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二坐标数控工作台大作业

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机电专业课程设计目的 (1)机电专业课程设计的任务和要求 (1)方案拟定 (1)电机选择 (2)X轴电机 (2)Y轴电机 (5)滚珠丝杠设计与轴承选择 (6)X轴丝杠 (6)Y轴丝杠选择 (11)滚动导轨与滑块设计计算 (11)X轴滑块导轨 (11)Y轴导轨滑块选择 (14)联轴器选择 (15)X轴方向 (15)Y轴方向 (16)参考文献： (16)机电专业课程设计目的本课程设计是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。

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（0＃图幅） 1张；（2）设计说明书（10～20）页 1本；（3）数控工作台三视图一张 1张所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。

具体设计参数：（1）台面尺寸：210x150,行程X：160，Y:120 (2)定位精度：X±0.018/300mm Y±0.015/300mm (3)典型工艺参数：台面速度X：2.25m/min, Y:2m/min; 进给抗力X:210N;Y:190N; 工作物重：15 Kg.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。

电机选择 X 轴电机1）脉冲当量选择初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角o36.0=α,初定脉冲当量为定位精度的一半，则x 10.0180.005/2mm p δ=⨯≈, 丝杠导程mm sp 5t =,0d 20mm =中间齿轮传动比i 为:1360005.0536.0360i =⨯⨯==δαsp t 2)等效传动惯量计算(不计传动效率)根据行程初选滚珠丝杠, 得到0d 20mm =,485l mm =， 滚珠丝杠转动惯量44342060.0320.4857.8510 4.910322010s d lpJ kg m ππ---⨯⨯⨯⨯===⨯⋅⨯物体重量15kg ，托板的重量选为13kg ，y 轴导轨重量取26kg （导轨处计算所得）总重W=54kg=540N拖板重量,物体和y 轴导轨的重量折算到电机轴上的转动惯量2252w 2210.0051J ()54() 3.6210221sp t w kg m g i ππ-==⨯⨯=⨯⋅因此,折算到电机轴上的等效转动惯量e J4542s 22J 4.9103.6210 5.2101e w J J kg m i ---⨯=+=⨯+=⨯⋅ 3)等效负载转矩计算(以下为折算到电机轴的转矩)()(2100.05190)0.0050.22220.81x y spt F F t M N m i μπηπ++⨯⨯===⋅⨯⨯f 0.055400.005M 0.0292220.81f spsp F t wt N m i i μπηπηπ⨯⨯====⋅⨯⨯2002311()(2)(1)(2100.005)(20.81)33(10.9)1310x sp M F t i N mπηηπ-=÷⨯-=⨯⨯÷⨯⨯⨯-=⨯⋅ 上述式中 η—丝杠预紧时的传动效率取 8.0=ημ——为摩擦系数取0.05x F —进给牵引力(N)η—丝杠未预紧时的传动效率取 964.00=ηmaxmax 22500.36n 450/min 3600.005360v r αδ=⨯=⨯= 取起动加速时间s t a 03.0=(一般步进电机启动很快) 初选电动机型号90BF006B 矩频特性如下图所示其最大静转矩m N ⋅=6.3M j m a x ，转动惯量241076.1m kg J m ⋅⨯=-，Hz f m 2400=具体参数为外形以及安装尺寸为4max m 22450(J )(5.2 1.76)1060600.030.914N ma e a n M J J t ππε-⨯==+=+⨯⨯⨯=⋅-3max 00.9140.02913100.956N q a f M M M M m =++=++⨯=⋅ 300.210.02913100.252c t f M M M M N m -=++=++⨯=⋅ 300.02913100.042k f M M M N m -=+=+⨯=⋅从计算可知,q M 最大,作为初选电动机的依据。

max /0.956 3.60.258(0.7)q j M M λ=÷=≤ 满足所需转矩要求。

4)步进电机动态特性校验445.210/ 2.941.7610e m J J --⨯==<⨯ 说明惯量可以匹配电机惯量最大起动频率 240012431/1 2.9m L e mf f Hz J J ===++步进电机工作时最大空载起动频率max 2250750060600.005q L v f f δ===>⨯ 根据该电机矩频特性图，频率为7500Hz 的时候，转矩依然大于q M ，所以满足要求综上所述,可选该型号步进电机,具有一定的裕量.Y 轴电机依然选用90BF006B 型号电机。

由于Y 轴所受负载小于X 轴。

因此无需再次校核，满足要求。

滚珠丝杠设计与轴承选择X轴丝杠1）滚珠丝杠副的结构类型①滚珠循环方式由所选上银公司丝杠种类查得,选择外循环插管式②轴向间隙预紧方式预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度.由下表查得,采用单螺母增大钢球直径预紧方式。

2)滚珠丝杠副直径和基本导程系列采用丝杠公称直径 20mm,导程为5mm,又因为行程为160mm，考虑到工作台行程不应被轴承座限制。

选择上银公司的FSW-375-485型号的丝杠，基本动载荷9520N，基本静载 17320N，具体参数如下图外形图如下3)滚珠丝杠副支承形式以及轴承选择滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。

采用两端简支(F-S)支承形式。

因此，左端轴承选择两对角接触轴承，根据轴直径为15mm，选择型号为7002C。

右端选择一对深沟球轴承，根据轴直径为15mm，选择型号为6002。

4)滚珠丝杠副的计算参数选择本方案属于高速或较高转速情况，按额定动负荷C a≥C aj选择滚珠丝杠副式中C aj-–滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N)F--丝杠轴向当量负荷(N). 取进给抗力和摩擦力之和的一半F e=(0.05×e190+0.05×540+55+210)/2=150Nn--丝杠当量转速(r/min).取最大工作进给转速 n e=450r/min.eL--丝杠工作寿命(h). 查下表得L h=15000 h.hf--温度系数. 查下表得f t=0.70tf--精度系数. 查下表得f a=1.0a--负载性质系数. 查下表得f w=0.95fwf--硬度系数.查下表得f h=1.0hf--可靠性系数.查下表得f k=0.21（可靠度99%）k计算得C aj=6KN<Ca5)滚珠丝杠副校核①临界压缩负荷对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算.不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用Fn表示式中L0–--最长受压长度.取丝杠长度为470 mmf1--丝杠支承方式系数, F-S取2d2--丝杠螺纹底径,取30 mmK1 ——安全系数，取1/3F n=95KN>F max （最大轴向负载，值取当量轴向负载）②临界转速式中f2--丝杠支承方式系数,F-S取3.927.L c --临时转速计算长度. L c =385mm. d2--丝杠螺纹底径,取20mmn cr=19488 r/min >n max.同时验算丝杠另一个临界值d0n=20×450=9000<70000③轴承选择校核由[1]表6-6选角接触球轴承7205B.参考[1]中有关内容，计算略6)滚动导轨副的防护①滚珠丝杠副的防护装置 ,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管.②滚珠丝杠副的密封滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力.③滚珠丝杠副的润滑润滑剂用锂基润滑剂.Y轴丝杠选择同样采用丝杠公称直径 20mm,导程为5mm,又因为行程为160mm，选择上银公司的FSW-275-385型号的丝杠，基本动载荷9520N，基本静载 17320N。

又因为Y轴负载小于X轴，因此无需再次校核。

支撑形式与轴承选择均与X轴相同。

滚动导轨与滑块设计计算X轴滑块导轨导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动，并承受运动部件上的载荷，即起导向和承载作用,导轨副中，运动的一方称作运动导轨，与机械的运动部件联结；不动的一方称作支承导轨，与机械的支承部件联结。

支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动。

1）滚动导轨类型选择按滚动体类型可分为滚珠滚动导轨、滚柱滚动导轨和滚针滚动导轨三种。

滚珠式为点接触，承载能力差，刚度低，用于小载荷场合；滚柱式为线接触，承载能力比滚珠式高 ，刚性好，用于较大载荷；滚针式为线接触，用于要求径向尺寸小的场合。

本题根据要求，粗选直线滚动导轨副。

2） 寿命计算寿命按每年工作300天,每天两班,每班8h,开机率0.8计,额定寿命为: 10300280.838400h L h =⨯⨯⨯⨯=每分钟往复次数8z n =,行程0.16s l =3326020.168603840066351010s z h l n L L Km ⨯⨯⨯⨯=== 3） 导轨承受重量计算对于210mm×150mm 的工作台，厚度为50mm ，质量78000.210.150.123m V ρ⨯⨯⨯===kg ，故托板重量可取13kg 。

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X—Y双坐标联动数控工作台设计

X—Y双坐标联动数控工作台设计

长春工业大学课程设计说明书课程设计名称《机械制造装备设计》课程设计专业机械制造及自动化班级100104班学生姓名闫迪指导教师姜振海2013年12月12目录1前言 (1)1.1设计任务 (1)1.1.1主要技术参数 (1)1.1.2工艺要求 (1)1.2设计内容 (1)1.2.1运动设计 (1)1.2.2动力计算 (1)1.2.3绘制图纸 (1)1.2.4编写设计说明书1份 (1)2传动方案的拟定及说明 (2)2.1车床主参数和基本参数 (2)2.2拟定参数的步骤和方法 (2)2.2.1主轴级数的拟定 (2)2.2.2主电机功率——动力参数的确定 (3)3运动设计 (4)3.1传动结构式、结构网的选择确定 (4)3.1.1传动组及各传动组中传动副的数目 (4)3.1.2传动系统扩大顺序的安排 (5)3.1.3绘制结构网 (6)3.1.4转速图的绘制 (6)3.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (7)3.2.1齿轮齿数的确定的要求 (7)3.2.2 变速传动组中齿轮齿数的确定 (8)3.2.3验算主轴转速误差 (10)3.2.4绘制主传动系统图 (10)4传动件的设计 (11)4.1 带轮的设计 (11)4.2齿轮模数的估算和计算 (13)4.2.1确定计算转速 (13)4.2.2轴和齿轮的传递功率 (14)4.2.3计算齿轮模数 (14)4.2.4齿宽的确定 (15)4.2.5各轴间中心距的确定 (16)4.3传动轴直径的初算 (16)4.4主轴轴径的确定 (17)5验算主要零件 (17)5.1齿轮模数验算 (17)5.1.1齿面接触疲劳强度计算 (17)5.1.2齿根弯曲疲劳强度验算 (18)5.2传动轴刚度的验算 (18)5.2.1计算轴的平均直径，画出计算简图 (18)5.2.2计算该轴传递的扭矩T (18)n5.2.3求作用在装齿轮处B的力 (18)5.2.4求作用在装齿轮处C的力 (19)5.2.5计算装齿轮处的挠度 (19)5.2.6计算轴承处的倾角 (20)5.3轴承寿命验算 (22)6参考文献 (24)7心得体会 (24)1前言1.1设计任务最大加工直径为Ф400 mm的普通卧式车床的主传动系统的变速箱部件设计1.1.1主要技术参数1.1.2工艺要求（1）要求主轴正反转；（2）加工工件的材料为钢铁；（3）采用硬质合金刀具；（4）机床精度等级为普通级。

双坐标XY数控工作台

双坐标XY数控工作台


工作行程
50*50-1000*1000mm
50*50
控制方式
P电脑 C控制器
P
驱动电机
T步进 S伺服
T
●自动回原点功能,具有硬件限位功能；
●可读回运动中实际位置（编码器输入）；
●为驱动电机提供脉冲、方向控制输出信号；可选择步进电机驱动，交流伺服驱动；
●除XY轴限位，零位以外，I/O口提供8路光隔离输入及16路输出；
● 双坐标工作台主要技术指标：单位mm
0.040
0.030
0.050
二准型双坐标工作台产品型号举例→SZH0505 P4 04
三、标准型双坐标数控工作台
● 双坐标数控步进电机工作台
1、SZH轻载型双坐标数控工作台
工作行程：50*50 mm - 300*300 mm
2、SZHT重载型双坐标数控工作台
工作行程：50*50 - 600*600 mm
3、SZHK加重型双坐标数控工作台
工作行程：50*50 - 1000*1000 mm
精度等级
P3 P4
P4
丝杆导程4mm
4mm 5mm 10mm
04
台面宽度140mm
140 240 380mm
14
除设计制造数控工作台标准型产品外，我公司还可为用户定制非标的数控运动平台、数控定位平台、电动平移台。
本公司现有标准型数控双坐标工作台SZH、SZHT、SZHK系列，共3个系列几十个品种的产品。双坐标工作台是由两台型号一致、工作行程相同或不同的DZH、DZHT、DZHK型单坐标工作台叠加组合而成。组成原则是上层工作台行程一定要≤下层工作台行程。
设计一台微机控制XY两坐标工作台综合课程设计说明

设计一台微机控制XY两坐标工作台综合课程设计说明

课程设计说明书原始数据：设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制，控制方式采用步进电动机开环控制。

其他参数如下：一、系统总体设计方案由设计任务书知，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与齿轮或带减速。

2、导出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）采用键盘或BCD码盘作为输入。

（2）采用LED作为电源等指示标志。

（3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。

（4）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机驱动电路的接口，实现电气隔离。

（三）伺服系统设计本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。

（四）控制系统设计对整体设计方案的说明:机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（既高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足一下几方面：（1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。

否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。

所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。

（2）刚度大刚度是是弹性体产生单位变形量所需的作用力。

大刚度对机械系统而言是有利的:①伺服系统动力损失随之减小。

②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。

③增加闭环伺服系统的稳定性。

所以在设计时应选用大的刚度的机构。

（3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳定误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选择适当。

此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间歇小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性相匹配。

开环控制原理图1、控制部分方案选择控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。

立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台--课程设计

立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台--课程设计

攀枝花学院Panzhihua University课程设计（说明书）立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台院（系）：机械学院专业：机械设计制造及其自动化班级：二班学生姓名：学号:指导老师：职称：教授2016 年12月18 日攀枝花学院课程设计（说明书）课程设计任务书攀枝花学院本科学生课程设计任务书摘要X-Y数控工作台是是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台，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。

载实1}通过该实验使同学们深刻了解所使用的可逆寄存器微分@SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令的共同点都是具有控制数据左、右移动功能;而其不同处是应该注意到使用可逆寄存器SFTR指令时，要加前沿微分DIFU( 013)指令而可逆寄存器微分@SFTR是不需要的。

实验所用的电动机容量为0. 25kW，采用直接启矶3台电动机每台可逆顺序启动的时间间隔为2秋3台电动机首先正转顺序启动，启动结束转为正常运布录正常运行的时间定为10秒，停止时间定为5秋3台电动机再反转顺序启动，启动结束转为正常运布录正常运行的时间定为10秒，停止时间定为5秋实验要求按照上述顺序反复运标实验所使用的PLC为OMRON- CPM2A-CDR- A型机关键词X-Y数控工作台，数控铣床AbstractCNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.Keywords XY table ，CNC milling tools目录摘要 (I)Abstract (II)1 设计任务 (1)2 设计主要步骤 (2)2.1 确定设计总方案 (2)2.1.1 机械传动部件的选择 (2)2.2.2 控制系统的设计 (3)3 机械传动部件的计算与选型 (4)3.1工作台外形尺寸及重量初步估算 (4)3..2 计算切削力 (5)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型 (6)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6)4 步进电动机的计算与选型 (9)4.1步进电机的相关计算及校核 (9)4.1.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 (9)4.1.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 (10)4.1.3最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 (11)4.1.4步进电动机最大静转矩的选定 (11)4.1.5步进电动机的性能校核 (11)4.2步进电动机驱动电源的选用 (13)4.3确定联轴器的型号 (14)4.4增量式旋转编码器的选用 (14)5 电气原理图设计 (15)5.1典型数控工作台电气原理 (15)5.2单片机的选择 (15)5.3外部程序存储器的扩展 (16)5.4外部数据存储器的扩展 (16)5.5 I/O口扩展电路 (16)5.6 显示器接口设计 (16)5.7 键盘接口电路设计 (17)5.8 步进电机的接口电路设计 (17)6 工作台控制系统的设计 (18)6.1 进给控制原理框图 (18)6.2驱动系统 (18)6.3 步进电机驱动电路和工作原理 (18)6.4 驱动电路的时间常数 (19)6.5 电源电路的确定 (20)6.6 元器件的确定 (20)7 机械部分装配图的绘制 (22)总结 (23)参考文献 (24)1 设计任务题目：立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台设计任务：设计一种供立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台，平台的主要参数如下：1 最大铣削宽度13mm2最大背吃刀量7mm3工作台进给最大移动速度V xf=V yf=550mm/min4工作台空载最大移动速度V x0=V y0=3500mm/min5加工范围300mmX330mm6工作台面尺寸280mmX320mm7定位精度取±0.012 设计主要步骤2.1 确定设计总方案2.1.1 机械传动部件的选择（1）导轨副的选用要设计的数控铣床X-Y工作台，是轻型立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此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，安装预紧方便等优点。