数控激光切割机XY工作台传动系统设计

课程设计题目： X-Y数控工作台机电系统设计专业：姓名：学号：指导教师：完成时间： 2014-12-18机电一体化系统设计课程设计任务书1．总体方案1.1导轨副的选用1.2 丝杆螺母副的选用1.3 减速装置的选用1.4 伺服电动机的选用1.5 检测装置的选用2．工作台铣削力的计算3.直线滚动导轨副的计算与选型3.1滑块承受工作载荷Fmax的计算与型号选择3.2距离额定寿命L的计算4．滚珠丝杆螺母副的计算与选型4.1最大工作载荷Fm的计算的计算4.2最大动载荷FQ4.3初选丝杆型号4.4丝杆传动效率η的计算4.5丝杆刚度的验算4.6丝杆压杆稳定性的校核5.步进电机减速箱的选用6.步进电机的计算与选型6.1步进电机转轴上加载的总转动惯量Jeq6.2步进电机转动轴上总的等效负载转矩Teq6.3步进电机最大静转矩的选择6.4步进电机性能校核7.反馈检测装置的选用8.步进电机驱动器的选用9.设计总结参考文献[1]张建民.《机电一体化系统设计》第三版.高等教育出版社[2]尹志强.《系统设计课程设计指导书》.机械工业出版社目录设计任务................................... 错误!未定义书签。

一. 总体方案的确定 (2)1. 机械传动部件的选择 (2)1.1 导轨副的选用 (2)1.2 丝杠螺母副的选用 (2)1.3 减速装置的选用 (2)1.4 伺服电动机的选用 (2)1.5 检测装置的选用 (2)二. 控制系统的设计 (3)三. 绘制总体方案图 (3)四. 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. 铣削力的计算 (3)3. 直线滚动导轨副的计算与选型 (4)(1). 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (4)(2). 距离额定寿命的计算 (4)4. 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (4)(1). 最大工作载荷F m的计算 (4)(2). 最大动载荷F Q的计算 (5)(3). 初选型号 (5)(4). 传动效率η的计算 (5)(5). 刚度的验算 (5)5. 步进电动机减速箱的选用 (7)6. 步进电机的计算与选型 (7)7. 增量式旋转编码器的选用 (11)五. 工作台控制系统的设计 (12)六. 步进电机驱动电源的使用 (12)七. 设计总结 (13)目录 计算过程 结果设计任务题目：X-Y 数控工作台机电系统设计任务：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）立铣刀最大直径d=20mm ； 2）立铣刀齿数Z=3； 3）最大铣削宽度mm a e 20=； 4）最大背吃刀量mm a p 10=； 5）加工材料为碳钢； 6）X 、Y 方向的脉冲当量mmy x 005.0==δδ/脉冲；7）X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±； 8）工作台导轨长度为1260mm ；9）工作台空载最快移动速度min /3000mm v v y x ==； 10）工作台进给最快移动速度min /400max max mm v v f y f x ==； 11）丝杠的有效行程为330mm ；12）工作台尺寸200mmX200mm 加工范围230mmX230mm 。

【关键字】设计课程设计任务书题目：数控工作台设计时间：2012年11月19日－2012年12月29日，共六周要求：该工作台可安装在钻、铣床上用于钻孔或铣削加工。

设计参数如下：X方向的脉冲当量为：0.01㎜/step；最大钻孔直径15㎜，铣刀直径的d=32mm;齿数为4；加工材料为碳钢；工作台行程范围是：400㎜X320㎜,；最大快速移动速度为：3m/min,具体任务：1、确定总体方案，绘制系统组成图一张（A3）2、机械部分设计计算，选择适当的元器件；3、画出X-Y工作台外形图和X向机械部分装配图一张(A0)4、设计控制系统硬件电路,画出控制系统硬件电路图一张（A1）5、编写设计说明书1分，（不少于8000）班级：学生：指导老师：2012年11月目录1前言 (4)2、课程设计的目的、意义及要求 (5)3课程设计的内容.....................................................................、7 4数控系统总体方案的确定 (8)5机械部分的设计 (9)6滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (10)7导轨的选型和计算 (12)8 驱动电机的选用 (13)9 数控系统的设计 (16)10 心得体会 (24)11 参考书籍 (26)设计目的数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。

它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。

同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。

数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。

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：机械工程学院专业班级：机电XX班学号：姓名：指导教师：目录摘要21世纪以来，人类经济高速进展，人们生活发生了日新月异的转变，微处置器、微型运算机在各技术领域取得了普遍应用，对各领域技术的进展起到了极大的推动作用。

一个较完善的机电一体化系统，应包括以下几个大体要素：机械本体、动力与驱动部份、执行机构、传感测试部份、操纵及信息处置部份。

机电一体化是系统技术、运算机与信息处置技术、自动操纵技术、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系统这种典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化和轻量、微型化方向进展。

关键字：十字工作台；滚珠丝杠；转动导轨；步进电机AbstractSince the 21st century, the human economy has developed high speed, the people live have had the change which changes with each new day, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: Cross table Ball screw Rolling guide Stepper motor一 前言现今世界数控技术及装备进展的趋势及我国数控装备技术进展和产业化的现状 在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,进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进展我国数控技术及装备的几点观点。

AbstractThis topic designs for CNC laser cutting machine. It completed the design of XY workbench mechanical structure and the CNC system. The design process has the design and analysis of XY workbench mechanical structure. To choice ball screw vice transmission system solutions which has a relatively high precision. There are specific calculation and selection on ball screw, linear rolling guide and gear of the transmission system; In order to validate the feasibility of the system, the stiffness of system are analyzed. The analysis and selection for stepping motor are according to the system's requirements and load. There are hardware specifications and design of control program for CNC system with 89C51 as the main control chip.Keywords CNC laser cutting machine tools XY table Single chip microcomputer目录摘要................................................................................................................. 错误!未定义书签。

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。

XY数控机床工作台设计随着现代制造业的发展，XY数控机床在数控加工领域扮演着重要的角色。

其工作台的设计直接影响到机床的性能和加工质量。

下面我将从结构设计、功能设计和安全设计三个方面探讨XY数控机床工作台的设计。

首先是结构设计。

XY数控机床工作台的结构应该具有足够的稳定性和刚性，以确保在高速加工时不会出现震动和变形，影响加工精度。

一般来说，工作台的主体部分由铸铁或焊接钢板制成，表面经过精密加工处理，以提高平整度和耐磨性。

工作台的导轨系统应该采用高精度直线导轨，保证工作台在XY轴上的移动精度和重复定位精度。

此外，工作台的传动系统应该选用高刚性的传动元件，如滚珠丝杠或齿轮传动，以确保工作台的稳定性和精度。

其次是功能设计。

XY数控机床工作台的功能设计应根据不同加工需求进行定制。

例如，对于需要进行大幅度旋转和倾斜加工的工件，可以设计带有旋转和倾斜功能的工作台；对于需要进行高速加工的工件，可以设计带有快速进给和快速换刀功能的工作台。

此外，工作台还应该具备自动化控制功能，可以实现自动换刀、自动测量和自动校正等功能，提高操作效率和加工质量。

最后是安全设计。

XY数控机床工作台在设计时应考虑到操作人员的安全和舒适性。

首先，工作台应设计加装防护罩和安全限位装置，确保操作人员在工作过程中不会受到伤害。

其次，工作台的操作界面应设计简洁直观，便于操作人员进行操作和监控，减少操作失误的可能性。

同时，工作台的工作区域应留有足够的空间，让操作人员有足够的活动空间，减少疲劳和工伤的发生。

综上所述，XY数控机床工作台的设计需要综合考虑结构、功能和安全等方面的因素，以满足不同加工需求和操作要求。

只有设计出稳定、功能齐备并且安全可靠的工作台，才能更好地发挥数控机床的加工效率和精度，提高生产制造的质量和效益。

目录第一章绪论 (1)1.1激光技术概述 (1)1.2激光切割机的应用 (1)1.3设计任务 (1)1.4总体设计方案分析 (2)第二章机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计 (4)2.1 XY工作台的设计 (4)2.1.1主要设计参数及依据 (4)2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析 (4)2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量 (4)2.2 Z轴随动系统设计 (5)第三章滚珠丝杠传动系统的设计计算 (7)3.1 滚珠丝杠副导程的确定 (7)3.2 滚珠丝杠副的传动效率 (7)第四章直线滚动导轨的选型 (9)第五章步进电机及其传动机构的确定 (11)5.1 步进电机的选用 (11)5.1.1 脉冲当量和步距角 (11)5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算 (11)5.1.3确定步进电机最高工作频率 (12)5.2齿轮传动机构的确定 (12)5.2.1传动比的确定 (12)5.2.2齿轮结构主要参数的确定 (12)5.3步进电机惯性负载的计算 (13)第六章传动系统刚度的确定 (15)6.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 (15)6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 (15)第七章消隙方法与预紧 (17)7.1消隙方法 (17)7.1.1偏心轴套调整法 (17)7.1.2锥度齿轮调整法 (18)7.1.3双片齿轮错齿调整法 (18)7.2预紧 (19)第八章控制系统设计 (20)8.1 确定机床控制系统方案 (20)8.2 主要硬件配置 (20)8.2.1主要芯片选择 (20)8.2.2 主要管脚功能 (20)8.2.3 EPROM的选用 (21)8.2.4 RAM的选用 (22)8.2.5 89C51存储器及I/O的扩展 (22)8.2.6 8155工作方式查询 (23)8.2.7状态查询 (24)8.2.8 8155定时功能 (25)8.2.9 芯片地址分配 (26)8.3总体程序控制 (27)8.3.1流程图 (27)8.3.2总程序 (27)8.4 键盘设计 (28)8.4.1键盘定义及功能 (28)8.4.2 键盘程序设计 (29)8.5 显示器设计 (33)8.5.1显示器显示方式的选用 (33)8.5.2显示器接口 (34)8.5.3 8155扩展I/O端口的初始化 (34)8.6 插补原理 (35)8.7光电隔离电路 (35)8.8越界报警电路 (36)第九章步进电机接口电路及驱动 (39)第十章总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)300×400数控激光切割机XY工作台部件及单片机控制设计全套图纸更多设计请联系QQ360702501摘要：激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性材料以及精密细小和形状复杂的零件，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。

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。

X-Y数控工作台机电系统设计xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx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：机电一体化的基础控制自动化系统化1引言机电一体化是多学科领域综合交叉的技术密集型系统工程，它是融合检测传感技术，信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术和系统总体技术等多种技术于一体的新兴综合性学科。

随着机电一体化技术的产生和发展，在世界范围内掀起的机电一体化热潮，使机电一体化越来越显示出强大的威力，它使机械产品向着高技术密集——机电一体化的方向发展。

机电一体化课程设计在机电一体化专业教学中占有重要位置，它关系到学生知识的综合运用和学生动手能力的培养及机电产品开发的能力。

因此设计内容选择很重要。

基于微型计算机控制的X-Y工作台是典型的机电一体化系统，以此为设计内容有较强的教学研究意义。

培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到了设计的作用。

通过对X-Y工作台的设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计.计算控制系统硬件电路的设计以及数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。

从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。

本设计是以PC平台为基础的数控X-Y工作台实验系统，它具有直线插补和圆弧插补等数控系统所使用的常用功能，结构简单，操作方便，控制精度相对较高, 可靠性、稳定性和实用性都很好。

XY数控机床工作台设计一、引言XY数控机床是一种高精度、高效率的机床设备，广泛应用于各个制造行业。

在XY数控机床中，工作台起到了承载工件和刀具，并实现各个坐标轴的运动的重要作用。

本文将以XY数控机床工作台设计为主题，探讨其设计原理、重要参数以及常见的设计优化方法。

二、设计原理1.承载能力：工作台应能够在工作过程中承载工件和刀具的负载，同时保持机床结构的稳定性。

因此，在设计工作台时，应按照工作负载的需求选择合适的结构材料和尺寸。

2.运动精度：XY数控机床工作台的运动精度是其重要的设计指标。

它直接影响到加工零件的精度和表面质量。

为保证运动精度，设计时应注意优化螺旋副、导轨和滚珠螺杆等关键部件的设计和选用。

3.运动控制：XY数控机床工作台通常需要实现三个轴向（X、Y和Z 轴）的运动控制。

设计时应考虑各个轴线的坐标变换和运动速度控制，以实现精确和平稳的运动。

三、重要参数1.工作台尺寸：根据加工需求和工件尺寸，确定工作台长度、宽度和行程等参数。

合理的工作台尺寸可以提高工作效率，减少空转时间。

2.工作台承载能力：工作台承载能力是衡量工作台性能的重要指标。

应根据工作负载的需求，确定合适的工作台承载能力。

工作台承载能力不足会导致机床结构的不稳定和加工质量下降。

3.运动速度和加速度：运动速度和加速度的选择应根据具体的加工要求和工件材料而定。

太高的运动速度和加速度容易引起共振和振动，影响加工精度和表面质量。

四、设计优化方法1.结构优化：通过有限元分析和试验验证等手段，对工作台的结构进行优化，提高其刚度和稳定性。

例如，在结构上采用更加合理的设计，增加横向和纵向的加强筋，提高整体刚度。

2.导轨选择：导轨是影响工作台运动精度的关键部件。

为保证导轨的平稳和准确运动，可选择高精度且耐磨的直线导轨。

同时，必须做好导轨的保养和维护工作。

3.滚珠丝杠优化：滚珠丝杠是XY数控机床工作台运动的关键部件。

合理选用质量较好的滚珠丝杠，并加强对其润滑和运动的监测。