设计题目：
800×200（工作台工作面积长×宽mm）经济型数控铣床x-y工作台设计。
设计计算1.1确定脉冲当量
纵向：0.01mm/步横向：0.01mm/步
2.1 计算切削分力
根据《数控技术课程设计》表2-1可得工作台纵向切削力F
1,横向切削力F
c
和垂向切削力F
v
分别为:
F
1
=1500N
F
c
=1500N
F Z =1000N
2.2 导轨摩擦力的计算
（1）按《数控技术课程设计》公式计算在切削状态下的导轨摩擦F Z。此时导轨动摩擦系数μ=0.01
X纵向：Fμ=μ（W+F g+F c+F v）
=0.01()
1000
1500
2500+
+
+
?
= 50N
Y横向：Fμ=μ（W+Fg+Fc+Fv）
=0.01 ()
1000
1500
4000+
+
+
?
= 65 N
(2)按《数控技术课程设计》公式计算在不切削状态下的导轨摩擦力F
μ
和导
轨静摩擦力F
X纵向：F
μ=μ(W+F
g
)=0.01×(2500+0)N=25N
F
0=μ
（W+F
g
)=0.01×(2500+0)N= 25 N
Y 横向： F 0μ=μ(W+F g )=0.01×(4000+0)N = 40 N F 0=μ
（W+F g )=0.01×(400+0)N=40 N
2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力
（1）按《数控技术课程设计》公式计算最大轴向负载为 X 纵向： F amax =F 1+F μ=(1500+50)N=1550N Y 横向： F amax =F 1+F μ=1500+65N=1565N
(2)按《数控技术课程设计》公式计算最小轴向负载力F min a X 纵向：F min a = F 0μ=25N Y 横向：F min a = F 0μ=40N
2.4 滚珠丝杠的动载荷计算和直径估算。
2.4.1 确定滚珠丝杠的导程
根据已知条件，取电动机最高转速为n
m ax
=1800r/min,则由式2-16得
L 0=
max max in v =1800
118000
? =10mm 2.4.2 计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷
(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削条件下的转速n i
(3)按《数控技术课程设计》公式计算滚珠丝杠螺母副的平均速度m n
m n =
(4)按《数控技术课程设计》公式计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷F m X 纵向：
F m =
= 759 N
Y 横向：
F m =
= 766.88N
2.4.3 确定滚珠丝杠预期的额定动载荷am C
（1）按预定工作时间估算。查《数控技术课程设计》2-28表得载荷系数w f =1.3.已知初步选择的滚珠丝杠的精度为1级，查《数控技术课程设计》2-29表得精度系数a f =1，查《数控技术课程设计》2-30表得可靠性系数c f =0.44，则由《数控技术课程设计》公式2-19得 X 纵向：
am C = =1
44.01003
.175920000408603??????
= 17 674.46N
Y 横向：
am C = =1
44.01003
.1766.8820000408603??????
=17 857.96N
（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以按公式2-21估算最大轴向载荷。查表2-31得：预加载荷系数e f =4.5,则 X 纵向：
am C =e f max a F =4.5×1550 = 6975 N Y 横向:
am C =e f max a F =4.5×1565 =7042.5 N （3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷am C 。 取以上两种结果的最大值，即 X 纵向:am C = 17 674.46N Y 横向: am C =17 857.96N
2.4.4 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径m d 2
（1）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。
已知工作台的定位精度为10μm,根据公式以及定位精度的要求得： m a x δ=（1/5~1/4）×10μm=（2~2.5）μm 取上述计算结果的较小值，即max δ=2.5μm （2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径m d 2。
本机床工作台滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式 滚珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为
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+30 0L
X 纵向: 0L =（1.4×600+30×10）mm=1140mm
又∵0F =25N ，由公式得，m d 2≥0.039 ≥0.0395
.21140
25?? ≥4.16mm
Y 横向: 0L =（1.4×160+30×10）mm=524mm
又∵0F =40N ，由公式得，m d 2≥0.039 ≥0.0395
.2524
40?? ≥3.57mm
2.4.5 初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号
X 纵向: 根据计算所得的0L ，am C ，m d 2初步选择FF 型内循环垫片预紧螺母丝滚珠丝杠螺母副FF 3210-3，其共称直径0d ，基本导程0L ，额定动载荷a C 和丝杠底径2d 如下：
0L =10mm ，0d =32mm ，a C =25700N ＞am C =17 674.46N 2d =27.3mm ＞m d 2=4.16mm 故满足要求。
Y 横向: 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丝滚珠丝杠螺母副FF 3210-3，其共称直径0d ，基本导程0L ，额定动载荷a C 和丝杠底径2d 如下：
0L =10mm ，0d =32mm ，a C =25700N ＞am C =17 857.96N 2d =27.3mm ＞m d 2=3.57mm 故满足要求
2.4.6 由公式确定滚珠丝杠螺母副的预紧力P F
X 纵向：P F =3
1
×1550=516.67N
Y 横向：P F =3
1
×1565=521.67N
2.4.7.计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力
（1）按《数控技术课程设计》式2-31计算目标行程补偿值t δ。
已知温度变化值△t=2℃，丝杠的线膨胀系数α=11×106-μm/℃，滚珠丝杠螺母副的有效行程。
u L =工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度
安全行程（mm ）=e L =50L X 纵向：u L =600+5×10+2×10+74=744mm Y 横向: u L =160+5×10+2×10+74=304mm
故：X ： t δ=11×△t ×u L ×106-=11×2×744×106-=0.016mm Y ： t δ=11×△t ×u L ×106-=11×2×304×106-=0.007mm （2）按公式计算滚珠丝杠的预拉伸力t F 。
已知滚珠丝杠螺纹底径2d =27.3mm ，滚珠丝杠温升变化值△t=2℃。 则X ：t F =1.81×△t ×22d =1.81×2×227.3=2697.95N Y ：t F =1.81×△t ×22d =1.81×2×227.3=2697.95N
2.4.8 确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号
（1）按《数控技术课程设计》公式2-33计算轴承所受的最大轴向载荷max B F
X 纵向：max B F =t F +＋21
×1550=3472.95N
Y 横向：max B F =t F +＋2
1
×1565=3480.45N
（2）计算轴承的预紧力BP F
X 纵向： BP F =3472.95=1157.65N
Y 横向： BP F =
3480.45=1160.15N （3）计算轴承的当量轴向载荷
X 纵向：Bam F =BP F +m F =1157.65＋759=1916.65N
Y 横向：Bam F =BP F +m F =1160.15+766.88=1927.03N
（4）按《数控技术课程设计》公式2-15计算轴承的基本额定动载荷
已知轴承的工作转速n=m n =408r/min ，轴承所承受的当量轴向载荷Bam F 。轴承的基本额定寿命L=20000h 。轴承的径向载荷r F 和轴向载荷a F 分别为： X 纵向：r F =Bam F ×cos60°=1916.65×0.5N=958.33N a F =Bam F ×sin60°=1916.65×0.87N=1659.87N Y 横向： r F =Bam F ×cos60°=1927.03×0.5N=963.52N a F =Bam F ×sin60°=1927.03×0.87N=1668.86N
＜2.17 查《数控技术课程设计》表2-25得，径向系数x=1.9，轴向系数y=0.54
故：P=X r F +Y a F =1.9×958.33+0.9×1659.87=3314.71N
100
3314.71×32000040860??=26125.18N Y 横向： r F =Bam F ×cos60°=1927.03×0.5N=963.52N a F =Bam F ×sin60°=1927.03×0.87N=1668.86N
＜2.17 查《数控技术课程设计》表2-25得，径向系数x=1.9，轴向系数y=0.54
故：P=X r F +Y a F =1.9×963.52+0.9×1668.86=3332.66N
100
3332.66×3
2000040860??=26266.66N （5）确定轴承的规格型号。
因为滚珠丝杠螺母副拟采用预拉伸措施，所以选用60°角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杠两端固定的支承形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径
2d =27.3mm ，所以选用轴承内径d 为25mm 以满足滚珠丝杠结构的需要。
X 纵向：
在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60°角接触轴承两件一组背对背安装组成
滚珠丝杠的两端固定支承方式，轴承的型号为：760305TNI ，尺寸（内径×外径×宽度）为25 mm ×62 mm ×17mm ，选用脂润滑，该轴承的预载荷能力
'BP F =3300N ,大于计算所得的轴承预紧力BP F =1157.65N 。并在脂润滑状态下的极
限转速为2200 r/min ,高于滚珠丝杠的最高转速n max =1800r/min ，故满足要求。该轴承的额定动载荷为'C =28500 N,而该轴承在20000h 工作寿命下的额定载荷 C=26125.18N ，也满足要求。 Y 横向：
在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60°角接触轴承两件一组背对背安装组成滚珠丝杠的两端固定支承方式，轴承的型号为：760305TNI ，尺寸（内径×外径×宽度）为25 mm ×62 mm ×17mm ，选用脂润滑，该轴承的预载荷能力
'BP F =3300N ,大于计算所得的轴承预紧力BP F =1160.15N 。并在脂润滑状态下的极
限转速为2200 r/min ,高于滚珠丝杠的最高转速n max =1800r/min ，故满足要求。该轴承的额定动载荷为'C =28500 N,而该轴承在20000h 工作寿命下的额定载荷 C=26266.66N ，也满足要求。
3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验
3.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验
本工作台的滚珠丝杠支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。因此，不存在压杆不稳定问题。
3.2 滚珠丝杠螺母副临界转速c n 的校验
已知弹性模量E=2.1×510MPa ，材料密度ρ7.8×510 N/3mm ，重力加速度g=9.8×310mm/2s ，安全系数1K =0.8，由表2-44得λ=4.73 X 纵向：
滚珠丝杠的最小惯性矩为： ×43.274mm =27252.124mm
滚珠丝杠的最小截面积为： 2mm
故可由《数控技术课程设计》公式2-36得：
c n = =0.8
= 7011469.26r/min
本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为1800r/min ，远远小于其临界转速，
故满足要求。 Y 横向：
滚珠丝杠的最小惯性矩为： ×43.274mm
=27252.124mm 滚珠丝杠的最小截面积为：
2mm
故可由《数控技术课程设计》公式2-36得：
c n = =0.8
= 35057.35r/min
本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为1800r/min ，远远小于其临界转速，故满足要求。
3.3 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验
滚珠丝杠螺母副的寿命主要指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠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。 X 纵向：
查《数控技术课程设计》表A-3得滚珠丝杠的动载荷a C =25700N ，运转条件系数w f =1，滚珠丝杠的轴向载荷a F =max F =1550N 。滚珠丝杠螺母副运转速度n=max n =1800r/min 。
故由《数控技术课程设计》公式得： L=）3×610 = 63
102.1155025700???
? ???=2.64×9
10r
h L =L/60n=24444h
一般来讲在设计数控机床时，应保证滚珠丝杠螺母副的总时间寿命h L ≥20000h ，故满足要求 Y 横向：
查《数控技术课程设计》表A-3得滚珠丝杠的动载荷a C =25700N ，运转条件系数w f =1，滚珠丝杠的轴向载荷a F =max F =1565N 。滚珠丝杠螺母副运转速度n=max n =1800r/min 。
故由《数控技术课程设计》公式得： L=）3×610 = 63
102.1156525700???
? ???=2.56×9
10r
h L =L/60n=23704h
一般来讲在设计数控机床时，应保证滚珠丝杠螺母副的总时间寿命h L ≥20000h ，故满足要求
4 计算机械传动系统的刚度
4.1 计算滚珠丝杠的拉压刚度s K
本工作台的丝杠支承方式为两端固定，由图知，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杠两支承的中心位置（a=L/2）时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度
min s K ，可按《数控技术课程设计》公式（2-45）计算。
X 纵向：min s K =6.6μm=565.39N/μm
Y 横向：min s K =6.6μm=1438.28N/μm
当a=Y L 或a=J L 时（即滚珠丝杠的螺母中心位于行程的两端位置时）滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度max s K ，可按公式计算。
X 纵向：max s K =6.6
=6.6μm
Y 横向：max s K =6.6
=6.6μm
4.2 计算滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度b K
已知轴承接触角β=60°，滚珠体直径Q d =7.144mm ；滚珠体个数Z=17，查《数控技术课程设计》表2-45,2-46得： X 纵向：max B F =3472.95N
b K =4×2.34
=4×2.34μm 2 =1420.17N/μm 2 Y 横向：max B F =3480.45N ，
b K =4×2.34
=4×2.34 =1421.19N/μm 2
4.3 计算滚珠与滚道的接触刚度c K
查《数控技术课程设计》A-3得滚珠与滚道的接触刚度K=386N/μm ，额定动载荷a C =25700N ，故由《数控技术课程设计》公式（2-46b ）得:
c K =K(
X 纵向：滚珠丝杠上承受的最大轴向载荷amax F =2557.5N
c K =3863
1257001.01550??
?
????=326.13N/μm
Y 横向：amax F =2805N,c K =3863
1
257001.01565??
?
????=327.18N/μm
4.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度K 。
由《数控技术课程设计》公式得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为：
X 纵向 ：
=
326.13
1
1420.171596.801+
+=0.0054 ∴max K =185N/μm Y
∴max K =208.33N/μm
由《数控技术课程设计》公式得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为：
X 纵向 ：
326.13
11420.171565.391+
+=0.0055 ∴min K =181.82N/μm Y 横向：
∴min K =222.22N/μm
（2）滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算
已知剪切模量G=8.1×410MPa ，滚珠丝杠的底径2d =34.3×310-m ，由公式得：
φK =
X 纵向 ：φK =Y 横向：φK =
5.1 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ρ=7.8×310kg/3m ，由公式得
X 纵向 ：46.9)8.225.22.1072.3(1078.0443r =?+???=-J kg ·c 2m
Y 横向： 42.48.225.26.452.31078.0443r =?+??
?=-）（J kg ·c 2m （2）计算联轴器的转动惯量0J
X 纵向：0J =0.78×103-×（6.64－2.54
）×8.2=11.89kg ·c 2m Y 横向：0J =0.78×103
-×（6.64
－2.54
）×8.2=11.89kg ·c 2m （3）计算折算到电动机轴上的移动部件的 转动惯量L J L J =2
2m ）（
π
L X 纵向： L J ==??2
14
.321250）（ 6.34kg ·c 2m
Y 横向：L J =2
14
.321400）
（
??=10.14kg ·c 2m （4）由《数控技术课程设计》式（2-66）计算加在电动机轴上的总负载转动惯量d J =L J +0J +r J
X 纵向：d J =9.46+11.89+6.34=27.69kg ·c 2m Y 横向：d J =4.42+11.89+10.14=26.45kg ·c 2m
5.2 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
电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=10mm=0.01m ，进给传动系统的总效率η=0.9 由公式c T =
X 纵向：c T =
· m
Y 横向： c T =
· m
（2）计算摩擦负载力矩μT
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）,由《数控技术课程设计》公式得：
μT =
X 纵向：μT =· m
Y 横向: μT =
· m
（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p F =am ax 31
F N ，滚珠丝杠螺母副的基本导程
0L =10 mm=0.01 m ，
滚珠丝杠螺母副的效率 η0
=0.94,由《数控技术课程设计》公式得
f T =
=0.093 N · m
X 纵向：p F =67.51615503
1
31am ax =?=F N
f T =
· m
Y 横向：p F =67.521156531
31am ax =?=F N
f T =
· m
5.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩
(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
max
n =1800r/min ，加速时间
a t =30 ms=0.03 s ，Hz 10003
.03
k s ==
,由公式al T =
1-a s t -k e ） X 纵向：其转动惯量m J =62kg · cm 2，坐标轴的负载惯量d J =27.69kg ·c 2m
al T =
1-03.0-100e ?）=546.13kgf ·m=53.52N ·m
Y 横向：其转动惯量m J =62kg · cm 2，坐标轴的负载惯量d J =26.45kg ·c 2m
al T =
1-03.0-100e ?）=538.58kgf ·m=52.78N ·m
（2）计算阶跃加速力矩
已知加速时间a t =1÷ k s =0.01s ，由公式得 :ap T =X 纵向：ap T =
·m=56.32N ·m
Y 横向： ap T =
·m= 55.55N ·m
（3）计算横向进给系统所需的折算到电动机上的各种力矩。 （1）按式（2-61）计算线性空载启动力矩q T q T =al T +（f u T T +）
X 纵向： q T =53.52+0.04+0.10=53.66N ·m Y 横向： q T =52.78+ 0.07+0.11=52.96N ·m （2）按式（2-61）计算阶跃空载启动力矩q T q T =ap T +（f u T T +）
X 纵向：q T =56.32+0.04+0.10=56.46N ·m Y 横向：q T =55.55+ 0.07+0.11=55.73N ·m （3）由式（2-57a ）计算快进力矩 KJ T f u T T T KJ +=
X 纵向：KJ T =0.04+0.10=0.14N · m Y 横向： KJ T =0.07+0.11=0.18N · m （4）由式（2-57b ）计算工进力矩GJ T f c T T T GJ += N · m X 纵向：GJ T =2.74+0.10=2.84N · m Y 横向：GJ T =2.77 + 0.11 =2.88 N · m
5.4 选择驱动电动机的型号
（1）选择i 3000/12α交流伺服电动机，其主要技术参数如下：额定功率3kw ；最高转速3000r/min ；额定力矩12N · m ；转动惯量为62 kg · cm 2。 （2）惯性匹配验算
为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量r J 与伺服电动机的转动惯量m J 只比一般应满足公式，即0.25≤d J /m J ≤1 X 纵向：d J /m J =27.69/62=0.45∈[0.25，1]，故满足惯量匹配要求. Y 横向：d J /m J =26.45/62=0.43∈[0.25，1]，故满足惯量匹配要求。
6 机械传动系统的动态分析
6.1 计算丝杠—工作台纵向振动系统的最低固有频率nc ω
已知滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度0K =min K ，而滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量d m =m+1/3s m （其中m ，s m 分别是机床执行部件的质量和滚珠丝杠螺母副的品质），则m=W/g
X 纵向：m=250.12kg
s m =π/4×22.3×130×7.8×-310kg= kg
d m = m+1/3s m = kg
nc ω=
rad/s Y 横向：m=4 kg ，0K =min K = N/m ，
s m =π/4× 3.22× ×7.8×-310kg kg
d m = m+1/3s m = kg
nc ω=
rad/s 6.2 计算扭转振动系统的最低固有频率nt ω
折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为s J X 纵向：s J =
已知丝杠的扭转刚度s K =φK = N ·m/rad 则， nt ω=
Y 横向：s J = s K =φK =
则， nt ω=
由以上计算可知，丝杠—工作台纵向振动系统的最低固有频率nc ω= rad/s ，扭转振动系统的最低固有频率nt ω= rad/s ，都比较高，一般按
n ω=300rad/s 的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。
7 机械传动系统的误差计算与分析
7.1 计算器械传动系统的反向死区
已知进给传动系统的最小综合拉压刚度min K = ×610N/m ，导轨的静摩擦力0F = N
则由《数控技术课程设计》公式△=2μδ=2×310 得 X 纵向：
即，△= μm ≤10μm ，故满足要求 Y 横向，△=2μδ=
即，△= μm ≤10μm ，故满足要求。
7.2 计算器械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差
kmax δ
由《数控技术课程设计》公式得：
kmax δ=0F ×（
）×310=3.8×410-mm Y 横向： k m a x
δ=3.8×410-mm 即kmax δ=0.38μm ＜6μm
故满足要求。
7.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差
1.计算由快速进给扭矩kj T =753N ·mm ，由图得，扭矩作用点直接的距离
2L =1027mm ，丝杠底径2d =34.2mm 。由公式得
θ=7.21
° 2.由扭转变形量θ引起的轴向移动滞后量δ将影响工作台的定位精度 由《数控技术课程设计》公式得
δ=0L ×θ/360=1.1μm
8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号
8.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级
本机床工作台采用开控制系统，p V 300、p e 应满足下列要求：
p V 300≤0.8×（定位精度—kmax δ—δ）=μm up V ≤0.8×（定位精度—kmax δ—δ）=μm
查《数控技术课程设计》表2-20，改定位精度为30μm ，
p V 300≤0.8×（定位精度—kmax δ—δ）=22.8μm
up V ≤0.8×（定位精度—kmax δ—δ）=22.8μm
取滚珠丝杠螺母副的精度等级为2级，查表2-20得p V 300=8μm ；查表2-21得，当有效行程为616mm 时，即p e =11μm ，up V =11μm ，p e +p V 300=11+8=19μm ＜22.8μm ，故满足设计要求。
8.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号
滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD4010-5-P2/1386×616，其具体参数如下。公称直径与导程：40mm ，10mm ；螺纹长度：1222mm ；丝杠长度：1386mm ；类型与精度：P 类，2级精度。
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························
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
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。
机械学院 机械设计制造及其自动化专业 机电模块课程设计 设计题目二坐标数控工作台设计 专业机械设计制造及其自动化 姓名 学号 班级 指导教师 学期2011～2012学年第二学期 设计时间2012.02.17～2012.03.9 内附资料1、课程设计说明书一份（含设计任务书）； 2、二坐标数控工作台装配图一张（A0）； 3、二坐标数控工作台电气控制原理图一张（A1）； 4、计算说明书草稿一份。 成绩 2012年3月
目录 一.机电专业课程设计目的 (2) 二.机电专业课程设计的任务和要求 (2) 三.X轴方案及参数计算 (2) 1.方案拟定 (2) 2.X轴步进电机参数确定及选择 (2) 3.X轴圆柱斜齿轮传动设计 (3) 四. X轴机械结构总体设计计算 (6) 1. X轴滚珠丝杠设计计算 (6) 2. X轴滚动导轨设计计算 (6) 五.Y轴方案及参数计算 (7) 1.Y轴步进电机参数确定及选择 (7) 2.Y轴联轴器选择 (9) 六. Y轴机械结构总体设计计算 (10) 1. Y轴滚珠丝杠设计计算 (10) 2. Y轴滚动导轨设计计算 (11) 七.绘制装配图 (12) 八.设计总结与分析 (12) 九.致谢 (13) 十.参考文献 (13)
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。 二机电专业课程设计的任务和要求 在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和行程。 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅）1张； （2）数控系统电气原理图（2＃图幅）1张； （3）设计说明书（10～20）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。 三X轴方案及参数计算 1．方案拟定 方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。（1）驱动控制方式由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。 （2）传动形式确定 工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。 工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。 工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。 2. X轴步进电机参数确定及选择 X参数选定与计算 v x=1.5 m/min=0.025m/s, F x=220N, P x=F x v x=5.5 W 1）脉冲当量选择 初选五相电机，按五相五拍工作时，步矩角α=0.72°,初定脉冲当量δ=0.005mm/p, 丝杠导程t sp=5 mm,中间齿轮传动比i为: i=(αt sP)／(360i)=0.72×5／(360×0.005)=2 由i确定齿轮齿数为Z1=20,Z2=40,模数m=1mm,齿宽b1=13mm,b2=15mm(计
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。
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
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
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
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
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。
机械学院 机械设计制造及其自动化专业机电模块课程设计 2011、03
目录 一.机电专业课程设计目的 (1) 二.机电专业课程设计的任务和要求 (1) 三.X轴方案及参数计算 (1) 1.方案拟定 (1) 2.X轴步进电机参数确定及选择 (1) 3.X轴联轴器选择 (3) 四.X轴机械结构总体设计计算 (3) 1.X轴滚珠丝杠设计计算 (3) 2.X轴滚动导轨设计计算 (4) 五.Y轴方案及参数计算 (5) 1.Y轴步进电机参数确定及选择 (5) 2.Y轴联轴器选择 (7) 六.Y轴机械结构总体设计计算 (7) 1. Y轴滚珠丝杠设计计算 (7) 2. Y轴滚动导轨设计计算 (8) 七.绘制装配图 (9) 八.电气原理图设计 (10) 九.参考文献 (11)
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、机电专业课程设计的任务和要求 在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和行程。 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅） 1张； （2）数控系统电气原理图（2＃图幅） 1张； （3）设计说明书（10～20）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。 三X轴方案及参数计算 1．方案拟定 方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。 （1）驱动控制方式由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。 （2）传动形式确定 工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。 工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。 工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。 2.X轴步进电机参数确定及选择
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。
一.控制系统硬件设计 X-Y数控工作台控制系统硬件主要包括CPU、传动驱动、传感器、人机交互界面。 硬件系统设计时，应注意几点：电机运转平稳、响应性能好、造价低、可维护性、人机 交互界面可操作性比较好。 1. CPU板 1.1 CPU的选择 随着微电子技术水平的不断提高，单片微型计算机有了飞跃的发展。单片机的型号很多，而目前市场上应用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比较多，如目前应用最广的8位单片机89C51，价格低廉，而性能优良，功能强大。 在一些复杂的系统中就不得不考虑使用16位单片机，MCS-96系列单片机广泛应用于 伺服系统，变频调速等各类要求实时处理的控制系统，它具有较强的运算和扩展能力。但是 定位合理的单片机可以节约资源，获得较高的性价比。 从要设计的系统来看，选用较老的8051单片机需要拓展程序存储器和数据存储器，无 疑提高了设计价格，而选用高性能的16位MCS-96又显得过于浪费。生产基于51为内核的 单片机的厂家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生产领域ATMEL公司的工艺 和封装技术一直处于领先地位。ATMEL公司的AT89系列单片机内含Flash存储器，在程 序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电也不影响信息的保存；它和80C51 插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。 因此硬件CPU选用AT89S51，AT表示ATMEL公司的产品，9表示内含Flash存储器，S表示含有串行下载Flash存储器。 AT89S51的性能参数为：Flash存储器容量为4KB、16位定时器2个、中断源6个（看门狗 中断、接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0和定时器1中断）、RAM为128B、14位的计数器WDT、I/O口共有32个。 1.2 CPU接口设计 CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示： （行程开关）前向通道 传动驱动 （电磁铁） （步进电机） 人机界面 传感器 AT89S51 （键盘、LED） 后向通道
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