6
由上式可以看出：当转子的步距角一定时，步进电动机的转速与输入脉冲频率成正比。
二、步进电机的常用术语
1．步距角Ф
指每给一个电脉冲信号电动机转子所应转过的角度的理论值。步距角
0b=360°／m×z×k
2．齿距角Фs
相邻两齿中心线的夹角，通常转子和定子具有相同的齿距角。齿距角
0s=360°／Zr
3．距角特性
指不改变各相绕组通电状态，即一相或者几相绕组同时直流电时电磁转距与失调角的关系：即：
T=f(Ф)
5．失调角
指转子偏离零位时的角度。
6．零位或初始稳定平衡位置
指不改变绕组的通电状态，转子在理想空载下的平衡位置
7．最大静转距
距角特性上转距最大值
2.3.2 步进电机的选择
一、步进电机的主要特性参数
1)步距角Ф每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。步进电动机的步距角可按下式计算：
Ф=360°／m×k×z
式中m--步进电机的相数：
k--与通电方式有关的系数。当通电方式为单拍时，k=1：双拍时，k=2。
z--步进电动机转子的齿数：
2)静态步距角误差△Ф空载时，以单脉冲输入，步进电动机的实际步距角与理论步距角的差值称为静态步距角误差。它与步进电动机的制造精度有关，精度越高，误差值越小。
3)最大静转距Tmax 当步进电动机不改变通电状态，转子不动时，在轴上加一负载转距定子与转子就有一个角位移，该角位移称为失调角。转子刚刚离开平衡位置的极限转距值称为最大静转距。静转距越大，步进电机承受的外加转距也越大，一般产品中给出的最大静转距是指在额定电流即规定的通电方式下的静转距。
4)空载起动频率fq 电动机在空载情况下，不失步所能允许的最高频率称为空载起动频率。在有负载的情况下，不失步所允许的最高频率将大大降低。为了缩短起动时间，可使加到电动机的电脉冲频率按一定频率逐渐增加。
5)连续运行的最高频率(即距频特性)步进电动机起动后，电动机速度能跟随控制脉冲频率连续上升而不失步运行的频率称为连续运行频率：其值也随所形成的负载转距的转距的增加而逐渐下降。在不同频率下产生的转距称为动态转距。在产品样本中也标有连续运行频率值，作为选择电动机的依据之一。
二、步进电动机的选择
1)必须保证步进电动机的输出转距大于负载转距，使电动机的距——频特性有一定裕量，以保证可靠运行，即在实际工作时，各种频率下的负载转距必须在距——频特性曲线范围之内：
2)要求计算的机械系统负载转动惯量与步进电动机转子的转动惯量相匹配，并有一定的裕量：
3)是最高频率能满足产品快速移动的要求：
4)使步进电动机的步距角与机械系统相匹配，区得到击穿的脉冲当量
2.4 丝杠螺母设计
滚珠丝杠螺母副由专门的工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。滚珠丝杠螺母副按其工作方式可以分为：钢球循环方式、循环列数与圈数、预紧方式；钢球循环方式又可以分为：内循环反向器式和外循环插管式；预紧方式也可以分为：单螺母和双螺母滚珠丝杠。按丝杠的旋向也可以分为右旋和左旋丝杠；按其螺母副的类型可以分为：定位滚珠丝杠螺母副和传动滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠的精度等级有：1，2，3，4，5，7，l0七个精度等级钢珠在丝杠和螺母之间的滚动是一个循环闭路。钢珠的每一个循环闭路称为列，每个钢珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈。
为了消除间隙和提高滚珠丝杠副的刚度，可以加预紧力，使它在过盈的条件下工作，这种工作方式称为预紧。常用的预紧方式有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧，预紧后的刚度可以提高两倍。但是预紧力过大，丝杠的寿命
2.4.1 滚珠丝杠螺母副类型选择
主要的参数及代号
1．滚珠丝杠副的主要参数
(1)公称直径dm，公称直径即丝杠螺母副的名义直径，dm越大，承载能力和刚度越大。数控移动工作台上常用的进给丝杠的直径为：Φ30 mm至Φ80mm。
(2)基本导程L0。丝杠相对于螺母旋转2rad时，螺母的轴向位移。
基本的导程称为螺距。它按程载力选取，并与进给的脉冲当量有关。
(3)精度等级。滚珠丝杠可以分为7个精度等级，即I、2、3、4、5、7、10七个精度等级，1级最高，其次递减。一般选用4级～7级，数控移动工作台及精密机械可选用2级～3级。滚珠丝杠副的精度直接影响定位精度、承载能力、接触刚度，因此它丝滚珠丝杠副的重要质量指标。
2．滚珠丝杠副代号的标注
滚珠丝杠副的标注顺序为：循环方式、预紧方式、结构特征、公称直径、公称导程、螺纹旋向、负载钢球圈数、类型、精度等级。例如：CDMSOl0一3一P3，其中c表示外循环方式，D表示双螺母垫片预紧方式，M表示导珠管埋入式，50表示公称直径，3表示负载钢球圈数，P 表示选用定位滚珠丝钢副，3表示精度等级为3级。
2.4.2 滚珠丝杠螺母副型号及其校核
一、最大工作载荷计算
丝杠上的工作载荷FM是指滚珠丝钢负载驱动工作台时滚珠丝钢所承受的轴向力，也叫进给牵引力。它包括三个力：滚珠丝钢的走刀抗力、工件的重力、作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。矩形导轨的工作载荷FM的计算公式为：
FM=KFL+f ｀(FV+FC+G)
其中：FL为工作台的进给方向的载荷；FV为垂直方向的载荷；FC为横向的工作载荷。对不同的导轨，工作载荷的计算公式是不同的，实验系数K和导轨上的摩擦系数f｀也是不同的。
二、最大动载荷的计算及主要尺寸的初选
滚珠丝杠的最大载荷c可用下列公式计算：
C=√L fmFm
式中：L为工作寿命，单位106r，L=60nt／l06：n为丝杠转速(r／min)．n=i000v／L0：v为最大切削力条件下的进给速度(m／min)，可取最高进给速度的l／2～1／3：L0为丝杠基本导程(m)：t为额定使用寿命(h)，可取t=15000h：fm为运转系数，无冲击时l～1．2，一般情况下取1．2～1．5有冲击振动时取l．5～2．5：Fm滚珠丝杠工作载荷(N)。选尺寸时，额定动载荷需大于最大动载荷。
三、传动效率的计算
用查表法选型号查出；0为摩擦角；滚珠丝杠副的传动效率较高，一般在0．8～O．9之间。
四、刚度的验算
滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响定位精度和运动平稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括：丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形滚珠丝杠的扭转变形较小
可以忽略不计，螺母座的只要设计合理，器变形量也可以忽略不计。对于轴承的轴向接触变形，只要滚珠丝杠支承的刚度设计的好，轴向接触变形也可以忽略不计。
1．丝杠的拉压变形量的计算б1
б1=±FmL／EA(mm)
式中：б为在工作载荷Fm作下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量(mm);Fm为丝杠的工作载荷(N)：l为滚珠丝杠在支承间的受力长度(mm)；E为材料弹性模量，E=20．6×104Mpa；A为按内径确定的横截面积(mm 2)“+”号用于拉伸；“一”用于压缩。
2．滚珠与螺纹滚道间的接触变形量б2
无预紧时б2=0．0038((Fm／Z∑) 2／D，) 1/3。(mm)
有预紧时б2=0．O013Fm／(DwFzyZ2∑) 1/3(mm)
式中：Dw为滚珠直径(mm)；Z∑：滚珠总数量Z∑=z×圆数×列数；Z为滚珠一圈的滚珠数，z=πdM /dW(外循环)，z=(πdm／Dw)一3(内循环)；dm为滚珠丝杠的公称直径(mm)；Fyj，为预紧力；Fm为滚珠丝杠工作载荷。
3．滚珠丝杠副刚度的验算
丝杠的总变形量б=б1+б2应小于允许的变形量[б]。
五压杆稳定性验算
滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力过大时，使丝杠失去稳定而产生纵向弯曲即失稳。失稳时的临界载荷Fk为：
Fk=fZπ2EI／L2 (N)
式中：E为杠材料弹性模量，对于钢E=20．6×104Mpa；I为截面惯性距，对丝杠圆截面I=πd41／64(mm)(d1为丝杠底径)；L为丝杠最大工作长度(mm)fz为丝杠支承方式系数。
临界载荷F。与丝杠工作载荷FM之比称为稳定性安全系数n。：若n。大于许用安全系数[n。]，则滚珠丝杠稳定即Nk=Fk／FM≥[nk]。否则失稳。
六、一滚珠丝杠副安装时应注意以下几点。
1．丝杠不能外露；
2．螺母在有效行程内配置限位装置以避免滚珠流失；
3．滚珠丝杠必须润滑，常用锂树脂。
第3章数控移动工作台工作台控制系统
3.1 工作台控制系统的组成
从1974年微处理机问世以后，微处理机为基础的微型计算机数控(MNC)取代了小型计算机数控。现在所说的(MNC)即CNC装置，其主要分为两种形式：一种是单个CPU组成的控制系统，另一种是由两个或两个以上的CPU组成的多微处理器系统。数控移动工作台大多数采用一个CPU
完成机床的控制。
3.1.1 工作台控制的组成
数控移动工作台由一个8031单片机、一个74LS373地址锁存器、一个74LSl38地址译码器两个2764EPROM存储器、两个8155接口、光电各电路、功率放大电路、Z向电机和x向电机等组成。
3.1.2 信号流程分析
数控移动工作台依靠输入的程序指令来实现对零件进行各种形状的加工，各种指令在计算机中是以信号的形式存在的；下面就简要分析一下数控移动工作台的的信号流程：
一、信号的采集
本电路的信号采集有两个地方：l)BCD拨码盘。此拨码盘与8031(1)的PA口和PB口相连，在此拨码盘上输入每条指令对应的二进制代码后，即可完成信息的采集。2)计算机键盘，在键盘上分别输入各条指令的助记符，计算机会根据键盘上输入的字符扑做相应的二进制代码信息，然后进行传送、处理等操作。
二、信号的输入
当信息被输入后，就要进行信号的传输了。信号的传输通过地址线和数据线进行传输，控制线控制相应信号的各种动作。本通过8031的Pl口和8255(2)的PC口相连的部分；信号以低电平的形式被采集，以高电平的形式被传输；因为当某一路的信息被采集后则相应的线路就被导通，这时，8031的Pl口的相应位变为高电平，信号就被传输到了8031的Pl口。
三、信号的处理
当指令信号被输入到8031后，接着就要进行信号的算术逻辑运算处理了，计算机通过Ax进行算术逻辑运算，在控制器的控制下进行，将处理过的信号变成各种相应指令控制计算机完成该指令的功能。同时对外界做出相应的反应，使数据存储器和程序存储器与之保持相应的协调一致。
四、信号的输出。
信号被处理后便可以输出了；信号的输出有两个方向：l)信号直接输入到8255(2)接口以控制x电机和Z电机做出相应的动作，从而达到加工出相应零件的目的。2)信号也可以在地址锁存允许信号ALE的控制之下，被输入到相应的数据存储器或者数据存储器中，以便下次调用或者程序的备份。
五、单片机数控系统的的特点
数控移动工作台控制系统与普通机床相比较有如下特点：
1.提高了生产效率
用该系统加工零件可以降低对工件加具的要求，又免去了划线工作，可是加工镇被时间大大减少。在加工过程中，又有较高的重复精度，节省了对零件的检验时间；在零件的改型时只需更换指令程序即可，节省了准备和调整时间。
2.采用开环控制系统
采用开环控制系统可以实现对零件的精确控制，减轻劳动强度，改善劳动条件，简化了工人的操作从而降低了对工人的加工技术水平的要求。
3.有利于产品的更新换代
在产品的更新换代时只需更换相应的加工程序即可，无需制造、更换夹具和模具，更不需用直接调整机床了。
3.2 主要功能介绍
8031单片机8031单片机的基本特征：8031单片机是美国INTEL公司的产品MCS一51单片机的一个型号，是目前性能较高的8位单片微型计算机。8031单片机内部包含一个8位PROG，128字节的RAM，两个16位定时器，4个8位并行接口，一个全双功能串行口，可扩展的外围程序存储器和俄数据存储器的容量各64K字节，具有5个中断源并配有两个优先级，还有21个特殊功能寄存器。
8031单片机是一个有40根引脚的双列直插式器件，引脚图如图3-1，其引脚功能说明如下：
图3-1 8031单片机示意图
VCC：编程和正常操作的电源电压端，电压为+5V
P0口：8位双向I/O口，既是数据线，又是8位地址线，分时使用。
P1口：8位双向I/O口，专供用户使用，此处为技术人员进行数据输入端口及结果的输出端口
P2口：8位双向I／O口，系统外围存储器扩展时，律高8位地址线使用，
系统不需要扩展时，也可以供用户使用。
P3口：8位双向I／O口，是一个双功能口，第一功能和Pl口一样可以作为通用i／o口，工作于第二共猛士，各端口的定义如下：
P3．0----RXD，串行输入；
P3．1----TXD，串行输出；
P3．2----INT0，外围中断输入；
P3．3----INTl，外围中断输入；
P3．4----T0，定时器0外围输入端；
P3．5----Tl，定时器l外围输入端；
P3．6----wR，写信号；
P3．7----RD，读信号；
ALE／PROG：访问外围存储器时，用于锁存地址低8位字节地址锁存允许输出。ALE 提供一个定时信号，在外为存储器存取数据时把P0口的低位地址字节锁存到外界的锁存器中。这个引脚也是EPROM编程时的编程脉冲输入端(PROG)。
PSEN：程序锁存允许输出，是外围程序存储器的读选通信号。
EA／VPP：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时CPU执行外部承袭存储器的指令。使用8031单片机时，EA必须接地。
XTALl：振荡器的反向放大器输入，使用外部振荡器时必须接地；
XTAL2：振荡器的反向放大器输出，使用外围振荡器时，接收外围振荡信号；
RESET／VPD：复位控制信号，在振荡器运行时，使RESET脚至少保持两个机器周期为高电平时，可实现复位操作。在电源关断之前加上掉电保护电路，RAM的内容将不会丢失。
2、存储器扩展电路
8031单片机没治师28字节的RAM，没有ROM．机床数控系统需要的程序存储器和数据存储器的容量较大，必须外接程序存储器(EPROM)和数据存储器(RAM)。
(1)程序存储器的扩展
常用的EPROM存储器有：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分别为：2K、“、8 K、16K、32K。该系统使用的是2764。
(I) 2764介绍2764是一种位容量为8kbX8的EPROM，它有l3条地址线(A12至AO)，8条数据引脚(D7至DO)，2个电压输入端Vpp和Vce，除此之外，还有l个允许端CE和编程脉冲控制端PGM．
(II)地址锁存器74L8373
如图3-2，74L8373是一个带三态门的8D锁存器，他作为8031外部的一个扩展输出口；其工作原理：当8031把数据准备好后，便通过ALE发出一个控制信号加到373的G端，即锁存控制端，使数据锁存在373中。
单片机规定P0口提供地8位地址线，同时又要作数据线，所以P0是一个分时输出地8位地址和数据的通道口。为了把地址信息分离出来保存，提供外界存储器的低8位地址信息，通常采用74L8373作为地址锁存器。74L8373的引脚见图纸。1D至8D输入端，lQ至8Q是输出端，CE是片选端选通端G与8031单片机的地址琐存信号ALE连接。当选通端G=1时，74L8373的输出端与输入端相同，当G端从高电平返回低电平时，输入的地址信息就被锁入lQ至8Q中。
2764EPROM程序存储器、74L8373锁存器和8031连接见图纸，2764的容量是8K字节，故需用l3根地址线，低8位地址线和74LS373的输出端连接，高5位地址直接与单片机8031的P2．0至P2．4端口直接连接。8031的地址锁存允许信号ALE和74LS373的选通端G连接，当ALE=1时，则PO口输出地址有效，当ALE=0时，P0口可作数据通道；当ALE有高电平返回低平时，低8位地址信息被锁存到输出端lQ至8Q。存储器2764得出位数据线直接与8031的P0口连接，2764的输出允许端直接与8031的程序存储器允许输出端PSEN，当PSEN=0是允许取址。由于8031单片机只能选通外围程序存储器，所以队引脚必须接地。
(2)数据存储器扩展
由于单片机8031内部RAM只有128字节，不能满足系统的要求，故要扩展外围数据存储器。常用的数据存储器有6116和6264静态RAM数据存储器，其容量分别为2K和8K字节。此数控移动工作台所用的是6264静态RAM。
a)6264静态RAM介绍6264引脚图见图纸，各引脚功能如下：
A0至Al2-----地址线，共13根；
D1至D8------数据线，共8根；
CEl、CE2-----片选信号端，选通时CEl是低电平，CE2是高电平；
OE-----------输出允许(读)信号；
WE-----------写信号；
VCC--------- +5V电源：
GND----------地电平．
b)74LSl38地址译码器及译码电路在单片机应用系统中，所有外围都通过总线与单片机连接。单片机数据总线分时的与各个外围进行数据传送，故要进行片选控制。若内有多个地址单元时，还要进行片内地址选择。8031单片机应用系统的地址译码规定，外围扩展与数据存储器统一编址，所以外围不仅占用数据存储器一定数量的地址单元，而且要使用读／写信号与读／写指令。
本数控硬件结构中采用全地址译码方式。所谓全地址译码是：低位地址作为片内地址，高位地址选通用译码器译码，译码器输出的地址选字信号作为片选线连至每个外围的片选端。
译码器常用74LSl38译码器，其中G1、G2A和G28是赋能端，A、B、C是选择端，
Y0至Y7是输出端，74LSl38的输入端占用了8031单片机的P2．5、P2．6、P2．7三根高位地址线，剩余l3根地址线用作数据存储器的内地址线。138译码器每一个输出端可接8一个外围的片选端实现分时片选控制，因此，一个138译码器的8根输出端可以连接8个8K字节地址空问。本电路中GA、GB、GND接地，，只要P2．5、P2．6、P2．7产生信号是就会有相应的输出片选信号。
(3)数据存储器扩展电路
6264总共13根地址线，其中地8位地址线通过地址锁存器74LS373与8031单片机的P0口连接，高5位直接与8031的P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4端连接，低8位直接与74LS373输出端连接。读写控制引脚0E、WE与8031的读写控制引脚RD、wR直接连接，74L838的输入端C、B、A分别与8031的P2．5～P2．7连接，而6264的片选端CE连在138译码器的Y2端，所以6264的空间地址为2000H～2FFFH．
3、面板操作
在面板上有启／停、数／字、采集、圆／直等按钮。
启／停按钮启动和停止加工程序。
数／字按钮用于输入加工所需的加工程序。
采集按钮用于采集模拟信息，将模拟量转化为计算机能够识别的数字量。
圆／直按钮用于选择圆弧加工或者直线加工的程序。
4、与强电接口
对机床的强电控制主要包括主轴电机的启动、停止、调速以及了冷却泵、液压泵等电机的起、停和刀架转位换刀操作。
通常在在高压大电流条件下工作，很容易对计算机造成干扰。所以这类接口电路有两个特征：
1)计算机输出的信号须经功率放大后才能使用。
2)为防止强电干扰，要进行严格的隔离；须加光电隔离电路。
本电路采用8255(2)接口电路的PA口并将其设置成输出方式，由80331单片机的RD、WR、ALE控制8255(2)的电机运动，译码器138的Y4直接控制8255(2)的动作。
5、键盘显示器接口电路
键盘和显示器是数控系统常用的人机对话的外围设备，键盘可完成数据程序的输入，显示器可以显示计算机运行时的状态数据。
本电路使用8155接口，先介绍8155，然后在介绍接口电路。
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························
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
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
VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）1.0技术方案书 一、总体介绍： “VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）”是为配合教育部于2009年新开设的“数控设备应用与维护”专业及人力资源与社会保障部于2007年颁布的新工种“数控机床装调维修工”的教学培训而专门研发的以培养优秀的数控设备维护维修人才为目标的仿真教学软件，同时也是CITTIC数控机床维修培训认证推荐使用软件。软件采用目前最先进的三维可视化编程技术开发；主要服务于“数控设备应用与维护”专业中“数控机床电气控制系统安装与调试、数控机床机械部件装配与调整、数控机床PLC控制与调试、数控系统连接与调试、数控机床故障诊断与维修”等五门核心课程相关专业技能实训以及“数控机床装调维修工”各级别相关专业技能要求技能培训之用。软件最大特点是按照工作过程为导向的任务驱动式教学法的思路，最大限度模拟企业真实工作环境与流程，采用典型数控机床与数控系统，将上述教学内容逐一分解成单项技能实训，使学生从单一技能学习起步，逐渐深入，逐渐综合，最终经历一个完整的数控设备装配、调试及维修的生产性训练过程。软件生动直观，学生使用该软件反复练习后，即可将全部流程以及其中的所有技能细节强化记忆，在脑海中形成牢固图示，为其今后进入相关职业岗位奠定坚实的技能基础。 二、分类介绍： VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）分为服务端与客户端。服务端主要作用是用于该软件的管理和通信。客户端主要应用于专业实训，分六大功能模块，如下图：
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
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
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。
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
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
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II 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
Since the 21st century, the human economy has developed high speed, the people live have had the change which changes with each new day, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops. key words: Cross table Ball screw Rolling guide Stepper motor
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。
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]
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: 2