课程设计
课程名称：数控技术课程设计
学院：
专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：
年级：07级任课教师：
2011年1月5日
课程设计说明书 XK715D立式数控铣床工作台（X轴）
设计说明书
课程名称：数控技术课程设计
学院：
班级：
学号：
学生姓名：
指导老师：
2011年1月5日
目录
1概述 (4)
1.1技术要求 (5)
1.2总体方案设计 (6)
2设计计算 (6)
2.1主切削力及其切削分力计算 (6)
2.2导轨摩擦力的计算 (7)
2.3计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力 (8)
2.4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算 (8)
2.5初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号 (11)
2.6由式确定滚珠丝杆螺母副的预紧力 (12)
2.7计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力 (12)
2.8确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号 (12)
3工作台部件的装配图设计 (14)
4滚珠丝杆螺母副的承载能力校验 (15)
4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 (15)
4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 (15)
4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 (15)
5计算机械传动系统的刚度 (16)
5.1机械传动系统的刚度计算 (16)
5.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (17)
6驱动电动机的选型与计算 (18)
6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (18)
6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (18)
6.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (19)
6.4选择驱动电动机的型号 (20)
7机械传动系统的动态分析 (21)
7.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (21)
7.2计算扭转振动系统的最低固有频率 (21)
8计算传动系统的误差计算与分析 (22)
8.1计算机械传动系统的方向死区 (22)
8.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (22)
8.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (22)
9确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (23)
9.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (23)
9.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (23)
10 数控机床控制系统设计 (23)
10.1数控系统硬件电路设计 (23)
10.2数控系统软件电路设计 (28)
11总结与体会 (38)
参考文献 (39)
XK715D立式数控铣床工作台（X轴）设计
1概述
数控铣床定义:数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两都的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别. 如图所示，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：
1、主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。
2、进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。
3、控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。
4、辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。
5、机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架
XK715D 立式数控铣床
特点与用途：XK 715D立式数控铣床主要用于中小型零件模具等多品种加工，工件一次装夹后，可自动高效、高精度的连续完成铣、钻、镗、铰等工序。该机床主要构件刚度高，主轴转速恒功率范围宽，低转速扭矩大，可进行强力切削。主轴轴承采用进口轴承，主轴运转时精度高、噪声低、震动小、热变形小。
XK 715D立式数控铣床技术参数
项目单位参数
型号 XK715D 工作台面尺寸 mm 1200×520 坐标行程（X 、Y 、Z ）
mm 880×500×610
主轴最高转速 rpu 8000 主电机功率 KW 11/15 主轴镗孔 MAS403 BT40
工作台最大承重 kg 1000 主轴端面至工作台面距离
mm 125～735
定位精度 mm X:0.020 Y:0.014 Z:0.016 重复定位精度 mm X:0.012 Y:0.008 Z:0.010 数控系统
HNC-21M/22M 华中“世纪星”数
控系统
1.1技术要求
X 向拖板(上拖板)尺寸为: 长*宽*高=1200*520*50 重量:按重量=体积*材料比重估算为: x W = N 5880108.710120*********≈?????--
上导轨重量为N W
20001
=
电机重量
N W
4.1768.9181
=?=
夹具及工件重量:约1588N X-Y 工作台运动部分总重量为:
N W 980015884.176********≈+++=
工作台、工件和夹具的总重量m =1000kg （所受的重力W=9800N ），其中，工作台的质量0m =600kg （所受的重力
0W =5880N ）
；工作台的最大行程p L =880mm ；工作台快速移动速度max v =15000min mm ；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数u =0.15,静摩擦系数0u =0.2；工作台的定位精度为20um ，重复定位精度为12um ；机床的工作寿命为20000h （即工作时间为10年）
机床采用主轴服电机，额定功率E P =11kw ，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=125mm ，主轴转速n=8000min /r ，切削状况如表2-1所示
表2-1数控铣床的切削状况
切削方式
进给速度
/min)/(m
时间比例/(%)
备注
强力切削 0.6 10 主电动机满功率条件下切削
一般切削 0.8 30 粗加工 精加工切削 1 50 精加工
快速进给
15
10
空载条件下工作台快速进给
1.2总体方案设计
为了满足以上技术要求，采取以下技术方案。
（1） 工作台工作面尺寸（宽度?长度）确定为520mm ?1200mm 。
（2） 工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯（PT-FE ）导轨板。同时采用斜镶
条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。
（3） 对滚珠丝杆螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杆进行预拉伸。 （4） 采用伺服电机驱动。
（5） 采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连。
2设计计算
2.1主切削力及其切削分力计算
（1）计算主切削力Z F 。
根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀直径D=125mm ）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。此时，铣刀的切削速度为
s m s m Dn
v /33.52/60
8000
1012514.3603=???==-π
若主传动链的机械效率
8.0=m η，按式310?=
v
P F E
m z η可计算主切削力Z F ；
v ---机床主轴的计算转速（主轴转速全部功率时的最低切削速度，s m /；
m η---机床主传动系统的传动功率，一般取8.0=m η。
N N v
P F E
m z 16.1681033
.5211
8.01033=??=
?=
η
（2）计算各切削分力。
根据表2---2可得工作台纵向切削力1F 、横向切削力c F 和垂向切削力v F 分别为
N N F F z 26.6216.1684.04.01=?== N N F F z c 75.15916.16895.095.0=?== N N F F z v 49.9216.16855.055.0=?==
表2---2 工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值
切削条件
比值
对称端铣
不对称端铣
逆铣
顺铣
端铣
)2.0~1.0,)8.0~4.0((0==f e a d a
z F F /1 0.300.40 0.600.90 0.150.30 z c F F / 0.850.95 0.450.70 0.90 1.00 z v F F /
0.500.55
0.500.55 0.500.55 圆柱铣、立铣、盘铣和成形铣
)2.0~1.0,05.0(0==f e a d a
z F F /1 --- 1.00 1.20 0.800.90
z v F F / --- 0.200.30 0.750.80
z c F F /
---
0.350.40
0.350.40
2.2导轨摩擦力的计算
（1）按式(2-8a)计算在切削状态下的导轨摩擦力μF 。此时，动摩擦系数15.0=μ，
c F 、v F ---主切削力的垂向切削分力（N ）和横向切削分力（N ）；
W---坐标轴上移动部件的全部重量（包括机床夹具和工件的重量，N ）；
μ---摩擦系数，随导轨形式不同而不同，对于帖塑导轨，μ=0.15；对于滚动直线导轨，μ=0.01；
g f ---镶条紧固力（N ）,其推荐值可查表2---3得镶条紧固力g f =2500N ，则
)(v c g F F f W F +++=μμ=0.15×(9800+2500+159.75+92.49)N=1882.84N
表2---3 镶条紧固力推荐值
导轨形式
主电动机功率/kw
2.2
3.7 5.5 7.5 11 15 18 贴塑滑动导轨 500 800
150
200
0 250
0 300
0 350
0 滚动直线导轨
25
40
75
100
125
150
175
(2)按式)
(0g f W F +=μμ,计算在吧切削状态下的导轨摩擦力0μF 和导轨静摩擦力0F 。
)(0g f W F +=μμ=0.15×（9800+25000）N=1845N )(00g f W F +=μ=0.2×(9800+2500)N=2460N
2.3计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力
（1）按式μF F F a +=1max ， 1F ---主切削力的纵向切削力 μF F F a +=1max =（62.26+1882.84）N=1945.1N
（2）按式)(0min g a f W F F +==μμN 计算最小轴向负载力min a F 0min μF F a ==1845N
2.4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算
1）确定滚珠丝杆的导程
根据已知条件，取电动机的最高转速min /1500max r n =，则由式max
max
0in v L =
得： mm mm in v L 101500
115000
max max 0=?==
2)计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷 （1）估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。
将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷max a F ，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷min a F 。一般切削(粗加工)和精细切削（精加工）时，滚珠丝杆螺母副的轴向载荷2F 、3F 分别可按下列公式计算：
max min 2%20a a F F F +=，max min 3%5a a F F F +=，并将计算结果填入表2---4。
表2---4 数控铣床滚珠丝杆的计算
切削方式
轴向载荷/N
进给速度
/(min m )
时间比
例/(％)
备注
强力切削 1945.10
6.01=v 10
max 1a F F = 一般切削（粗加
工） 2234.02
8.02=v
30
max min 2%20a a F F F +=
精细加工（精加
工） 1942.26
13=v
50
max min 3%5a a F F F +=
快移和定镗定位
1845
max 4v v =
10
min 4a F F =
(2)计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速i n
min /60min /10106.03
011r r L v n =?==
- min /80min /10
108.03022r r L v n =?==
- min /100min /101013
033r r L v n =?==
- min /1500min /10
10153044r r L v n =?==
- （3）按式n n m n q n q
n q n 100
...1001002211+++=
计算滚珠丝杆螺母副的平均转速m n 。 min /230min /)1500100101001005080100306010010(100
...1001002211r r n q n q
n q n n n m =?+?+?+?=+++=
（4）按式332232113
1100
...100100n m n n m m m q n n F q
n n F q n n F F +++=计算滚珠丝杆螺母副的平均载荷m F 。
N
N N q n n F q
n n F q n n F F n
m n n m m m 77.192965.0184522.026.194210.002.233403.01.1945100
10230150018451005023010026.1942100302308002.223410*********.1945100
(1001003333333333332232113)
1=?+?+?+?=??+??+??+??
=+++=
3)确定滚珠丝杆预期的额定动载荷am C
（1）按预定工作时间估算。查表2---5得载荷性质系数3.1=e f 。已知初步选择的滚珠丝杆的精度等级为2级，查表2---6得精度系数1=a f 。查表2---7得可靠性系数44.0=c f ，额定寿命h L h 20000=则由式
c
a w
m h
m am f f f F L n C 100603=得
N
N f f f F L n C c
a w m h
m am 37.3711744
.011003
.177.192920000230601006033=??????==
表2---5 载荷性质系数w f
载荷性质
无冲击（很平稳）
轻微冲击 伴有冲击或振动
w f
1~1.2
1.2~1.5
1.5~2
表2---6精度系数a f
精度等级
1、2、3 4、5 7 10 a f
1
0.9
0.8
0.7
表2---7可靠性系数c f
可靠性
/(％)
90
95
96
97
98
99
c f
1 0.6
2 0.5
3 0.4
4 0.33 0.21
(2)因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧，所以可按式max a e am F f C =估算最大轴向载荷。查表2---8得欲加动载荷系数5.4=e f ，则
N N F f C a e am 95.87521.19455.4max =?==
表2---8 欲加动载荷系数
e
f
欲加载荷类型
轻预载 中预载 重预载 e
f
6.7
4.5
3.4
（3）确定滚珠丝杆预期的额定动载荷am C 。 取以上两种结果的最大值，即am C =37117.37N 。 4）按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经m d 2
（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形。
已知工作台的定位精度为20m μ，重复定位精度为12m μ，根据公式）2/1~3/1(max =δ重复定位精度m μ和
）
4/1~5/1(max =δ定位精度m μ以及定位精度和重复定位精度的要求，得m m μμδ)6~4(122/1~3/1(1max =?=）， m m μμδ)5~4(204/1~5/1(2max =?=）
取上述计算结果的较小值，即m μδ4max =。 （2）估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经m d 2。
本机床工作台（X ）轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度≈（1.2～1.4）行程+（25～30）0L
取L=1.4×行程+300L =（1.4×880+30×10）mm=1532mm, 又0F =2460N ，由式max
02039
.0δL
F d m ≥得mm L
F d m 86.374
1532
2460039.0039
.0max
02=??
=≥δ 2.5初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号
根据计算所得的0L 、am C 、m d 2，初步选择FFZD 型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FFZD5010-5,其公称直径0d 、基本导程0L 、额定动载荷a C 和丝杆底径2d 如下：mm d 500=，mm L 100=，
kN C kN C a a 1.376.55=>=,mm d mm d m 86.373.4422=>=，故满足式am a C C ≥，m d d 22≥的要求。
2.6由式
max 31
a p F F =
确定滚珠丝杆螺母副的预紧力p F
N N F F a p 37.6481.19453
1
31max =?==
2.7计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力
（1） 按式mm tL tL u u t 6
1011-??=?=αδ计算目标行程补偿值t δ
t δ---目标行程补偿值)(mm ；
t ?---温度变化值（C ）
，一般情况下为2~3C
； α---丝杆的线膨胀系数（1/C ）,一般情况下为C /10116-?；
u L ---滚珠丝杆副的有效行程)(mm 。
已知温度变化值C t 2=?，丝杆的线膨胀系数C
/10116-?=α，滚珠丝杆副的有效行程
u L =工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度
=（880+100+2×20+146）mm=1166mm,
故mm mm mm tL tL u u t 025.010116621110116
6=???=??=?=--αδ
(2)按式2
281.1td F t ?=计算滚珠丝杆的预拉伸力t F 。
已知滚珠丝杆螺纹底径mm d 3.442=,滚珠丝杆的温度变化值C t
2=?，则 N N td F t 21.71043.44281.181.122
2=??=?=
2.8确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号
（1）按式max max 2
1
a t B F F F +
=计算轴承所承受的最大轴向载荷max B F 。 N N F F F a t B 76.8076)1.19452
1
21.7104(21max max =?+=+=
（2） 计算轴承的预紧力Bp F
N N F F B Bp 25.269276.80763
1
31max =?==
(3)计算轴承的当量轴向载荷Bam F
N N F F F m Bp Bam 02.4622)77.192925.2692(=+=+=
(4)按式3
60100
h nL P C =
计算轴承的基本额定动载荷C 。 已知轴承的工作转速min /230r n n m ==,轴承所受的当量轴向载荷N F Bam 02.4622=,轴承的基本额定寿命
h L 20000=。轴承的径向载荷r F 和轴向载荷a F 分别为
N N F F Bam r 01.23115.002.462260cos =?==
N N F F Bam a 16.402187.002.462260sin =?==
因为
17.274.101
.231116.4021<==r a F F ，所以查表2---9得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故N N YF XF P a r 35.6562)16.402154.001.23119.1(=?+?=+=
N N nL P C h 89.427202000023060100
35.6562601003
3=???==
表2---9 载荷系数
组合列数
2列
3列 4列
承载列数
1
列
2列 1列 2列 3列 1列 2列 3列 4列 组合形式
DF DT
DF
D
DF D DT D DF T DF F DF T DT T 17.2≤r
a
F F
X
1.
9 --- 1.43 2.33 --- 1.17 2.33 2.53 --- Y 0.54 --- 0.77 0.35 --- 0.89 0.35 0.26 --- 17.2>r
a
F F
X 0.92 0.92 0.92 0.02 0.02 0.92 0.92 0.92 0.92 Y
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
(5)确定轴承的规格型号
因为滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用 60角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杆两端固定的
支承形式。由于滚珠丝杆的螺纹底径2d 为44.3mm ，所以选择轴承的内径d 为40mm ，以满足滚珠丝杆结构的需要。
在滚珠丝杆的两个固定端均选择国产 60角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为760308TNI/P4DFB,尺寸（内径×外径×宽度）为40mm ×90mm ×23mm ，选择脂润滑。该轴承的预载荷能力
,
BP F 为5600N ，大于计算所得的轴承预紧力BP F =2647.25N.并在脂润滑状态下的极限转速为1500r/min,等于滚珠丝杆
的最高转速min /1500max r n ，故满足要求。该轴承的额定动载荷为'C =50000N ，而该轴承在20000h 工作寿命下的基本额定动载荷C =42720.89N,也满足要求。
3工作台部件的装配图设计
将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计（见本课程设计插页图1）。其计算简图如下图所示，本课程设计后插
页
图
2
为
电
机
接
线
图
，
插
页
图
3
为
电
机
控
制
图
。
4滚珠丝杆螺母副的承载能力校验
4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验
本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杆始终受拉而不受压，因此，不存在压杆补稳定问题。
4.2滚珠丝杆螺母副临界转速c n 的校验
根据以上的计算可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度2L =1117.5mm 。已知弹性模量MPa E 5
101.2?=，材料
密度35/108.71
mm N g
-??=
ρ，重力加速度23/108.9s mm g ?=，安全系数8.01=K 。查参考文献[]1表2-44得73.4=λ。
滚珠丝杆的最小惯性矩为4444
264.1906693.446414
.364mm mm d I =?=
=
π
滚珠丝杆的最小截面积为2222255.15403.444
14
.34mm mm d A =?==π
故可由式A
EI L K n c ρπλ222
1
260=得 min
/47.7822min /55
.1540108.7108.9190669101.25.111714.3273.4608.026053
52
2
22
2
1
r r A
EI
L K n c =??????????
==-ρπλ
本丝杆螺母副的最高转速为1500min r ，远远小于其临界转速，故满足要求。
4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验
滚珠丝杆螺母副的寿命，主要是指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杆在相同的条件下回转时，其中90％不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速查参考文献[]1附录A 表A-3得滚珠丝杆的额定动载荷
N C a 35800=，运转条件系数2.1=w f ，滚珠丝杆的轴向载荷N F F a 10.1945max ==,滚珠丝杆
螺母副转速min /1500max r n n ==,由式63
10)(
?=w
a a f F C L ，n L L h 60=
得r r f F C L w a a 9636310608.310)2
.110.194535800
(10)(
?=??=?=， h h n L L h 400881500
6010608.3609
=??==
一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命h L h 20000≥故满足要求
5计算机械传动系统的刚度
5.1机械传动系统的刚度计算
(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度s K 。
本工作台的丝杆支承方式为两端固定，当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时
)1355,2/(mm L L a ==时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度min s K ，可按式L
d K s 2
2
2
min
106.6?=计算： m N m N L d K s μμ/90.955/1355
3.44106.6106.622
2
22
min
=??=?=
当mm L a Y 5.1117==或mm L a J 5.237==时（即滚珠丝杆的螺母中心位于行程的两端位置时），滚珠丝杆螺母
副具有最大拉压刚度max s K ，可按式)
(4106.62
22
max J J s L L L L
d K -?=计算：
m
N m N L L L L
d K J J s μμ/18.1653/)
5.2371355(5.23741355
3.44106.6)
(410
6.622
222
max =-????=-?=
（2）计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度b K 。 已知轴承接触角
60=β，滚动体直径mm d Q 144.7=，滚动体个数Z=17，轴承的最大轴向工作载荷
N F B 76.8076max =,查参考文献[]1表2-45、2-46得
m
N m N F Z d K B Q b μμβ
/98.1895/60sin 76.807617144.734.24sin 34.2435235max 2=?????=??= （3） 计算滚珠与滚道的接触刚度c K
查参考文献[]1附录A 表A-3得滚珠与滚道的接触刚度m N K μ/2075=，额定载荷N C a 55600=，滚珠丝杠上所
承受的最大轴向载荷N F a 10.1945max =，故由式31
max )1.0(a
a c C F
K K =
得m N m N C F K K a a c μμ/08.1462/)55600
1.010.1945(2075)1.0(3
1
31max =??==
（4） 计算进给传动系统的综合拉压刚度K 。
由式
c
b s K K K K 1
111max max +
+=得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为 0018.008
.14621
98.1895118.165311111max max =++=++=c b s K K K K 故m N K μ/56.555max =。 由式
c
b s K K K K 1
111min min +
+=得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为 0023.008
.1462198.1895190.95511111min min =++=++=c b s K K K K 故m N K μ/78.434min =。
5.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算
由以上计算可知，扭转作用点之间的距离mm L 5.11172=已知剪切模量MPa G 4
101.8?=，滚珠丝杆的底径
m d 3
2103.44-?=。由式
24232L G d K πφ=
得
rad
m N rad
m N L G
d K /52.27392/105.11173210101.8)103.44(14.33236
443242?=????????==--πφ
6驱动电动机的选型与计算
6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量
（1）计算滚珠丝杠的转动惯量r J 。
已知滚珠丝杠的密度
3
3/108.7cm kg -?=ρ，由式
j
n
j j
j n
j j
r L D
L D J ∑∑=-=?==
1
43
1
4
10
78.032
πρ
得
2
244431
43
1
443.21)2.55.29.10049.832(1078.010
78.032
cm kg cm kg L
D L D J j
n
j j
j
n
j j
r ?=??+?+????=?==
-=-=∑∑πρ
（2）计算联轴器的转动量
0J 。
2244343062.112.8)36.6(1078.01078.0cm kg cm kg L
D J ?=??-??=?=--
（3）计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量L J 。
已知机床执行部件（即工作台、工件、夹具）的总质量kg m 1000=，电动机每转一圈，机床执行部件在轴上移动
的距离cm L 1=,则由式
2
)2(
πL m J L =得
222236.25)14.321(1000)2(
cm kg cm kg L m J L ?=???==π
（4）由式
L
r d J J J J ++=0计算加在电动机轴上总的负载转动惯量
d J 。
2
2041.58)36.2562.1143.21(cm kg cm kg J J J J L r d ?=?++=++=
6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩
（1）计算切削负载力矩
c T 。
已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力
N
F F a a 10.1945max ==，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距
离m mm L 01.010==，进给传动系统总效率90.0=η，由式
πη2L F T a c =
得
m N m N L F T a c ?=????==
44.390.014.3201
.010.19452πη
（2）计算摩擦负载力矩
μ
T
已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）
N
F 18450=μ，由式
πημ20L F T u =
得
m
N m N L F T u ?=????=
=
26.39.014.3201
.0184520πη
μ
（3）计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩f
T 。
已知滚珠丝杠螺母副的预紧力
N
F p 37.648=滚珠丝杠螺母副的基本导程
m
mm L 01.0100==，滚珠丝杠螺母副
的效率
94
.00=η，由式
)
1(22
00ηπη
-=
L F T p f 得
m
N m N L F T p f ?=?-????=
-=
13.0)94.01(9.014.3201
.037.648)1(222
00ηπη
6.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩
（1）计算线性加速力矩
al T
已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速
min
/1500max r n =，电动机的转动惯量2
62cm kg J m ?=，
坐标轴的负载惯量2
41.58cm kg J d ?=，进给伺服系统的位置环增益Z z H k 20=，加速时间
s s k t s a 15.0203
3===
，
由式
)
1)((980602max
a s t k d m a
al e J J t n T --+?=
π得
m N cm kgf cm
kgf e e J J t n T a s t k d m a al ?=?=?-?+?????=-+?=
?--97.1117.122)1()41.5862(15
.0980601500
14.32)1)((98060201520max π
（2）计算阶跃加速力矩。
已知加速时间
s
s k t s a 05.0201
1===
，由式)(980602max d m a ap J J t n T +?=π得
m N cm kgf cm
kgf J J t n T d m a
ap ?=?=?+?????=
+?=01.3881.387)41.5862(05
.0980601500
14.32)
(980602max
π
（3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。 ①按式
)
(f al q T T T T ++=μ计算线性加速时空载启动力矩
q
T 。
m
N m N T T T T f al q ?=?++=++=36.15)13.026.397.11()(μ
②按式
)
('f ap q T T T T ++=μ计算阶跃加速时空载启动力矩
'
q T 。
m
N m N T T T T f ap q ?=?++=++=40.41)13.026.301.38()('μ
③按式
f
KJ T T T +=μ计算快进力矩
KJ T 。
m
N m N T T T f KJ ?=?+=+=39.3)13.026.3(μ
④按式
f
c GJ T T T +=计算工进力矩
GJ T 。
m
N m N T T T f c GJ ?=?+=+=57.3)13.044.3(
6.4选择驱动电动机的型号
(1)选择驱动电动机的型号 根据以上计算和查参考文献
[]1表2--47，选择日本FANUC 公司生产的
123000i α型交流伺服电动机为驱动电动机。
主要技术参数如下:额定功率3kw ；最高转速3000min r ；额定力矩12N m ?；转动惯量2
62cm kg ?；质量。
交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的5-10倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60N m ?，均大于本机床工作台的线性加速时所需 的空载启动力矩
m
N T q ?=36.15以及阶跃加速时所需的驱动力矩
m
N T q ?=40.41'，因此，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。
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
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：
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
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)
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。
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
目录 设计任务 (3) 一.系统总体方案设计 (3) (一)机械系统 (3) (二)接口设计 (3) (三)伺服系统设计 (4) (四)控制系统设计 (4) 二.机械系统的设计计算 (4) (一) 滚珠丝杠的选型与计算 (4) (二) 滚动直线导轨的选型与计算 (7) (三) 电机的选择 (8) (四)光电开关的选择 (10) (五)限位开关的选择 (10) 三控制系统设计 (12) 1.操作面板的布置图 (12) 2.操作面板功能介绍 (12) 3.控制系统原理框图 (15) 5、光电开关和限位开关信号采集原理 (15) 6、键盘、显示器接口电路分析 (15) 四程序 (16) 五参考文献 (19) 设计任务: X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm
平均切削力:1500N 平均切削进给速度:600mm/min 最高运动速度:6m/min 定位精度:0.02mm 工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一.系统总体方案设计 由设计任务书知,本次设计可采用如下方案 (一)机械系统 1.传动机构采用滚珠丝杠副 2.导向机构采用滚动直线导轨 3.执行机构采用步进电机 (二)接口设计 1.人机接口 (1)采用键盘作为输入 (2)采用LED作为指示标志 (3)采用数码管作为显示器
2.机电接口 采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离. (三)伺服系统设计 采用开环控制 (四)控制系统设计 二.机械系统的设计计算 (一)滚珠丝杠的选型与计算 由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm, 工作寿命8250816000h L h =??=,传动精度要求0.02mm σ=± 设导程P=5 mm ,则 max 600 120/min 5 60001200/min 5 m n r n r ==== (1) 求计算载荷 1.21.01.016001 C F H A M F K K K K N ==???= 由条件,查《机电一体化系统设计》表2-6取F K =1.2, 查表2-6取H K =1.2, 表2-4取 D 精度, 查表2-6取A K =1.0, (2)计算额定动载荷计算值Ca`由式 (2-4) 19209336Ca F N '===
本科生专业课程设计 学生姓名: 学号: 专业名称: 班级: 指导教师: 5 月
目录 任务书....................................................................... 错误!未定义书签。 二、总体方案的确定.................................................... 错误!未定义书签。 三、机械传动部件的计算与选型................................ 错误!未定义书签。 四、工作台机械装配图的绘制.................................... 错误!未定义书签。 五、工作台控制系统的设计........................................ 错误!未定义书签。参考文献 ......................................................................... 错误!未定义书签。附件1 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件2 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件3 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件4 .............................................................................. 错误!未定义书签。
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
论文（设计）任务书 注：本表按自然班填写。于动员时发给学生。不够纸请另附页。
前言 设计目的 数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 设计要求 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。 该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。 2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。 4.学会使用手册及图表资料。 1.总体方案的确定 1.1设计参数 系统分辨率为0.01mm，其它设计参数如下表。