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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 e20mm ；10）最大被吃刀量a p10mm 。
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Y 方向传动机构微机工作台电型步进电接动机减速器机驱滚珠丝杠口动电人机接口路减步进电速滚器珠动机X 方向传动机构丝杠系统总体方案结构框图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。
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。
目录一、课程设计目的 (2)二、课程设计任务及内容 (2)三、总体方案的确定 (3)1、机械传动部件的选择 (3)2、控制系统设计 (4)四、机械传动部件的计算与选型 (4)1、导轨上移动部件的重量估算 (4)2、铣削力的计算 (4)3、直线滚动导轨副的计算与选型 (6)4、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (8)5、步进电机减速箱的选用 (11)6、步进电动机的计算与选型 (12)7、增量式旋转编码器的选用 (16)五、工作台机械装配图的绘制 (16)六、工作台控制系统电路图绘制 (16)七、步进电动机驱动电源的选择 (16)总结 (17)参考文献 (18)附录： (19)1、操作控制面板 (19)2、控制程序 (19)X-Y数控工作台机电系统设计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的意义。
模块化的X-Y数控工作台，通常有导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。
其外观形式如图1所示。
其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杆的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、滚珠丝杆的螺母副和伺服电动机等均已标准化，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，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。
图1 X-Y数控工作台外形一、课程设计目的机电一体化技术又称为机械电子技术，它不是一门独立的工程学科，是机械技术、电子技术、信息技术、自动控制技术等相关技术综合。
机电一体化课程设计是针对机电一体化系列课程的要求，继机电一体化课程后的一门设计实践性课程。
它是理论与实践的结合，是培养学生机电一体化产品综合设计能力必不可少的教学环节。
HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY《机电一体化系统设计》课程课外学分项目名称 X-Y数控工作台项目组成员王扬2013210475朱诚诚2013210484李青岩2013210493黄志鹏2013210502 成绩机械工程学院机械电子工程系二零一六年十一月目录1总体方案设计 01.1设计任务 01.2总体方案确定 01.2.1系统的运动方式与伺服系统 01.2.2计算机系统 01.2.3X-Y工作台的传动方式 02机械系统设计 (1)2.1工作台外形尺寸及重量估算 (1)2.2滚动导轨的参数确定 (1)2.2.1导轨型式 (1)2.2.2导轨长度 (1)2.2.3直线滚动轴承的选型 (1)2.2.4滚动导轨刚度及预紧方法 (2)2.3滚珠丝杠的设计计算 (2)2.3.1最大动负载Q的计算 (2)2.3.2滚珠丝杠螺母副几何参数计算 (3)2.3.3传动效率计算 (3)2.3.4刚度验算 (3)2.4步进电机的选用 (4)2.4.1步进电机的步距角 (4)2.4.2步进电机启动力矩的计算 (4)2.4.3步进电机的最高工作频率 (5)2.5确定齿轮传动比 (5)2.6确定齿轮模数及有关尺寸 (5)2.7步进电机惯性负载的计算 (6)3控制系统硬件设计 (8)3.1CPU板 (8)3.1.1CPU的选择 (8)3.1.2CPU接口设计 (8)3.2驱动系统 (10)3.2.1步进电机驱动电路和工作原理 (10)3.2.2电磁铁驱动电路 (12)3.2.3电源设计 (12)4控制系统软件设计 (13)4.1总体方案 (13)4.2主流程图 (13)4.3X轴电机点动正转程序流程图 (14)4.4步进电机步进一步程序流程图 (15)参考文献 (16)1总体方案设计1.1设计任务设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。
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0.025mm。
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。
机电一体化课程设计任务书机电一体化课程设计是一个重要的实践教学环节，要求学生综合应用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练。
一、课程设计目的1.学习机电一体化系统总体设计方案的拟定。
2.通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件遇到像元件的工作原理与选用原则。
3.通过进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
4.通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件接口回路和控制软件的设计思路。
5.培养学生独立分析问题和解决问题的能力，并培养系统设计的思想。
6.提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
二、课程设计的内容课程设计题目：单轴数控工作台机电系统设计设计内容由机械系统、控制系统、设计说明书三部分组成。
具体工作量要求如下：1、单轴数控工作台装配图（A3图1张）2、控制系统设计（电气原理图：A3图1张）完成硬件电路设计工作，设计控制系统的主要软件流程并编写程序。
条件允许时，尽可能进行调试试验。
3、设计任务书（一份）要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案分析，机械系统的结构设计，主要零部件的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计流程和程序。
说明书字数不少于5000字，要求内容丰富，条理清晰，图文并茂，符合国标。
三、课程设计的时间安排课程设计时间为4周，进度安排如下：1．分析设计任务，总体方案论证：2-3天2．机械系统设计：5-6天3．控制系统设计：4-5天4．软件设计：1-2天5．编写说明书：2-3天四、设计任务设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的单轴数控工作台，控制器选用：单片机任务分配：1、107040201班12位同学做第一组~第六组2、107040202班25位同学做第七组~第十九组3、107040203班7位同学做第十九组~第二十二组4、第十九组由2班的周伟同学（X轴）和3班的陈科龙（Y轴）同学完成5、任务分配按名单顺序。
一、总体方案设计1.1 设计任务设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。
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0.025mm。
设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。
1.2 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没有进行切削，故应用点位控制系统。
定位方式采用增量坐标控制。
为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
（2）计算机系统本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。
它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。
控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。
LED显示数控工作台的状态。
（3）X-Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。
为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。
由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。
采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。
考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。
图1-1 系统总体框图二、机械系统设计2.1、工作台外形尺寸及重量估算X 向拖板（上拖板）尺寸：长⨯宽⨯高 145×160×50 重量：按重量=体积×材料比重估算3214516050107.81090--⨯⨯⨯⨯⨯≈N Y 向拖板（下拖板）尺寸： 14516050⨯⨯ 重量：约90N 。
专业课课程设计计算说明书设计题目：＿数控X-Y 工作台及其控制系统设计工程学院 机制00000＿班 设 计 者 ＿XXX ＿ 学 号 ＿0000000000＿ 指导教师 xxx＿2011＿年1 月＿16 日广东海洋大学――――――――――〇―――――――――装订线―――――――――〇―――――――――目录序言 (3)设计目的 (4)设计要求 (4)总体方案设计 (5)1. 系统运动方式的确定 (5)2. 伺服系统的选择 (5)3. 执行机构传动方式的确定 (5)4. 计算机系统的选择 (5)5. 实施 (5)机械系统设计 (6)1. 脉冲当量和传动比的确定 (6)1.1. 脉冲当量的确定 (6)1.2. 铣削力分析与计算 (6)1.3. 齿轮传动比计算 (6)2. 电动机的选择 (7)3. 工作台尺寸的确定 (7)4. 工作台重量的确定及移动部件重力的估计 (8)5. 滚珠丝杆螺母副的计算和选型 (8)5.1. 计算进给牵引力 (8)5.2. 计算最大动负载C (9)5.3. 螺母副的选型 (10)5.4. 传动效率计算 (10)5.5. 刚度验算 (10)δ (11)5.6. 丝杠的拉伸或压缩变形量1δ (11)5.7. 滚珠与螺纹滚道间接触变形25.1. 滚珠丝杠副刚度的验算 (12)5.2. 压杆稳定性验算 (12)6. 齿轮的设计计算 (12)7. 等效转动惯量计算 (13)8. 步进电机输出转矩的选择 (13)M (13)8.1. 步进电机所需空载启动的计算kq9. 导轨的选用与校核 (15)9.1. 初选滚动导轨 (15)9.2. 对导轨进行按下式进行校核： (15)9.3. 滚动导轨的润滑与防护 (16)10. 矩频特性校核 (16)10.1. 启动矩频特性校核 (16)10.2. 电机快速进给矩频特性较核 (17)10.3. 工进运行距频特性校核 (18)控制系统设计 (19)1. 控制系统硬件的基本组成 (19)2. 步进电机控制电路 (19)2.1. 开环伺服系统的原理图 (19)2.3. 脉冲分配 (19)2.4. 驱动电路 (19)2.5. 控制系统软件的组成和结构 (19)2.6.逐点比较法④ (20)2.7. 逐点比较法框图 (21)3. 程序设计 (21)4. 步进电机控制程序设计 (22)设计总结 (25)参考文献 (26)序言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。
机电一体化系统综合课程设计X-Y数控工作台设计说明书学校名称：杭州电子科技大学信息工程学院学生姓名：郑群波周益民朱建伟缪建立专业：机械设计制造及其自动化指导老师：张巨勇、金成柱、季国顺、刘薇二〇一一年一月一、设计目的机电一体化系统综合课程设计是一个重要的时间性教学环节，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，主要目的：1.通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识，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，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式。
3.通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式。
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.锻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、设计任务设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。
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±0.02mm，定位精度为0.04mm。
设计参数如下：负载重量G=500N；台面尺寸C×B×H＝240mm×254mm×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝550mm×500mm×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm，Y=250mm；工作台最大快移速度为1m/min。
三、总体方案的设计（一）机械传动部件的选择1.导轨副的选用导轨副的种类：1)滚柱交叉导轨副是由两根具有V型滚道的导轨、滚子保持架、圆柱滚子等组成，相互交叉排列的圆柱滚子在经过精密磨削的V型滚道面上作往复运动，可承受各个方向的载荷，实现高精度、平稳的直线运动。
特点：1.滚柱导轨块是一种精密的直线滚动导轨，具有较高的承载能力和较高的刚性，对反复动作、起动、停止往复运动频率较高情况下可减少整机重量和传动机构及动力费用。
设计组号： 1机电一体化系统综合课程设计X-Y数控工作台设计说明书学校名称：杭州电子科技大学设计组长：金婕设计队员：谢金花谢艳陈磊陈胜指导老师：吴立群于保华叶凌云二〇〇七年三月一、总体方案设计1.1 设计任务设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。
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0.025mm。
设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。
1.2 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没有进行切削，故应用点位控制系统。
定位方式采用增量坐标控制。
为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
（2）计算机系统本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。
它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。
控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。
LED显示数控工作台的状态。
（3）X-Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。
为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。
由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。
采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。
考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。
图1-1 系统总体框图二、机械系统设计2.1、工作台外形尺寸及重量估算X 向拖板（上拖板）尺寸：长⨯宽⨯高 145×160×50 重量：按重量=体积×材料比重估算3214516050107.81090--⨯⨯⨯⨯⨯≈NY 向拖板（下拖板）尺寸： 14516050⨯⨯ 重量：约90N 。
上导轨座（连电机）重量：223(2201403821558)7.81010 1.110107π--⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯≈()N夹具及工件重量：约150N 。
X-Y 工作台运动部分的总重量：约287N 。
2.2、滚动导轨的参数确定⑴、导轨型式：圆形截面滚珠导轨 ⑵、导轨长度 ①上导轨（X 向）取动导轨长度 100B l = 动导轨行程 55l =支承导轨长度 155B L l l =+= ②下导轨（Y 向）50l = 100B l = 150L =选择导轨的型号：GTA16 ⑶、直线滚动轴承的选型 ①上导轨240()X G N =②下导轨287()Y G N =由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP 型直线滚动轴承的额定动载荷为370N ，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP 型直线滚动轴承。
并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。
⑷、滚动导轨刚度及预紧方法当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。
当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。
此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。
2.3、滚珠丝杠的设计计算滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。
应按铣削时的情况计算。
⑴、最大动负载Q 的计算H Q f P ω=查表得系数1f ω=，1H f =，寿命值66010nTL =查表得使用寿命时间T=15000h ，初选丝杠螺距t=4mm ，得丝杠转速max 100010001250(/min)4V n r t ⨯=== 所以 6602501500022510L ⨯⨯==X 向丝杠牵引力1.414x x P f G =当 ()f 当——当量摩擦系数1.4140.01240 3.39()N =⨯⨯=Y 向丝杠牵引力1.4141.4140.01287 4.06()y yP f G N ==⨯⨯=当所以最大动负荷X 向 11 3.3920.6()x Q N =⨯⨯=Y 向 11 4.0624.7()y Q N =⨯⨯=查表，取滚珠丝杠公称直径 010d mm =，选用滚珠丝杠螺母副 的型号为 SFK1004，其额定动载荷为390N ，足够用。
⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算见表2-1。
⑶、传动效率计算7.260.973()(7.260.2)tg tg tg tg γηγϕ===++式中：ϕ——摩擦角；γ——丝杠螺纹升角。
⑷、刚度验算滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程0L 的变化量1PL L EF=±Y 向所受牵引力大，故应用Y 向参数计算24.7()P N = 00.4()L cm = 6220.610(/)E N cm =⨯ ()材料为钢 ()2220.7983.140.52F R cm π⎛⎫=== ⎪⎝⎭所以 61624.70.51.210()20.6100.5L cm -⨯=±=±⨯⨯⨯ 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量2L 很小，可以忽略。
所以导程总误差()601001001.2103/0.4Lm m L μ-==⨯= 查表知E 级精度的丝杠允许误差15m μ，故刚度足够。
⑸、稳定性验算由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。
2.4、步进电机的选用⑴、步进电机的步距角b θ取系统脉冲当量0.01/p mm step δ=，初选步进电机步距角 1.5b θ=。
⑵、步进电机启动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为T ，负载力为P ，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做功有如下关系T Ps ϕη＝式中：ϕ ——电机转角；s ——移动部件的相应位移；η ——机械传动效率。
若取 b ϕθ=，则p s δ=，且S P P G μ=+，所以[]36()2p S b P G T N cm δμπθη+=式中：S P ——移动部件负载（N ）；G ——移动部件重量（N ）； z P ——与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（N ）；μ ——导轨摩擦系数；b θ——步进电机步距角，（rad ）；T ——电机轴负载力矩（N cm ）本例中，取0.03μ=（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），0.96η=，S P 为丝杠牵引力，24.7s H P P N ==。
考虑到重力影响，Y 向电机负载较大，因此取287y G G N ==，所以[]360.0124.70.03287 1.33()2 1.50.96T N cm π⨯+⨯==⨯⨯若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩0.3~0.5q TT =取安全系数为0.3，则 ()1.334.420.3q T N cm == 对于工作方式为三相六拍的三相步进电机max 5.10.866q j T T == ()N cm⑶、步进电机的最高工作频率max max 1000100011667()60600.01p V f Hz δ⨯===⨯查表选用两个45BF005-Ⅱ型步进电机。
电机的有关参数见表2-2。
表2-2 步进电机参数2.5、确定齿轮传动比因步进电机步距角 1.5b θ=，滚珠丝杠螺距 4t mm =，要实现脉冲当量0.01/p mm step δ=，在传动系统中应加一对齿轮降速传动。
齿轮传动比123600.013600.61.54p b Z i Z t δθ⨯⨯====⨯选 117Z = ，228Z = 。
2.6、确定齿轮模数及有关尺寸因传递的扭距较小，取模数1m mm =，齿轮有关尺寸见表3-3。
2.7、步进电机惯性负载的计算表2-3 齿轮尺寸根据等效转动惯量的计算公式，得()22101232180p d b Z J J J J J M Z δπθ⎛⎫⎪⎛⎫=++++⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭式中： d J ——折算到电机轴上的惯性负载（2kg cm ）； 0J ——步进电机转轴的转动惯量（2kg cm ）；1J ——齿轮 的转动惯量（2kg cm ）；2J ——齿轮 的转动惯量（2kg cm ）；3J ——滚珠丝杠的转动惯量（2kg cm ）；M ——移动部件质量（kg ）。
对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算()3420.7810J D L kg cm -=⨯式中：D ——圆柱零件直径（cm ）；L ——零件长度（cm ）。
所以()343210.7810 1.70.5 3.2610J kg cm --=⨯⨯⨯=⨯ ()343220.7810 2.80.523.910J kg cm --=⨯⨯⨯=⨯ ()343230.781015 3.910J kg cm --=⨯⨯⨯=⨯电机轴转动惯量很小，可以忽略，则()233173.261023.9 3.91028d J --⎛⎫=⨯++⨯ ⎪⎝⎭()2520.001250.4103.14 1.5180kg m -⎛⎫ ⎪+=⨯ ⎪ ⎪⨯ ⎪⎝⎭因为10.40.31914 1.274d M J J <==<，所以惯性匹配比较符合要求。
三、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。
3.1 CPU板3.1.1 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。
