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贵州大学机电一体化课程设计说明书最终版

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课程设计 设计题目：ZK5125C型立式数控钻床工作台设计

课程名称： 机电一体化系统设计课程设计 学 院： 机械工程 专 业：机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 年 级： 2013 任课教师：

2016年12月10日 贵州大学本科课程设计 诚信责任书

本人郑重声明：本人所呈交的课程论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。课程论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。

论文（设计）作者签名： 日期： 预期目标: 设计出符合任务书要求的数控钻床工作台、控制原理框图，撰写不低于20页左右设计论文，并附录相关资料及设计图纸。

计划进程: 序号 计划时间 进程 1 12.5～12.6 课题调研及资料收集，研究问题及提出初步总体方案 2 12.7 总体方案论证及确定 3 12.8～12.10 机械部分方案论证确定及计算 4 12.11～12.13 电气部分方案论证确定及设计 5 12.14～12.15 撰写论文及绘制相关图纸 6 12.16 上交设计成果，答辩

主要参考文献: [1]张建民. 机电一体化系统设计[M].北京理工大学出版社，2013.1 [2]韩建海.数控技术及装备（第三版）[M].华中科技大学出版社，2016.5 [3]尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M]. 北京：机械工业出版社，2010.6 [4]王金娥.机电一体化课程设计指导书[M]. 北京：北京大学出版社，2012.1 [5]成大先. 机械设计手册(第六版)[M]. 北京：化学工业出版社，2016.4 [6]坂本正文（日）.步进电机应用技术[M]. 北京：科学出版社，2010.6 [7]刘刚. 单片机原理及其接口技术[M]. 北京科学出版社，2015.7 [8]段正澄会.光机电一体化技术手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010.6 [9]龚仲华.数控机床电气设计典例[M].北京：机械工业出版社，2014.7 [10]文怀兴.夏田.数控机床系统设计(第二版) [M]. 北京：化学工业出版社，2011.9 [11]孙莹.数控机床伺服驱动系统的设计与应用[M]. 北京：西南交通大学出版社,2014.4 型立式数控钻床工作台设计 数据说明

参数指标 单位 量纲

数控钻床型号

ZK 5125A ZK 5125B ZK 5125C ZK 5140A ZK 5140B ZK 5140C ZK 5150A ZK 5150B ZK 5150C 加速时间T S 0.5 0.8 1.0

X向坐标行程 mm

500 550 600 700 800 900 900 950 1000

Y向坐标行程 350 400 350 400 350 400 500 450 500

工作台面(X×Y) mm2 550× 300 600× 350 650× 300 750× 350 850× 300 950× 350 950× 450 1000× 400 1100× 450 工作台面以上承重 Kg 500 600 800

工作台快进速度 mm/min 2000 2500 3000

脉冲当量 mm/pulse 0.01 0.02 0.03 定位精度 mm 0.03 0.04 0.05 重复定位精度 mm 0.02 0.03 0.04

最大钻孔直径 mm 25 40 50

每转进给量(钻削) mm/r 0.25 0.32 0.4

钻孔刀具 麻花钻头 钻削加工材料 钢 σb=650Mpa

步进电机步距角 自定

导轨类型 自定 滚珠丝杠螺距 自定

控制系统类型 自定

设备使用寿命 12年；年均工作300天；每天10小时 第一章 总体方案的确定 1.1机械传动部件的选择 1.1.1导轨副的选用： 要设计的X-Y工作台是用来配套立式数控钻床使用，需要承重的载荷不大，无切削力（工作台移动中不作切削），设计数据所要求的脉冲当量较小、定位精度一般。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。 1.1.2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，选择滚珠丝杠螺母副，滚珠丝杠螺母副的传动精度高、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。

第二章 机械传动部件的计算与选型 2.1导轨上移动部件的重量估算 2.1.1 Y方向导轨上移动部件的重量估算 按照导轨上面的移动部件的重量进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，工件的最大质量为800kg，重量为7840N，根据参考资料上的实例可以看出，工作台尺寸为230mm×230mm的除去工件重量的总重量大约为500N，ZK5125C型立式数控钻床工作台的尺寸为650mm×300mm，大约为实例的2倍，也就是除去工件重量的总重量大约为500N×2=1000N，所以总的重量为7840N+1000N≈9000N，估计重量为9000N。 2.1.2 钻削力的计算 设零件的加工方式为立式钻削，采用硬质合金立钻刀。工件的材料为碳钢。立钻时的钻削力计算公式为：

FFfKfdCFyFzF（2-1）

式中：fF为轴向力，单位为N；FC为轴向力系数；d为钻头直径，单位为mm；Fz为轴向力指数；f为每钻进给量，单位为mm/r；Fy为轴向力指数；Fk为修正系数。 600FC，mmd50，0.1FZ，rmmf/4.0，7.0FY，1FK 从而求得：NFf5684125.0256007.01 2.1.3直线滚动导轨副的计算与选型 ①滑块承受工作载荷maxF的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支撑形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一 个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直载荷为： FGF4max （2-2）

式中：maxF为最大工作载荷；G为移动部件的重量；F为外加载荷。 NG9000，NFFf5684

从而求得：kNNF934.77934568449000max 根据工作载荷kNF5.18max，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG35型，其额定动载荷kNCa5.32，额定静载荷kNCa2.470。 任务书上规定工作台面的尺寸为650mm×300mm，X-Y方向的加工范围为700mm×350mm，考虑工作行程留有一定的余量，选取导轨的长度为：Y方向为1080mm。

②距离额定寿命L的计算 上述选取的KL系列的JSA-LG35型导轨的滚到硬度为60HRC，工作温度不超过100℃，每根导轨上配有两只滑块，精度等级为4级，工作温度较低，载荷不大。

50)(3maxFCfffffLaWRCTH（2-3）

式中：L为距离额定寿命，单位为km；aC为额定动载荷，单位为kN；Hf为硬度系数；F为滑块上的工作载荷，单位为kN；Tf为温度系数；Cf为接触系数；Rf为精度系数；

Wf为载荷系数。

0.1Hf，0.1Tf，81.0Cf，5.1Wf，9.0Rf，5.32aC，934.7maxF。

从而求得：kmL40050)934.75.325.19.081.00.10.1(3

大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。 2.1.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型

①最大工作载荷mF的计算 根据任务书所说工作台移动中不作切削，所以滚动丝杠在运动中只需要克服滚动导轨的摩擦力。

GFm（2-4）

式中：mF为最大工作载荷；为滚动导轨的摩擦因数；G为移动部件的总重量。 005.0，NG9000 从而求得：NFm459000005.0 ②最大动载荷QF的计算 设工作台的最快进给速度min/2000mm，初选丝杠导程mmPh5，则此时丝杠转速

hPvn（2-5）

式中：n为丝杠转速；v为最快进给速度；hP为丝杠导程。 从而求得：min/40052000rn。

6010

60nTL（2-7）

式中：0L为滚珠丝杠副的寿命；T为使用寿命；n为丝杠每分钟转速。 因为这个机床为数控机床，所以取hT15000，min/400rn。 从而求得：36010150004006060L。

mHWQFffLF30（2-8） 式中：QF为最大动载荷；0L为滚珠丝杠副的寿命；Wf为载荷系数；Hf为硬度系数；mF

为滚珠丝杠副的最大工作载荷。 3600L，2.1Wf，0.1Hf，NFm45

从而求得：NFQ384450.12.13603 ③初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列的2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器但螺母式，其公称直径为

20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈×1列，精度等级为5级，额定动载荷aC为9309N，大于QF，满足要求。 ④传动效率的计算

])(arctan[0dPh(2-9) 式中：0d为公称直径，hP为导程，为丝杠螺旋升角。

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机电一体化课程设计指导书

机电一体化课程设计指导书

机电一体化课程设计指导书一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握机电一体化基本原理，包括机械系统、电子系统、控制系统及信息处理系统的基本构成及相互关系。

2. 学习并掌握常用传感器的工作原理及其在机电一体化系统中的应用。

3. 掌握机电一体化系统的设计方法和步骤，能够运用相关知识进行简单的系统设计。

技能目标：1. 能够运用CAD软件进行简单的机械结构设计，并完成图纸绘制。

2. 能够运用编程软件对控制系统进行编程，实现对机电系统的基本控制。

3. 能够运用相关工具和仪器进行机电一体化系统的调试和故障排除。

情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学、探索未知的精神，提高对机电一体化技术的兴趣和认识。

2. 培养学生的团队协作意识和沟通能力，使他们在项目实践中能够主动承担责任，共同解决问题。

3. 培养学生具备安全意识、环保意识和质量意识，使其在设计过程中充分考虑这些因素，养成良好的职业素养。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在帮助学生在掌握基本理论知识的基础上，提高实践操作能力。

课程目标具体、可衡量，有助于学生和教师明确课程预期成果，为后续的教学设计和评估提供依据。

在教学过程中，注重理论联系实际，激发学生的创新思维，培养具备实际操作能力的机电一体化技术人才。

二、教学内容根据课程目标，教学内容分为以下三个部分：1. 理论知识学习：- 机电一体化基本原理：讲解机械系统、电子系统、控制系统及信息处理系统的基本构成及相互关系，涉及课本第一章内容。

- 常用传感器：介绍各种传感器的工作原理及其在机电一体化系统中的应用，对应课本第二章。

- 系统设计方法：学习机电一体化系统的设计方法和步骤，包括需求分析、方案设计、详细设计等，参考课本第三章。

2. 实践操作：- 机械结构设计：运用CAD软件进行简单机械结构设计，绘制图纸，结合课本第四章内容。

- 控制系统编程：使用编程软件进行控制系统编程，实现对机电系统的基本控制，涉及课本第五章。

(完整版)机电一体化毕业课程设计

(完整版)机电一体化毕业课程设计

1引言1.1课题简介本次毕业设计课题为“模块化生产控制系统设计”。

其主要任务就是通过分析研究学校实验工作台系统，结合所学知识以及先进控制技术，对模块化生产线控制系统进行研究。

1.2 工业模块化系统发展现状工业模块系统是一种以机电一体化为基础的自动化系统，其中控制的部分现今在我国大都是采用的是PLC控制。

PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。

它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。

用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。

运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。

PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。

PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。

不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。

PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。

它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。

大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。

把计算结果送给PLC的控制器。

最终达到控制的目的。

工业模块与智能系统是六十年代以来在信号处理、人工智能、控制论、计算机技术等学科基础上发展起来的新型学科。

该学科以各种传感器为信息源，以信息处理与模式识别的理论技术为核心，以数学方法与计算机为主要工具，探索对各种媒体信息进行处理、分类、理解并在此基础上构造具有某些智能特性的系统或装置的方法、途径与实现，以提高系统性能。

工业模块与智能系统是一门理论与实际紧密结合，具有广泛应用价值的控制科学与工程的重要学科分支。

机电一体化技术课程设计

机电一体化技术课程设计

机电一体化技术课程设计引言机电一体化技术是一种新兴的技术，已经得到广泛的应用。

机电一体化技术能够有效解决机械工程的自动化问题，并且有效降低了生产成本。

在当前工业中，机电一体化技术已经成为了制造业的基础。

本文将详细介绍机电一体化技术的课程设计。

课程目标本课程设计旨在培养学生对机电一体化技术的理解，学生在本课程中将会了解机电一体化技术的原理、应用、以及实现方法。

此外，本课程还旨在培养学生解决机械制造过程中自动化问题的能力，以及掌握机电一体化控制系统的设计、实现、和维护技术。

课程内容第一部分：机电一体化技术原理本部分将会介绍机电一体化技术的原理，包括机电一体化系统的构成、自动化技术、传感器和执行器、以及机电一体化系统的硬件和软件架构等等。

学生需要掌握机电一体化技术的原理，以及机电一体化系统的构成和工作原理。

第二部分：机电一体化技术应用本部分将会介绍机电一体化技术的应用，包括机床、自动化生产线、以及工业机器人等等。

学生需要掌握机电一体化技术在实际应用中的情况。

第三部分：机电一体化控制系统本部分将会介绍机电一体化控制系统的设计、实现、和维护技术。

学生需要掌握机电一体化控制系统的设计方法、控制方法、软件和硬件平台等等。

课程作业学生将会数次完成小组课程作业。

学生需要组成小组，根据实际问题设计和实现机电一体化控制系统，例如控制一台简单的继电器控制电机的系统，或者控制一台工业机器人的系统，或者控制一条自动化生产线的系统等等。

期末项目学生将会在本学期结束时完成期末项目。

学生可以自选实现一个机电一体化控制系统，包括问题定义、方案设计、系统实现、以及系统测试和优化等等。

课程评估学生的评估将会根据学生在课堂作业和期末项目中的表现来评估。

学生需要达到一定的水平才能获得课程学分，在学生的评估中学生的主动学习和创造性的应用将会得到充分的认可。

结论本文介绍了机电一体化技术的课程设计内容和评估方式。

希望通过本课程的学习，学生将能够掌握机电一体化技术的原理、应用和控制系统的设计、实现、和维护技术，为未来从事机械工程、控制工程和自动化工程等等方面的研究和应用奠定基础。

机电一体化课程设计任务书

机电一体化课程设计任务书

机电⼀体化课程设计任务书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、设计⽬的1)通过本设计，使学⽣全⾯地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体⽅案拟定、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得⼯作原理、设计计算⽅法及选⽤原则。

3)通过伺服系统得设计，掌握常⽤伺服电机得⼯作原理、计算选择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，学习并初步树⽴“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：XY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）XY数控⼯作台装配图（A2图1张）2）控制系统设计（电⽓原理图：A3图1张）3）完成硬件电路设计⼯作，设计控制系统的主要软件流程。

4）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2周，进度安排如下：1）分析设计任务，总体⽅案论证：1-2天2）机械系统设计：4-5天3）控制系统设计：2-3天4）编写说明书：1-2天整个设计过程交叉进⾏，每组4⼈，分⼯协作。

四、设计任务设计任务：设计⼀台微机控制XY两坐标⼯作台，供⽴式数控铣床使⽤。

控制器选⽤：单⽚机或者PLC。

具体内容如下：1)机械系统设计：通过计算,正确选择传动机构、导向机构、执⾏机构、驱2)控制系统设计：根据系统要求，选择正确的控制策略，设计合理的控制系统，并绘制控制系统电路图。