数控工作台机电系统设计

学科门类：单位代码：毕业设计说明书（论文）数控车床XY轴工作台和控制系统设计学生姓名所学专业班级学号指导教师XXXXXXXXX系二○**年X X月摘要 (1)前言 (2)一、毕业设计的目的、意义 (4)二、毕业设计的内容 (4)（一）毕业设计题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。

(4)三、数控系统总体方案的确定 (4)（一）系统运动方式的确定 (4)（二）伺服系统的选择 (4)（三）计算机系统的选择 (5)（四）X—Y工作台的传动方式 (5)四、机械部分设计 (5)（一）确定系统脉冲当量 (5)（二）工作台外形尺寸及重量初步估算 (6)（三）滚动导轨副的计算、选择 (7)（四）滚珠丝杠计算、选择 (8)（五）齿轮计算、设计 (11)（六）步进电机惯性负载的计算 (12)（七）步进电机的选用 (13)五、数控系统硬件电路设计 (15)（一）数控系统的硬件电路由以下几部分组成： (15)（二）主控制器ＣＰＵ的选择 (15)（三）存储器扩展电路设计 (15)（四）步进电机驱动电路设计 (16)（五）其它辅助电路设计 (17)六、系统控制软件的设计 (18)（一）系统控制软件的主要内容 (18)（二）系统控制功能分析 (18)（三）系统管理程序控制 (19)（四）自动加工程序设计 (19)结束语 (20)参考资料 (21)我设计的是车床XY轴工作台和控制系统，采用单片机控制步进电动机驱动工作台。

首先确定设计的总体方案，然后对车床的机械部分进行设计，其中包括工作台、滚动导轨、滚珠丝杠、步进电动机的设计和选用，最后对数控系统硬件和软件设计。

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。

关键词：数控车床 XY工作台控制系统一、当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。

机电一体化课程设计立式数控铣床X-Y数控工作台机电系统设计姓名：***学号： **********班级：10机电<2>班学院：中国计量学院机电工程学院指导老师：张远辉、徐立军目录前言................................................................................................ 错误!未定义书签。

一、设计任务 (2)1.1课程设计时间 (2)1.2课程设计题目 (2)1.3课程设计任务 (2)1.4课程设计内容 (2)1.5课程设计要求 (2)二、总体方案的确定 (3)2.1机械传动部件的选择 (3)2.2控制系统的设计 (4)三、机械传动部件的计算与选型 (4)3.1导轨上移动部件的重量估计 (4)3.2铣削力的计算 (5)3.3导轨副计算和选型 (6)3.4滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (7)3.5步进电机减速箱的选用 (9)3.6步进电机的计算与选型 (9)3.7编码器（反馈电路）选型 (13)四、工作台机械装配图的绘制 (14)4.1可参考课本图6-23 XY数控工作台装配图 (14)五、工作台控制系统的设计 (14)5.1电源电路 (14)5.2存储器扩展电路 (15)5.3键盘电路 (17)5.4显示电路 (18)5.5传感器电路 (19)六、步进电机驱动电路设计 (20)6.1驱动电路 (20)6.2光电隔离 (20)七、程序设计 (21)7.1功能 (21)7.2框图 (22)7.3代码 (23)八、总结 (24)参考文献 (24)答辩记录 (25)前言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。

因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。

x-y数控工作台系统设计数控工作台（NC台）是一种能够实现自动化控制的机床，通过控制系统控制运动轴，实现加工工件的自动化生产。

NC台具有高精度、高效率和高质量等优点，被广泛应用于机械制造、汽车制造、电子制造等行业。

本文基于x-y数控工作台进行系统设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。

一、硬件设计1.结构设计x-y数控工作台采用平面结构，由两个直线导轨和两个横梁组成，导轨上分别装有X 轴和Y轴的导轨拖板，拖板通过步进电机驱动实现轴向移动。

横梁采用U型结构，可架设工作板以加工工件。

2.传动设计X轴和Y轴采用步进电机、齿轮与齿条传动方式，步进电机驱动主轴转动，通过齿轮与齿条传动方式使导轨拖板相对运动，实现工件加工。

3.控制系统设计x-y数控工作台采用单片机进行控制，主要包括运动控制模块、数据采集模块和人机交互模块。

（1）运动控制模块：负责控制步进电机的旋转速度和方向，实现轴向移动。

（2）数据采集模块：负责采集加工工件的尺寸和加工参数，并通过计算机进行分析和处理。

（3）人机交互模块：负责完成数控工作台的操作和参数设置，以及显示加工工件的加工过程和结果。

x-y数控工作台采用C语言进行程序设计，程序主要分为三个部分：初始化程序、主程序和中断程序。

1.初始化程序初始化程序主要用于设置数控工作台的各种参数，包括步进电机的旋转速度和方向、齿轮和齿条的尺寸、数据采集模块的采样频率和采样方式等。

2.主程序（3）根据加工工件的尺寸和加工参数计算出工作台的运行参数，并将计算结果传输给运动控制模块。

（4）定时更新数控工作台的运行参数，保证加工的稳定性和精度。

3.中断程序中断程序是数控工作台的辅助程序，主要用于接收外部的信号和响应用户的操作。

具体流程如下：（1）接收外部的信号，并根据信号类型跳转到相应的程序段。

（2）响应用户的操作，如调整加工参数、停止加工、保存加工结果等。

三、总结本文基于x-y数控工作台进行系统设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。

可编辑修改精选全文完整版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： (5)2.设计任务 (5)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 (7)4.机械传动部件的计算与选型 (7)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (7)4.2 铣削力的计算 (7)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (8)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷m ax4.3.2 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 (10)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Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用 (12)6. 绘制进给传动系统示意图 (12)7．工作台控制系统的设计 (12)8．步进电动机的驱动电源选用 (14)9.致谢 (15)参考文献 (15)1.引言：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。

数控车床XY轴⼯作台和⾃动控制系统设计(此⽂档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)⽬录第⼀章前⾔ (3)第⼆章课程设计的⽬的、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)第三章课程设计的内容 (5)第⼀节课程设计题⽬ (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 (8)第⼀节确定系统脉冲当量 (8)第⼆节⼯作台外形尺⼨及重量初步估算 (8)第三节滚动导轨副的计算、选择 (9)第四节滚珠丝杠计算、选择 (10)第五节齿轮计算、设计 (13)第六节步进电机惯性负载的计算 (14)第七节步进电机的计算选择 (15)第六章机床数控系统硬件电路设计 (18)第⼀节设计内容 (18)第⼆节设计步骤 (18)第三节机床数控系统硬件电路设计 (23)第七章系统控制软件设计 (24)第⼋章致谢 (27)第九章参考⽂献 (28)第⼀章前⾔现代科学技术的不断发展，极⼤地推动了不同学科的交叉与渗透。

在机械⼯程领域，由于微电⼦技术和计算机技术的迅速发展及其向机械⼯程⼯业的渗透，从⽽使机械⼯业的技术结构、产品、功能与构成、⽣产⽅式及管理体系发⽣了巨⼤的变化，⼯业⽣产已由“机械电⽓化”迈出了“机电⼀体化”时代的发展阶段。

机电⼀体化是指从系统的观点出发，综合运⽤机械技术、微电⼦技术、⾃动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电⼒电⼦技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能⽬标和优化组织⽬标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、⾼质量、⾼可靠性、低能耗的意义上实现特定功能的价值，并使整个系统最优化的系统⼯程技术。

由此⽽产⽣的功能系统则成为⼀个机电⼀体化系统或机电⼀体化产品。

⼀个较完整的机电⼀体化系统应该包括以下⼏个要素：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。

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 ② PLC 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。

学士学位毕业论文（设计）X-Y数控工作台机电系统设计学生姓名学号专业械设计制造及其自动化班级指导教师学部机电工程学部答辩日期X-Y数控工作台机电系统设计摘要X-Y数控工作台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。

它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。

X-Y数控工作台机电系统设计是利用8031单片机,及2764,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。

其基本思想是:通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工,每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转,同时通过8155(1)将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀,电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。

该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。

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，便于向多处理方向发展。

X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。

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既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。

本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用，本题目设计得到了老师的帮助和支持，最后由董玉红老师审定，在此表示感谢。

本题目由方世龙完成，共分六章，第一章主要设计总体方案设计第二章主要设计了机械系统设计；第三章主要设计了控制系统硬件设计；第四章主要设计控制系统软件设计；第五章主要是本设计的附录。

毕业设计说明书题目：X-Y数控工作台机电系统设计----Y向工作台三维绘图学院：电气信息系专业：机电一体化学号：姓名：指导教师：完成日期：2012年6月10日摘要目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控铣床系统，其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。

本课题设计了X-Y数控工作台，该平台由两个一维平台叠加实现，其中一维平台由电机带动滚珠丝杠旋转，从而带动螺母副和工作平台完成直线运动，具体实现时先要确定工作平台的各个参数让其能满足题目的要求，再通过精密计算导轨上移动部件的重量估算、铣削力、直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副等来确定要制作的数控工作平台，最后通过SolidWorks画出设计的工作平台。

本论文的主要设计内容重点是SolidWorks三维建模，根据设计的机械零部件尺寸完成Y方向工作台零件的三维造型，SolidWorks绘图过程中，先画出单个的零部件，其主要通过一些简单的绘图、拉伸、剪切、扫描、阵列等工具进行建模，然后对这些零件进行一系列的装配，主要通过一些面、线的重合、平行、同心等过程进行装配，从而直观清晰的显示出Y方向工作台的内部结构。

关键词 X-Y数控工作台 直线滚动导轨副SolidWorks目录第一章绪论 (5)1.1、目的和意义 (5)1.2、国内外现状 (5)1.3、本设计的主要内容和任务 (6)第二章总体方案的确定 (7)2.1 总体方案 (7)2.2 机械传动部件的选择 (7)第三章机械传动部件的计算与选型 (9)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (9)3.2 铣削力的计算 (9)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (10)第四章 SolidWorks制图 (15)4.1 SolidWorks介绍 (15)4.2 SolidWorks制图 (16)第五章总结与展望 (19)参考文献 (21)致谢 (21)第一章绪论1.1目的和意义本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理是通过MCS-51单片机来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。

单轴数控工作台机电系统设计
一、简介
单轴数控工作台机电系统是一种采用单轴驱动实现机电联动与控制的
系统。

它是一种集控制、传动、运动控制和自动操纵于一体的完整系统，
它能实现的主要功能是给被加工物体设定相应的加工参数，经过计算后，
通过数控系统控制驱动机构，从而实现机电一体化的联动控制和加工过程，从而实现自动加工。

二、单轴数控工作台机电系统的工作原理
数控工作台机电系统的工作原理如下：首先，系统会根据加工参数和
加工物体设定，生成相应的数控程序，该程序按照指令运行，驱动驱动机
构让机械手触碰被加工物体，然后按照数控程序指令运行，控制机械手运
动的轴和速度，从而实现加工过程，这个过程是持续不断的，实现加工的
过程中不断控制机械手的位置和速度来达到最终的加工要求。

三、单轴数控工作台机电系统的特点
1.节约能源：采用单轴驱动实现的机电系统，不仅可以减少能源消耗，而且操作起来更加稳定；
2.精准控制：采用数控系统控制机械手，可以实现更加精准的控制，
有效提高加工效率。

X-Y数控工作台机电系统设计简介本文档旨在介绍X-Y数控工作台的机电系统设计方案。

X-Y数控工作台是一种能够实现在二维平面上进行精密定位和移动的工作台，通常用于加工、装配和检测等工作场景。

机电系统是该工作台的核心组成部分，负责控制工作台的运动和定位。

机械结构X-Y数控工作台的机械结构采用传统的XY平面结构，其中X轴和Y轴分别对应水平方向和垂直方向的移动。

工作台通过导轨、丝杠和电机实现位置的精密控制。

机械结构的设计需要考虑以下几个方面：1.刚性：机械结构需要具备足够的刚性，以保证工作台在运动和加工过程中的稳定性和精度。

2.导轨选型：导轨是机械结构的关键组成部分，需要选择高精度、低摩擦的导轨，以实现工作台的准确定位。

3.丝杠传动：为了保证工作台的高速运动和高精度定位，通常采用丝杠传动和步进电机驱动的方式。

丝杠需要选择精度高、承载能力强的型号，并考虑到丝杠的进给速度和负载特性。

4.电机选型：电机是工作台实现运动的关键，需要选择合适的步进电机或伺服电机。

选取电机时需要考虑到运动速度、加速度、精度要求和负载特性等因素。

电气控制系统电气控制系统是X-Y数控工作台的关键组成部分，负责实现机械系统的运动控制和位置定位。

电气控制系统的设计需要考虑以下几个方面：1.控制器：选择合适的数控控制器，如PLC、CNC等，能够满足工作台运动控制的要求，包括速度、加速度、精度和多轴控制等。

2.编码器：为了实现位置的准确度，可以在电机和丝杠之间增加编码器，通过反馈信号实时检测位置，从而调整电机的控制信号。

3.电气线路：设计合理的电气线路，包括电源线路、信号线路和电机驱动器连接线路等。

电源线路需要满足工作台电气设备的功率需求，而信号线路需要保证稳定和可靠的传输控制信号。

4.驱动器：选择适合的电机驱动器，根据电机类型和工作台运动需求确定驱动器的性能指标，如控制精度、输出功率和最大电流等。

软件控制系统软件控制系统是X-Y数控工作台的核心，通过编程实现工作台的运动控制和位置定位。