课程设计
题目： X-Y数控工作台机电系统设计
专业：机械电子工程
班级： 11机电1班
姓名：
学号：
指导教师：
2014年12月5日
目录
第一章概述 (3)
1.1 数控工作台简介 (3)
1.2 设计任务 (3)
1.3 设计思路及意义 (4)
1.3.1 设计思路 (4)
1.3.2 设计意义 (4)
第2章总体方案的确定 (4)
2.1 机械传动部件的选择 (4)
2.1.1 导轨副的选用 (4)
2.1.2 丝杠螺母副的选用 (4)
2.1.3 减速装置的选用 (5)
2.1.4 伺服电动机的选用 (5)
2.1.5 检测装置的选用 (5)
2.2 控制系统的设计 (6)
第3章X-Y机械部分设计 (6)
3.1 确定系统脉冲当量 (6)
3.2 导轨上移动部件的重量估算 (7)
3.3 铣削力的计算 (7)
3.4 直线滚动导轨副的计算与选型 (8)
3.4.1 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (8)
3.4.2 距离额定寿命的计算 (8)
3.5 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)
3.5.1 最大工作载荷F m的计算 (9)
3.5.2 最大动载荷F Q的计算 (9)
3.5.3 初选型号 (9)
3.5.4 传动效率η的计算 (10)
3.5.5 刚度的验算 (10)
3.5.6 压杆稳定性校核 (11)
3.6 步进电动机减速箱的选用 (11)
3.7步进电机的计算与选型 (12)
3.8 增量式旋转编码器的选用 (17)
第四章X-Y数控系统设计............................................................... 错误！未定义书签。
4.1 绘制进给传动示意图................................................................错误！未定义书签。
4.2 控制系统设计 (18)
4.3 步进电动机驱动电源的选用 (19)
结论 (20)
参考文献 (21)
导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。
2.2 控制系统的设计
（1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。
（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89C52作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。
（3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还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。
（4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。
系统总体框图如下图2所示
图2 系统总体框图
第3章X-Y机械部分设计
3.1 确定系统脉冲当量
任务书中所给定的脉冲当量是0.005mm。
3.2 导轨上移动部件的重量估算δ/
丝杆的有效行程为330mm ，由表知,5级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm 时，行程偏差允许达到25μm ，可见丝杆刚度足够。
3.5.6 压杆稳定性校核
根据公式计算失稳时的临界载荷F k 。查表，取支承系数k f =1；由丝杠底径2d =16.2 mm ，求得截面惯性矩
64/4
2d I π=≈
3380.88 mm；压杆稳定安全系数K 取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a 取最大值500mm ，得临界载荷k F ≈ 9343N，远大于工作载荷m F =1367N ，故丝杠不会失稳。
综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。
3.6 步进电动机减速箱的选用
为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机转轴上尽可能地小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。采用一级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联接，滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用图3弹簧错齿法消除侧隙。
图5 双片薄齿轮错齿调整机构
1、2、6—齿轮 3—螺母 4、5—螺钉 7—拉簧
已知工作台的脉冲当量δ=0.005 mm/脉冲，滚珠丝
F
图690BYG2602步进电动机的运行矩频特性曲线
③最快空载移动时电动机运行频率校核
最快空载移动速度
v=3000mm/min对应的电动机运
max
行频率
f=10000Hz。查表知90BYG2602电动机的极限运
max
行频率为20000Hz，可见没有超出上限。
④起动频率的计算
已知电动机转轴上的总转动惯量J eq=30.352
kg?
cm
能：
（1）接受操作面板的开关与按钮信息；
（2）接受限位开关信号；
（3）控制X，Y向步进电动机的驱动器；
（4）与PC机的串行通信。
CPU选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52，采用8279，和W27C512，6264芯片做为I/O和存储器扩展芯片。W27C512用做程序存储器，存放监控程序；6264用来扩展AT89S52的RAM存储器存放调试和运行的加工程序；8279用做键盘和LED显示器借口，键盘主要是输入工作台方向，LED显示器显示当前工作台坐标值；系统具有超程报警功能，并有越位开关和报警灯；其他辅助电路有复位电路，时钟电路，越位报警指示电路。
图11 进给控制系统原理框图
4.3 步进电动机的驱动电源选用
设计中X、Y向步进电动机均为90BYG2602型，生产厂家为常州宝马集团公司。选择与之匹配的驱动电源为BD28Nb型，输入电压为1000VAC，相电流为4A，分配方
式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图所
示。
BD28Nb型驱动电源接线图
4.4 驱动电路流程设计
步进电机的速度控制比较容易实现，而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.01mm，步进电机每走一步，工作台直线行进给0.01mm。步进电机驱动电路中采用了光电偶合器，它具有较强的抗干扰性，而且具有保护CPU的作用，当功放电路出现故障时，不会将大的电压加在CPU上使其烧坏。
图12 步进电机驱动电路图
该电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当
A相得电时，电动机转动一步。电路中与绕组并联的二极
管D起到续流作用，即在功放管截止是，使储存在绕组中
的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。
与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不
至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。
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 一、机电专业课程设计目的 (3) 二、总体方案设计 (3) 三、机械系统设计 (4) 1、计工作台外形尺寸及重量估算 (5) 2、电动机滚动导轨的参数确定 (5) 3、滚珠丝杠的设计计算 (6) 4、步进电机的选用 (7) 四、绘制装配图 (9) 五、电气原理图设计 (10) 1、功率单片机的选择 (10) 2、外部程序存储器的扩展 (10) 3、外部数据存储器的扩展 (10) 4、I/O口扩展电路 (11) 5、显示器接口设计 (11) 6、键盘接口电路设计 (11) 7、步进电机的接口电路设计 (11) 8、其他 (11) 六、参考文献 (12)
一、机电专业课程设计目的 本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的 综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识； （2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6） 绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。 二、总体方案设计 2.1 设计任务 （1）题目：二坐标数控工作台设计。 （2）设计内容及要求： 1）工作台总装图一张（0号图纸） 2）控制电气图一张（1号图纸） 3）设计说明书一份（10-20页） 4）具体设计参数如下： 台面尺寸：140180? 行程X ：140；Y:110 定位精度：mm X 300/013.0± mm Y 300/015.0± 典型工艺参数：台面速度 X: min /0.2m ，Y ：min /0.2m ； 进给抗力 X: 225N ； Y:150N ； 工作物重：8Kg 。 2.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中受到负载力较小，为了简化结构，降低成本，采用
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
目录 一、总体 (2) 二、机械结构设计 (3) 1、脉冲当量和传动比的确定 (3) 2、机械部件(工作台)总体尺寸 (3) 3、工作载荷分析及计算 (4) 4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (5) 5、导轨的选型和计算 (10) 6、联轴器的选择及计算 (11) 7、传动系统等效转动惯量计算 (12) 8、步进电机的选用 (13) 三、控制系统设计 (18) 1、控制系统硬件的基本组成 (18) 2、接口程序初始化及步进电机控制程序 (19) 3、直线圆弧插补程序设计………………………………………………………
22 参考文献 (30) 一、 总体 1、总体参数 设计一个数控XY 工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。已知的设计参数如下： 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 = 专业课课程设计指导书（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 ＝200mm ，Y ＝150mm 。工作台尺寸一般为工作台加工范 p δ
机电一体化系统综合课程设计课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计（电气部分）学院：信息工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机械三班 姓名：胡忠钦 学号： 10901313 指导老师：季国顺金成柱聂欣
目录 一、总体方案设计 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2总体方案确定 (1) 二、机械系统设计 (4) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (4) 2.2 导轨参数确定 (4) 2.3 滚珠丝杆的设计计算 (4) 2.4步进电动机减速箱设计 (6) 2.5 步进电机的选型与计算 (6) 三、控制系统硬件设计 (8) 3.1 CPU (8) 3.2 驱动系统设计 (10) 3.2.1步进电机的驱动电路 (10) 3.2.2电磁铁驱动电路 (12) 3.2.3电源转换 (12) 四、控制系统软件 (13) 4.1控制系统软件总体方案设计 (13) 4.2主流程设计 (13) 4.3中断服务流程 (15) 4.3.1 INTO中断服务流程图 (15) 4.3.2 INTI 中断服务流程图 (16) 4.4软件调试 (17) 4.4.1 复位程序流程图 (17) 4.4.2 X轴电机点动正转程序流程图 (19) 4.4.3 绘制圆弧程序流程图 (20) 4.4.4 步进电机步进一步程序流程图 (21) 五、总结 (22) 六、参考文献 (23) 七、附录 (24)
一、总体方案设计 1.1机电专业课程设计的任务 主要技术指标： 一定的规格要求（负载重量G=500N；台面尺寸C×B×H=240×254×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1=550×550×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm；Y=300mm；工作台最快移动速度为1m/min；重复定位精度为± 0.02mm，定位精度为±0.04mm； 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图1张； （2）数控系统电气原理图1张； （3）设计说明书页1本； 所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。 1.2 总体方案确定 图1-1 系统总体框图
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 ==?=
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20e a mm =； 10）最大被吃刀量10p a mm =。 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
XY 数控工作台结构 1.3 设计的基本要求 （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。 系统总体方案结构框图
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。
专业课课程设计设计说明书设计题目：数控X-Y工作台设计 学生：洪炎丰 学号：200611411208 班级：机制1062 指导教师：张健、李伟洪 广东海洋大学工程学院机械系 2010年2 月28 日
目录 序言 (3) 摘要 (4) 设计目的 (4) 设计要求 (4) 总体方案设计 (5) 机械系统设计计算 (6) 1、确定脉冲当量 (6) 2、确定传动比 (6) 3、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (7) 4、步进电动机的选型和计算 (11) 5、导轨的选型和计算 (13) 6、启动矩频特性校核 (14) 控制系统设计 (18) 第一节控制系统硬件的基本组成 (18) 第二节步进电机控制电路 (18) 步进电机控制程序设计 (20) 其它电路辅助设计 (24) 设计总结 (24) 参考文献 (25)
序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；"柔性强；#易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。
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。
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。
XY数控工作台机电系统设计《数控机床》课程设计说明书 设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计 班级： 姓名： 指导教师： 广西工学院 机电一体化教研室 2010年6 月
名目 一、《数控机床》课程设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计要紧步骤 (3) 1、确定设计总体方案 (4) （1）、机械传动部件的选择 (4) （2）、操纵系统的设计 (4) 2、机械传动部件的运算与选型 (5) （1）、导轨上移动部件的重量估算 (5) （2）、运算切削力 (5) （3）、滚珠丝杠传动的设计运算及校验 (6) （4）、步进电机的传动运算及电动机的选用 (9) （5）、滚动导轨的设计运算 (15) 3、其余附件的选择 (16) 四、操纵系统的设计 (17) 五、机械部分装配图的绘制 (19) 六、参考文献 (20) 七、总结体会 (20)
一、设计的目的 《数控机床》课程设计是一个重要的时刻性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论 知识，独立进行的设计训练，要紧目的： 1、 通过设计，使学生全面地、系统地了解和把握数控机床的差不多组成及其想怪知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。 2、 通过对机械系统的设计，把握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计运算及选用的方式 3、 通过对机械系统的设计，把握常用伺服电机的工作原理、运算操纵方法与操纵驱动方式 4、 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想 5、 锤炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力 二、设计任务 设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，要紧参数如下： 1、立铣刀最大直径的d=15mm ，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度c a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm ，加工材料为碳素钢或有色金属。 2、X 、Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。 3、工作台面尺寸为230mm 230mm ?，加工范畴为250mm 250mm ?; 4、工作台空载进给最快移动速度：max max 3000mm /min x y V V ==，工作台进给最快移动速度:max ymax 400mm /min x f f V V ==，加减速0.4s 。 三、设计要紧步骤 1、确定设计总方案 ⑴、机械传动部件的选择 ①、 丝杠螺母副的选择 步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.01mm 脉冲当量，因为定位精度±0.02mm ，关于机械传动要有一定的精度缺失，大约是1/3-1/2的定位
数控X-Y工作台设计
机电一体化课程设计说明书 题目：X-Y数控工作台机电系统设计 班级：11级机械2班 姓名：xxq 学号 指导老师： 日期：2014年6月30日
X-Y 数控工作台机电系统设计 任务书 题目：X-Y 数控工作台机电系统设计 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 设计要求： 1、每6人一组数据，要求独立完成。 2、图纸要求：机械系统设计图纸2张（A 2），控制原理图一张（A 1） 3、设计计算说明书1份（手写或电子版） 第八组主要参数： 1. 立铣刀最大直径的d=12mm ； 2. 立铣刀齿数Z=2; 3. 最大铣削宽度e a =10mm; 4. 最大背吃刀量p a =8mm; 5. 加工材料为碳钢。 6. X 、Y 方向的脉冲当量x σ=0.01 mm/脉冲，y σ=0.005mm/脉冲; 7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm; 8. 工作台导轨长度为900mm ; 9.工作台空载进给最快移动速度：v x =3000 mm/min ，v y =6000mm/min ; 10.工作台进给最快移动速度: min /800min,/400max max mm v mm v fy fx ==; 11.移动部件总重量为960N ； 12.丝杠有效行程为950mm ；
目录 1.引言： (6) 2.设计任务 (6) 3.总体方案的确定 (4) 3.1 机械传动部件的选择 (4) 3.1.1导轨副的选用 3.1.2丝杠螺母副的选用 3.1.3减速装置的选用 3.1.4伺服电动机的选用 3.1.5检测装置的选用 3.2 控制系统的设计 (4) 3.3 绘制总体方案图 (8) 4.机械传动部件的计算与选型 (8) 4.1 导轨上移动部件的重量估算 (8) 4.2 铣削力的计算 (8) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9) F的计算及导轨型号的选取 4.3.1 块承受工作载荷max 4.3.2 距离额定寿命L的计算 4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7) 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 4.4.3 初选型号 4.4.4 传动效率η的计算 4.4.5 刚度的验算 4.4.6 压杆稳定性校核 4.5 步进电动机减速箱的选用 (11) 4.6 步进电动机的计算与选型 (8) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq
机电一体化课程设计 任务书 一、课程设计的目的 把在机电一体化课程及其它有关先修课程中所学到的知识在实际设计中综合地加以应用,使这些知识得到巩固、加深和扩展。 二、课程设计题目 CA6140车床经济型数控改装设计 三、设计要求 1、能用键盘输入命令控制工作台的运动方向 2、能实时显示当前运动位置 3、具有越程指示报警及停止功能 四、设计内容 1、总体方案确定 （1）总体方案设计 （2）绘制总体方案图 2、机械系统设计 （1）执行元件参数及规格的确定； （2）传动机构的具体结构及参数设计； （3）执行机构的具体结构及参数设计。 （4）绘制进给传动系统示意图。 3、控制系统硬件电路设计 （1）微机的选用、存储器的选用与扩展、译码电路设计、接口电路设计等 （2）绘制控制系统原理框图 4、传感器的选择（适用于半闭环控制方式和全闭环控制方式） 五、设计参数 （1）系统分辨率纵向为0.01mm，横向为0.005mm （2）最大加工直径：在床面上为400mm，在床鞍上为210mm （3）最大加工长度为1000mm （4）快进速度：纵向为2.4m/min，横行为1.2m/min
（5）最大切削进给速度：纵向为0.5m/min，横行为0.25m/min 课程设计正文 1.系统总体方案设计 对于普通车床的经济型数控改造，在考虑总体方案时应遵行的基本原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改造应尽可能的少，以降低成本。 数控系统总体方案设计内容包括：系统运动方式的确定；伺服系统的选择；执行机构传动方式的确定；计算机系统的选择等内容。应根据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行分析、比较、论证，最后确定总体方案并绘制系统总体方案框图。1.1数控系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机控制（MNC）系统采用连续控制系统。 1.2伺服进给系统的选择 数控机床的进给系统有开环、半闭环、闭环之分。 采用直流或交流伺服电机驱动的闭环控制方案的优点是可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差、传动间隙及干扰等对加工精度的影响。但他的结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价高。本设计的精度要求不是很高，采用闭环控制系统的必要性不大。 采用直流或交流伺服电机驱动的半闭环控制，其性能介于开环和闭环之间。由于调速范围宽过载能力强，有具有反馈控制，因此性能远优于以步进电机驱动的开环控制。由于反馈环节不包括大部分机械传动元件，调试比闭环简单，系统的稳定性容易保证，所以比闭环容易实现。但是采用半闭环控制调试比开环控制要复杂，设计上有其自身的特点，技术难度较大。本设计任务的要求不高，是经济型数控改造，通常情况下均采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单，设计制作容易，控制精度较好，容易调试，价格便宜，使用维修方便等优点；缺点是步进电机没有过载能力，启动频率低，工作频率也不高等。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。 经过上述比较，决定采用开环控制系统。 1.3执行机构传动方式的确定 为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩
数控专业方向综合课程设计说明书“X-Y运动工作台控制系统设计”课程设计 学院机械工程学院 专业机械工程及自动化 班级 学生姓名 指导老师 2013年 12 月27日
课程设计任务书 兹发给班学生课程设计任务书，内容如下： 1．设计题目：X-Y运动工作台控制系统设计 2．应完成的项目： （1）原始资料：该X-Y工作台图样，小批量生产； （2）熟悉X-Y工作台图样，绘制装配图一张； （3）编写控制系统程序； （4）撰写说明书。 3．参考资料以及说明： [1]李洪主编.实用机床设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999 [2]郑堤主编.数控机床与编程.北京：机械工业出版社， [3]机械加工技术手册编写组.机械加工技术手册.北京：北京出版社，1993 [4]何立民.单片机应用系统设计【M】北京：北京航空航天大学出版社，1990 [5]周开勤主编.机械零件手册.北京：高等教育出版社，1999 [6]冯辛安主编.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，1999 [7]吴振彪.机电综合设计指导.北京：机械工业出版社，1997 [8]李洪.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，1990 4．本设计任务书于2013年12月16日发出，应于2013年12月27日前完成，然后进行答辩。 指导教师签发2013 年12 月16 日
课程设计评语： 课程设计总评成绩： 指导教师签字： 年月
目录 摘要 第一章绪论 (3) 1.1 引言 (3) 1.2 课程设计的目的、意义及要求 (3) 第二章课程设计的内容 (4) 2.1 课程设计题目 (4) 2.2 课程设计的内容 (4) 第三章数控系统总体方案的确定 (5) 3.1 系统运动方式确定 (5) 3.2 伺服系统选择 (5) 3.2 计算机系统选择 (5) 3.4 X-Y工作台传送方式 (5) 第四章机械部分设计 (6) 4.1 确定系统脉冲当量 (6) 4.2 工作台外形尺寸及重量初步估算 (6) 4.3 滚动导轨副的计算、选择 (7) 4.4 滚珠丝杠计算、选择 (8) 4.5 齿轮计算、设计 (10) 4.6 步进电机惯性负载的计算 (11) 4.7 步进电机的计算选择 (11) 第五章机床数控系统硬件电路设计 (13) 5.1 CPU板 (13) 5.2 驱动系统 (14) 5.3 电磁铁驱动电路 (16) 5.4 电源设计 (16) 第六章系统控制软件设计 (17) 6.1 总体方案 (17) 6.2 主流程图 (17) 6.3 X轴电机点动正转程序图 (18) 6.4 步进电机控制程序设计 (20) 第七章设计总结 (22) 参考文献 (23)