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XY工作台课程设计数控

数控机床课程设计说明书

设计课题： X-Y数控工作台设计

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指导老师：

摘要.......................................................... I I 一前言. (1)

二设计任务 (1)

三设计主要步骤 (2)

（一）确定设计总体方案 (2)

1、初拟机械传动部件方案： (2)

2、方案对比分析： (2)

3、最终方案： (3)

（二）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 计算切削力 (3)

3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (5)

4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (10)

5 滑动导轨的设计计算 (16)

6 其余部件的选取 (17)

结论 (20)

致谢 (21)

参考文献 (21)

21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，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：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机

Since 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

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。

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。

《数控机床》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关知识，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

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

设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，主要参数如下：

1、立铣刀最大直径的d=15mm ；立铣刀齿数Z=3；最大铣削宽度c a =15mm ；最大背吃刀量p a =8mm ；加工材料为碳素钢或有色金属。

2、 X 、Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。

3、工作台面尺寸为230mm 3230mm ，加工范围为250mm 3250mm

4、工作台空载进给最快移动速度：max ymax 3000mm /min x V V ==，工作台进给最快移动

速度:max ymax 400mm /min x V V ==，加减速0.4s 。

三设计主要步骤

（一）确定设计总体方案

1、初拟机械传动部件方案：

方案一：①、丝杠螺母副的选择：滚珠丝杠（内循环）

②、导轨副的选择：滑动导轨

③、伺服电动机的选择：步进电机

④、减速装置的选择：消隙式齿轮减速箱

方案二：①、丝杠螺母副的选择：滚珠丝杠（外循环）

②、导轨副的选择：滚动导轨（滚珠）

③、伺服电动机的选择：步进电机

④、减速装置的选择：无（直接用联轴器将电动机与丝杠连接，变

速直接由脉冲频率来控制）

2、方案对比分析：

（1）丝杠螺母副的选择：

对于设计条件X、Y方向定位精度均为±0.02mm，丝杠的精度要比定位精度要高，可见只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、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。

经对比，最终选择内循环滚珠丝杠，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。

由于安装定位精度不是很高，故选用垫片消隙式进行调隙，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构。

⑵、导轨副的选择：

要设计的数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，对于设计任务精度要求为

±0.02mm，要求精度较高，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。

⑶、伺服电动机的选择：

为保证定位精度，选用步进电机作为伺服电机，步进电机精度很高，开环接入也满

足本设计精度要求，根据任务要求，空载最快移动速度为3000mm/min ，故本设计不必采用高档次的伺服电机，综合考虑之后选用的电机为混合式步进电机，提高产品经济性。 ⑷、减速装置的选择：

选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构，如果要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。但步进电机本身就有调速功能，此处设计工作台很小，输出扭矩与惯量负载都很小，步进电机可以承受，所以此处不需要额外减速装置。

3、最终方案：

①、丝杠螺母副的选择：滚珠丝杠（内循环）

②、导轨副的选择：滚珠导轨

③、伺服电动机的选择：步进电机（混合式）

④、减速装置的选择：无

（二）机械传动部件的计算与选型

1 导轨上移动部件的重量估算。

按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为800N 。

2 计算切削力

根据任务条件1、立铣刀最大直径的d=15mm ；立铣刀齿数Z=3；最大铣削宽度

a =15mm ；最大背吃刀量

a =8mm ；加工材料为碳素钢或有色金属。

设铣刀为硬质合金铣刀，工件材料为碳素钢，由【2】P170 表10-1

可知d=15mm 的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下：

每齿进给量fz=0.15mm 粗取铣刀转速n=300r/min

查得立铣时切削力计算公式为：

0.850.750.73 1.00.10

c e z p 118a f

d a n Z

F -=

将以上各值代入得： 0.850.750.73 1.00.10c 118150.151583003N F -=?≈1671N 采用立铣刀进行圆柱铣削时，由上表可得各切削了之间的关系为：

f F /c F =(1.0~1.2) 取1.1

fn F /c F =(0.2~0.3) 取0.25

e F /c F =（0.35~0.4）取0.38

因为逆铣的情况的受力最大的情况，为了安全考虑这种最危险的工况。由此可估算三个方向的铣削力分别为：

1.11838f c F F N =≈（与丝杠轴线平行） 0.25418fn c F F N =≈（与丝杠轴线垂直）

0.38635e c F F N =≈（与工作台面垂直）

相对于工作台，以上各分力方向分别对应：

纵向铣削力x f F =F =1838N 径向铣削力y fn F =F =418N 垂直工作台切削力z e F =F =635N

3 滚珠丝杠传动设计计算及校验

⑴、最大工作载荷的计算

已知移动部件总重量G=800N ，按滚动导轨计算，滚动导轨上的摩擦系数查【3】中P194可知μ=0.0025—0.005,为安全考虑现取μ=0.005，求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：

x F F (F F )

eq y Z u G =+++

=1838+0.005?（418+635+800） =1847N

⑵、最大计算动载荷的确定

任务条件提出工作台进给最快移动速度为V=400mm/min ，初选丝杠导程P=5mm,则此时丝杠转速

n =v/P=80r/min 。

有网上收集资料得知，每天工作8小时，每年工作360天，一般滚珠丝杠的精度在3到5年后严重下降，所以预计滚珠丝杠工作寿命为4年，

所以使用寿命为：T=4336038=11520h 根据【3】p110中公式5-4得：'6

6010eq n T T =

10N -

其中 T ——使用寿命 11520 h N ——循环次数

n ——滚珠丝杠的当量转速 80r/min

求得：

608011520

10T ??=

≈55（6

10r ）查【3】中P110，表5-1、5-2得，受中等冲击载荷取值范围 1.2~1.5

d f =，现取

1.3

d f =，

滚道硬度为60HRC 时，硬度影响系数取值

1.0

h f =，由【3】中P109，式5-3 3c d h eq C f F =

将以上数据代入得：3

1.3 1.01847

c C =??≈9131N

⑶、型号规格的初选表（1）

山东博特精工股份有限公司G 、GD 系列滚珠丝杠

网上查得的山东博特精工股份有限公司G、GD系列滚珠丝杠如上，根据以上初选丝杠导程和计算出的最大动载荷，选用山东博特精工股份有限公司GD系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈32系列，精度等级取5级，螺母安装尺寸L=80mm，额定动载荷为9309N，大于最大计算动载荷

C=9131N，满足要求。其他详细参数可由上图得出。

滚珠丝杠螺母副几何参数（单位mm）

⑷、传动效率的计算

由上表可知丝杠的螺旋升角为4°33′，将摩擦角ψ=10′，代入η=tan λ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。 ⑸、刚度的校验

对于这种较高精度、中等载荷的丝杠，我们两层工作台都采用一端固定一端游动的安装方式，即一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承。

丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。

a 、滚珠丝杠滚道间的接触变形量δ，查【4】中相关公式，根据公式

0/W

Z d d π=，

求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数?列数为3?2，代入公式Z ∑=Z

?圈数?列数，得滚珠总数量

Z ∑

=120。丝杠预紧时，取轴向预紧力

Fy F =/3=616N 。查【4】

中相关公式，得，滚珠与螺纹滚道间接触变形 310.0013/Pa δ=式中

Pa=

310.0013/Pa δ==

30.00131847/0.0016?=。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取

1δ=0.0008mm 。

b 、丝杠在工作载荷max F 作用下的抗拉压变形2δ

丝杠采用的是一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承的配置形式，轴承的中心距a=500mm,钢的弹性模量E=2.1?105MPa,由表一中可知，滚珠直径w d =3.175mm,

丝杠底径2d =16.2mm ，则丝杠的截面积S=22d /4π=206.122

mm ,有公式

2F /eq a ES δ=

其中，最大工作载荷F eq =1847N

中心距a=500mm,（由机床设计手册零件部分查得）弹性模量E=2.1?105MPa

截面积S=22d /4π=206.122

代入以上数据，得 2δ=0.0213mm

则δ总=δ1+δ2=0.0008+0.0213=0.0187mm=18.7m μ 根据网络版机械设计手册查得

设计任务要求加工范围为250mm ?250mm ，所以取丝杠有效行程为290mm ，由上图可知，5级精度的丝杠有效行程小于315mm 时，行程偏差允许到23m μ，可见丝杠刚度满足。 ⑹、稳定性的验算

根据【5】P115公式4-18，对于细长丝杆，不会发生失稳的最大压缩载荷为临界力er

410

3.410

er f d F L =? 式中20 1.2w

d d D =-，m ； 0d 为丝杆公称直径，m ；

w D 为滚珠丝杠直径，m ；

0L 为丝杠最大受压长度，m ；滚动螺母至轴向固定处的距离L 取最大值

365mm 。

1f 为丝杠支承方式系数。当一端固定一段游动的时1 2.0

f =。

代入相应数字得

410

3.410

er f d F L =? 4

220.01623.410

0.365?=?

=35155N

取压杆稳定系数K 为3（丝杆卧式水平安装）则er

a F P =

=35155/3=11718N K

临界力大于额定动载荷Cc=9131N ，

所以满足使用要求。

⑺、临界转速的验算

对于丝杠有可能发生共振，需验算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界

转速c n ，由【5】中P115式4-19得：222

c 2f

d n 9910Lc =

其中 20w d d 1.2D =-=20-1.233.175=16.19mm c L 为临界转速计算长度c 2L 16.2d ==

2f 为丝杠支承方式系数，一端固定，一端游动时2f =3.927

代入数据得：n c =9428r/min

临界转速远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。 ⑻、滚珠丝杠的选型及安装连接尺寸的确定

通过以上验算可知初选的GD2005-3型的丝杠是完全满足要求的，故确认选用该型号。

其安装连接尺寸可由以上表（1）中得出。

4 步进电机的传动计算及电动机的选用

⑴、传动计算

根据设计任务要求，机床加工精度为±0.02mm ，选用脉冲当量为0.01 mm/Hz ，丝杠导程为5mm ，又由于初定方案中不用减速箱，而用联轴器直接将电动机与丝杠连接，所以取减速比为i=1算的电机步距角：

α=360i δ/P b =0.72°

⑵、步进电机的计算及选型

①、步进电动机转轴上的总转动惯量的计算。

总转动惯量J 主要包括电动机转子的转动惯量、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量。

Ⅰ、滚珠丝杠的转动惯量J

由【3】中P134式5-28得：4120.7710J D L -=? 式中 D 为丝杠公称直径D=20mm

L 为丝杠长度=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承

宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）=290+80+20+100+40=530

代入数据得J=0.773204353031012-=6.533105-kg.㎡ Ⅱ、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量

由【3】中P134式5-29得：262()102s

J M -=?π

其中 M 为工作台的（包括工件）的质量M=800

9.8

G g ==81.6kg

S 为丝杠螺距S=5mm

代入数据，得：265225

()81.610 5.210.2J kg m --=??=?π

Ⅲ、初选常州宝马前杨电机电器有限公司的90YG5502型混合式步进电动机，可知其转子的转动惯量43410kg.J -=?㎡所以

123

d J J J J =++=6.533105-+5.23105-+43104-=5.23104

- N 2m

验算惯量匹配，电动机轴向惯量比值应控制在一定的范围内，既不应太大也不应太小，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合理的配合，一般比值

控制在1/4——1之间， 123J J J +=1.24

=0.3

由此可见:

J J 114J +<<,符合惯量匹配要求。

②、步进电机转轴上的等效负载转矩M 的计算。

a 、承受的负载转矩在不同工况下是不同的，考虑最大切削负载时电动机所需力

矩，由【3】中P132式5-25得：10at f t M M M M M =+++ 其中加速力矩9.6r at J n

M T

其中: r J 为折算到电动机轴上的总惯量r J =d J =5.23104-

T 系统时间常数，由任务书知为T=0.4S

t n 切削时的转速为300r/min

得： M at =45.210300

9.60.4

-???=0.041 N 2m

摩擦力矩30102f F S

M i

η-=

?π 其中： 0F 为导轨摩擦力

0()(635800)0.0057.2Z F F G u N =+=+?= S 为丝杠螺距S=5mm

i 为齿轮降速比，已计算出为1

η为传动链总效率，η=0.7—0.8，取0.8

代入数据得：0.007f M = N 2m 附加摩擦力矩2

3max 00(1)102a F S M i

ηη-=

-?π 其中： max a F 为最大轴向载荷，F amax =F x =1838N

0η为滚珠丝杠未预紧时的效率，0η=0.95≥0.9

其余数据同上

代入数据得：00.178M = N 2m 切削力矩3102t t F S

M i

η-=?π其中：t F 进给方向的最大切削力1838t x F F N ==

其余参数同上。

代入数据得： 1.829t M = N 2m

由此都得到等效负载转矩10 2.0at f t M M M M M =+++= N 2m

b 、快速空载时电动机所需力矩M

由【3】中P132式5-24得：max 0a f M M M M =++ 加速力矩max max 9.6r a J n M T =

其中：max max 1500

300/min 5

==h V n r P

其余参数同上

代入数据得：max 0.031a M = N 2m 摩擦力矩3

102πη-=

?f GSu

M i

其中：u 为导轨副的摩擦因数，滑动导轨取u=0.005

其余参数同上。

代入数据得：0.004f M =N 2m 附加摩擦力矩：2

3max 00(1)102a F S M i

ηη-=

-?π 其余参数同上

代入数据得：00.178M = N 2m

所以可知快速空载时电机所需力矩：2max 0a f M M M M =++=0.213N 2m 比较1M 和2M ，取其较大者，就是最大等效负载，即：M =1M =2.0N.M

③、步进电动机的初选。

考虑到步进电机的驱动电源受电网的影响较大，当输入电压降低时，其输入转矩也会下降，可能会造成丢步，甚至堵转，因此按最大等效负载M 考虑一定的安全系数λ，取λ=2.5，则步进电机的最大静转矩应满足： max 3 2.5 2.0 5.0j T M ≥=?= N 2m

由所选的电机型号参数可知，最大转矩max 5j T = N 2m ，可知所选电动机型号刚好适合。

④、步进电动机的性能校核

1）、最快工进速度时电动机时输出转矩校核

任务书给定工作台最快工进速度max f V =400mm/min ，脉冲当量0.01mm δ=/脉冲，求

出电动机对应的运行频率max [400/(600.01)]667f f Hz =?≈。从90BYG5502电动机的运行矩频特性曲线图（下图）可以看出在此频率下，电动机的输出转矩max f T ≈4N 2m ，远远

大于最大工作负载转矩2eq T =1.94N 2m ，满足要求。

2）、最快空载移动时电动机输出转矩校核

任务书给定工作台最快空载移动速度m a x v =3000mm/min ，求出其对应运行频

f max =[3000/(6030.01)]=5000Hz 。由图查得，在此频率下，电动机的输出转矩

m a x T =3.2N 2m ，大于快速空载起动时的负载转矩1eq T =0.213N 2m ，满足要求。

3）、最快空载移动时电动机运行频率校核

与快速空载移动速度max v =3000mm/min 对应的电动机运行频率为max 5000z f H =。查上图技术参数中相应表格，可知90BYG5502电动机的空载运行频率可达20000Hz ，可见没有超出上限。

4）、启动频率的校核

已知电动机转轴上的总转动惯量25.2eq J kg cm =?，电动机转子的转动惯量

24m J kg cm =?，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率20000q z f H =。由式可知步

进电动机克服惯性负载的起动频率为：

13188L f f Hz =

说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于

13188Hz 。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz 。

综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG5502步进电动机，完全满足设计要求。

5 滑动导轨的设计计算

⑴ 工作载荷的计算

工作载荷是影响导轨副寿命的重要因素，对于水平布置的十字工作台多采用双导轨、四滑块的支承形式。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，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为：

max 4

F F =+

其中，移动部件重量G=800N,外加载荷外加载荷635F Fe N == 得最大工作载荷max 8350.835F N kN ==。 ⑵ 小时额定工作寿命的计算

预期工作台的工作寿命为4年，取工作时间为360天，每天工作8小时，因此得到小时额定工作寿命11520h L h = ⑶ 距离额定寿命计算

由公式310260h L L nS -?=?，从而得到3260

10h L nS L ?=

式中：h L 为小时额定工作寿命。 n 为移动件每分钟往复次数（4—6）取5

S 为移动件行程长度，由加工范围为250mm 3250mm 取290mm

代入数据得：L =2004km .

⑷ 额定动载荷计算

由公式36.25(/)a L C F =

从而得到：a C F =式中：a C 为额定动载荷

L 为距离工作寿命，由上式可知为2004km F 为滑块的工作载荷，由上式可知为835N 代入数据得： a C =5715N

⑸ 产品选型

根据额定动载荷，选择滚动导轨，查滚动导轨生产厂家, 烟台同升科技发展有限公司的EGW 15CA 型，相关数据如下：

机电课程设计XY数控进给工作台设计

大学课程设计（论文）内容：X-Y数控进给工作台设计院(系)部：机械工程学院学生姓名：学号: 专业：机械电子工程班级：指导教师：完成时间：2010-10-08

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：机电一体化的基础基本组成要素特点发展趋势

目录第一章课程设计的目的、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) 第二章课程设计的内容 (5) 第一节课程设计的内容 (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 (7) 第一节工作台外形尺寸及重量初步估算 (7) 第二节滚动导轨副的计算、选择 (8) 第三节滚珠丝杠计算、选择 (10) 第四节直流伺服电机的计算选择 (12) 第五节联轴器计算、设计 (14) 第六节限位开关的选择 (15) 第七节光电编码器的选择 (15) 第六章机床数控系统硬件电路设计 (15) 第一节设计内容 (17) 第二节设计步骤························

数控铣床XY工作台毕业设计.doc

毕业设计

茂名职业技术学院 2011年12月21日数控铣床X-Y工作台设计【摘要】本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的x-y 数控铣床工作台。X-Y数控工作台的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。它充分的利用了微机的软件与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。设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的，本设计充分体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。X-Y数控工作台设计包括总体方案的设计、步进电机的选用、传动装置的设计、电气控制部分的设计和相关软件的设计。本设计的经济型数控工作台精度并不高，采用开环系统；机械传动部分采用步进电机直接连接滚珠丝杠，从而驱动工作台进给。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即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。关键词：X-Y数控工作台；设计任务；机械传动部件；控制系统

CNC XY table design Abstract The design is in the NC machine tool works on top of design a simple, economical CNC xy table. XY table CNC electromech anical system design is an open-loop control system, its structure is simple, convenient and can guarantee to achieve a certain degree of accuracy. Reduce costs, is a computer-controlled technology, the simplest applications. It is full advantage of the crisis in software and hardware capabilities in order to achieve the control of machine tools; to expand the scope of processing machines, precision and reliability, and further enhanced. Design task is completely around the NC machine tool works and carried out,this design fully reflects the CNC machine tools and electrical equipment, machinery and equipment part of the close combination of parts. CNC XY table design includes the overall program design, selection of stepper motors, gear design, electrical control part of the design and related software design. The design of the economy is not high-precision CNC table, using open-loop system; mechanical transmission part is directly connected to ball screw stepping motor, which drives table feed . Stepper motor is a pulse signal will be transferred into the angular displacement of the electromechanical DAC device. Its working principle is: each to a pulse will be generated in the stator circuit in a certain space rotating magnetic field; due to pass the three-phase stepper motors AC Therefore, the number of input pulses and the time interval is different from the rotation of the rotor rotation speed and the length of time are different. As the rotating magnetic field into which the power of both the rotor conductor cutting magnetic field lines when the role of a force, from the realization of the rotating magnetic field corresponding rotational force of rotor rotation, so the rotor can be achieved only lead screw rotor

xy数控工作台课程设计

X-Y 数控工作台课程设计一、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 ＝185mm ×195mm ×27mm ；（2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝385mm ×385mm ×235mm ；（3）工作台加工范围X=115mm Y=115mm ；（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）负载重量G=235N ；（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1m/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总体方案的确定图1-1 系统总体框图（1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小，定位精度高，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。 ② 丝杠螺母副的选择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，要满足0.005mm 的脉冲当量和±0.01mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 ③ 减速装置的选择选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输

XY数控工作台设计_开题报告

机械学院毕业设计（论文）开题报告题目X-Y数控工作台设计学生姓名学号院 (系) 专业机械设计制造及自动化指导教师王振报告日期2010年11月20日

毕业设计（论文）题目X-Y数控工作台设计题目来源（请在有关项目下作√记号）科研实践教学学生自拟 √ 题目类别（请在有关项目下作√记号）设计论文其它√ 毕业设计（论文）起止时间2009年10月22日——2009年4月30日 X-Y数控工作台设计一、设计依据及设计意义： 1，依据：数控机床是用数控指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它广泛应用于机械制造和自动化领域，数控机床的应用不但给传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控机床的不断发展和应用领域的扩大，所以X-Y数控工作台设计对国计民生的一些重要行业（IT 汽车轻工医疗等）的发展起着越来越重要的作用。 2，意义：目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控冲床系统，其加工速度慢、编程复杂、人机界面不友好，因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制和开发一套基于双单片机的X-Y数控冲床数控系统，用于装配新冲床或对经济型数控冲床进行改造，能够有效的改善人机界面、提高加工速度、方便操作人员编写用户加工程序，对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义,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。 3，国际机床市场的消费主流是数控机床。1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控机床、数控铣床为主转数向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。世界X-Y数控工作台发展动向纳为下述几点：工序复合化、精密化的高速化、低价格化。

XY工作台设计说明书

目录一、机电专业课程设计目的 (3) 二、总体方案设计 (3) 三、机械系统设计 (4) 1、计工作台外形尺寸及重量估算 (5) 2、电动机滚动导轨的参数确定 (5) 3、滚珠丝杠的设计计算 (6) 4、步进电机的选用 (7) 四、绘制装配图 (9) 五、电气原理图设计 (10) 1、功率单片机的选择 (10) 2、外部程序存储器的扩展 (10) 3、外部数据存储器的扩展 (10) 4、I/O口扩展电路 (11) 5、显示器接口设计 (11) 6、键盘接口电路设计 (11) 7、步进电机的接口电路设计 (11) 8、其他 (11) 六、参考文献 (12)

一、机电专业课程设计目的本课程设计是学生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。二、总体方案设计 2.1 设计任务（1）题目：二坐标数控工作台设计。（2）设计内容及要求： 1）工作台总装图一张（0号图纸） 2）控制电气图一张（1号图纸） 3）设计说明书一份（10-20页） 4）具体设计参数如下：台面尺寸：140180? 行程X ：140；Y:110 定位精度：mm X 300/013.0± mm Y 300/015.0± 典型工艺参数：台面速度 X: min /0.2m ，Y ：min /0.2m ；进给抗力 X: 225N ； Y:150N ；工作物重：8Kg 。 2.2 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受到负载力较小，为了简化结构，降低成本，采用

XY工作台课程设计数控

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：专业班级：学号：姓名：指导老师：

摘要...................................................................................................................................... I 一前言. (1) 二设计任务 (1) 三设计主要步骤 (2) （一）确定设计总体方案 (2) 1、初拟机械传动部件方案： (2) 2、方案对比分析： (2) 3、最终方案： (3) （二）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 计算切削力 (3) 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (5) 4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (10) 5 滑动导轨的设计计算 (16) 6 其余部件的选取 (17) 结论 (20) 致谢 (21) 参考文献 (21)

XY 工作台课程设计说明书

机电一体化系统综合课程设计课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计（电气部分）学院：信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机械三班姓名：胡忠钦学号： 10901313 指导老师：季国顺金成柱聂欣

目录一、总体方案设计 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2总体方案确定 (1) 二、机械系统设计 (4) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (4) 2.2 导轨参数确定 (4) 2.3 滚珠丝杆的设计计算 (4) 2.4步进电动机减速箱设计 (6) 2.5 步进电机的选型与计算 (6) 三、控制系统硬件设计 (8) 3.1 CPU (8) 3.2 驱动系统设计 (10) 3.2.1步进电机的驱动电路 (10) 3.2.2电磁铁驱动电路 (12) 3.2.3电源转换 (12) 四、控制系统软件 (13) 4.1控制系统软件总体方案设计 (13) 4.2主流程设计 (13) 4.3中断服务流程 (15) 4.3.1 INTO中断服务流程图 (15) 4.3.2 INTI 中断服务流程图 (16) 4.4软件调试 (17) 4.4.1 复位程序流程图 (17) 4.4.2 X轴电机点动正转程序流程图 (19) 4.4.3 绘制圆弧程序流程图 (20) 4.4.4 步进电机步进一步程序流程图 (21) 五、总结 (22) 六、参考文献 (23) 七、附录 (24)

一、总体方案设计 1.1机电专业课程设计的任务主要技术指标：一定的规格要求（负载重量G=500N；台面尺寸C×B×H=240×254×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1=550×550×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm；Y=300mm；工作台最快移动速度为1m/min；重复定位精度为± 0.02mm，定位精度为±0.04mm；设计具体要求完成以下工作：（1）数控工作台装配图1张；（2）数控系统电气原理图1张；（3）设计说明书页1本；所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。 1.2 总体方案确定图1-1 系统总体框图

XY工作台设计示例1分解

机械部分改装设计计算示例1 1、初步确定工作台的尺寸及其重量根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为2190210mm ?，最大工件的重量为150kg 。因此我初定工作台的320230230mm ??。工作台的材料为45号钢，其密度为337.810/kg m ?。（取kg N g /10=）因此： 1.1、工作台（X 向托板）重量=体积×密度 93123023020107.8101090G N -=??????≈ 1.2、取Y 向托板=X 向托板 N G 902= 1.3、上导轨座（连电机）重量初步取导轨座的长mm 400，宽为mm 200，高为mm 30。因此 93340020030107.81010190G N -=??????≈ 所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量为： N G G G G 370190290321=+?=++=动根据要求所知，其最大加工工件为150kg ，因此： 150103701870G N =?+=总 2、传动系统设计 2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2，由于定位精度在mm 02.0±内，因此： 1 0.020.012 mm δ=?=， 2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为1=i ,取丝杠的导程为4P mm =。

取步距角β为0.9度，所以脉冲当量0.01360 Pi mm β δ== 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 3.1求丝杠的静载荷c F 已知其计算公式c d H M F f f F = 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的, H f -硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2 d f -载荷系数，取1.5 《数控机床系统设计》110P 表5-2 M F ：丝杠工作时的轴向阻力根据： 0.0031870 5.6M Z F F N μ==?= 其中μ为0.003-0.004 因此： 1.51 5.68.4c F N =??= 3.2、确定动载荷及其使用寿命根据丝杠动载荷公式：H d eq C f F = 式中：C ：额定动载荷 d f ：动载荷系数，轻微冲击取1 H f ：硬度系数，HRC 58≥取1 eq F ：当量动载荷，N 'L ：寿命根据：使用寿命使用寿命6300814400L h =??= 所以'6660/106050014400/10432L nT h ==??= 式中的n 丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为 2/min m ，因此其计算为： max 1000/10002/4500/min n V P r ==?=

专业课程设计-xy数控工作台

本科生专业课程设计( 201１届）学生姓名：学号: 专业名称：班级: 指导教师： 201０年11月20日

目录任务书....................................................................................................... 错误!未定义书签。二、总体方案的确定....................................................................................... 错误!未定义书签。三、机械传动部件的计算与选型................................................................... 错误!未定义书签。四、工作台机械装配图的绘制?错误!未定义书签。五、工作台控制系统的设计........................................................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。附件1 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。附件2?错误!未定义书签。附件3?错误!未定义书签。附件4 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。

XY工作台设计说明书

目录一、总体 (2) 二、机械结构设计 (3) 1、脉冲当量和传动比的确定 (3) 2、机械部件(工作台)总体尺寸 (3) 3、工作载荷分析及计算 (4) 4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (5) 5、导轨的选型和计算 (10) 6、联轴器的选择及计算 (11) 7、传动系统等效转动惯量计算 (12) 8、步进电机的选用 (13) 三、控制系统设计 (18) 1、控制系统硬件的基本组成 (18) 2、接口程序初始化及步进电机控制程序 (19) 3、直线圆弧插补程序设计 (22) 四、设计总结 (30) 参考文献 (31)

一、总体 1、总体参数设计一个数控XY 工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。已知的设计参数如下： 2、开、半闭、闭环选择开环伺服系统——步进电机驱动——没有检测装置半闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——脉冲编码器——速度反馈闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——位置检测装置——位置反馈本设计采用开环步进电机驱动。 3、传动初步设计电动机——联轴器——滚珠丝杠——工作台 4、系统组成框图大致确定为：控制、接口、驱动、传动再到执行。即为XY →→→→控制器接口电路驱动装置传动机构工作台 5、机械传动系统简图 X 轴与Y 轴的传动系统简图都如图所示

二、机械结构设计 1、脉冲当量和传动比的确定 1.1、脉冲当量的确定根据机床或工作台进给系统所需要的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。本次设计给定脉冲当量为0.01mm 。 1.2、传动比的确定传动比计算公式：P b L i δθ3600 = （参考文献【1】式2－1）其中：b θ为步进电机的步距角，0L 为滚珠丝杠导程，P δ为系统脉冲当量。根据传动设计，采用联轴器，初选电机步距角?=9.0b θ，丝杠导程mm L 40=， mm P 01.0=δ。则其传动比101 .03604 9.03600=??== P b L i δθ 2、机械部件(工作台)总体尺寸由于工作台的加工范围为X ＝250mm ，Y ＝200mm 。工作台尺寸一般为工作台加工范围的1.1倍。所以：X ＝250×1.1＝275mm, Y ＝200×1.1＝220mm ，其厚度初定为30mm 。选择工作台的型槽为T 型槽，查电子版《袖珍机械设计师手册》中的T 型槽和相应螺栓(摘自GB/T158-1996) 表3-25T 型槽和相应螺栓尺寸，可得所选T 型槽的参数： A ＝10mm B ＝18mm C ＝8mm H ＝21mm 间距取50mm p δ

立式数控铣床X-Y数控工作台课程设计

课程设计课程名称：数控技术课程设计学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：年级：任课教师： 2012年 1 月 16 日

课程设计任务书

课程设计（论文）任务书学生姓名：指导教师：任务书发出时间2011年12月25日设计时间2011年12月26日——2012年1月16日设计（论文）题目数控技术课程设计设计（论文）内容 ①结合设计任务的要求拟定总体机械和电气控制设计方案。 ②根据拟定的机械设计方案进行二坐标数控工作台的机械结构设计计算和元件的选用。 ③根据拟定的电气设计方案进行数控系统控制电路的框图设计及驱动控制电路的计算和元件选用。 ④根据指定要求进行有关软件的流程图设计。 ⑤对指定的软件程序进行编写。 ⑥进行机械结构的工程图和电气原理图的绘制。 ⑦编写设计说明书。设计（论文）的要求（含说明书页数、图纸份量） ①方案拟定正确。 ②设计计算根据来源可靠，计算数据准确无误。 ③元气件选用正确规范符合国家颁布标准。 ④机械结构图纸绘制视图完整、符合最新国家标准，图面整洁、质量高。 ⑤电气部份图纸要求符合国家标准，图面布局合理、整洁、质量高。 ⑥机械和电气部份图纸总量为 1.5 张“0”号图量，其中含机械装配图1～2张、电气控制原理框图及计算机I/O接口和驱动控制电路等电气原理图1～2张。 ⑦课程设计说明书应阐述整个设计内容：如课题来源现实意义、总体方案确定、系统框图分析、电气执行元件的选用说明、机械传动和驱动电路的设计计算以及机械和电气的其它部分。说明书要突出重点和特色，图文并茂、文字通畅、计算正确、字迹清晰、内容完整。说明书页数不少于 20 页

XY数控工作台设计说明书

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 e 20mm ； 10）最大被吃刀量a p 10mm 。 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 ②PLC控制电机的梯形图编程

1.3 设计的基本要求系统总体方案结构框图（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。 XY 数控工作台结构 Y 方向传动机构微型机机电接口工作台步进电动机减速器人机接口驱动电路滚珠丝杠减速器滚步进电珠动机丝杠 X 方向传动机构

xy数控工作台课程设计样本

本科生专业课程设计学生姓名: 学号: 专业名称: 班级: 指导教师: 5 月

目录任务书....................................................................... 错误!未定义书签。二、总体方案的确定.................................................... 错误!未定义书签。三、机械传动部件的计算与选型................................ 错误!未定义书签。四、工作台机械装配图的绘制.................................... 错误!未定义书签。五、工作台控制系统的设计........................................ 错误!未定义书签。参考文献 ......................................................................... 错误!未定义书签。附件1 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件2 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件3 .............................................................................. 错误!未定义书签。附件4 .............................................................................. 错误!未定义书签。

第五组xy工作台控制电路设计

一.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。 1. CPU板 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。ATMEL公司的AT89系列单片机内含Flash存储器，在程序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电也不影响信息的保存；它和80C51 插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。因此硬件CPU选用AT89S51，AT表示ATMEL公司的产品，9表示内含Flash存储器，S表示含有串行下载Flash存储器。 AT89S51的性能参数为：Flash存储器容量为4KB、16位定时器2个、中断源6个（看门狗中断、接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0和定时器1中断）、RAM为128B、14位的计数器WDT、I/O口共有32个。 1.2 CPU接口设计 CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示：（行程开关）前向通道传动驱动（电磁铁）（步进电机）人机界面传感器 AT89S51 （键盘、LED）后向通道

XY工作台设计说明书资料

专业课课程设计设计说明书设计题目：数控X-Y工作台设计学生：洪炎丰学号：200611411208 班级：机制1062 指导教师：张健、李伟洪广东海洋大学工程学院机械系 2010年2 月28 日

目录序言 (3) 摘要 (4) 设计目的 (4) 设计要求 (4) 总体方案设计 (5) 机械系统设计计算 (6) 1、确定脉冲当量 (6) 2、确定传动比 (6) 3、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (7) 4、步进电动机的选型和计算 (11) 5、导轨的选型和计算 (13) 6、启动矩频特性校核 (14) 控制系统设计 (18) 第一节控制系统硬件的基本组成 (18) 第二节步进电机控制电路 (18) 步进电机控制程序设计 (20) 其它电路辅助设计 (24) 设计总结 (24) 参考文献 (25)

序言据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；"柔性强；#易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。

铣床的数控X-Y工作台设计

论文（设计）任务书注：本表按自然班填写。于动员时发给学生。不够纸请另附页。

前言设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。 2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。 4.学会使用手册及图表资料。 1.总体方案的确定 1.1设计参数系统分辨率为0.01mm，其它设计参数如下表。

XY数控工作台设计说明书

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与零部件选型的依据,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。步进电动机减速器滚珠丝杠步进电动机减速器工作台滚珠丝杠 X 方向传动机构 Y 方向传动机构微型机机电接口驱动电路人机接口系统总体方案结构框图

XY数控工作台机电系统设计

XY数控工作台机电系统设计《数控机床》课程设计说明书设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计班级：姓名：指导教师：广西工学院机电一体化教研室 2010年6 月

名目一、《数控机床》课程设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计要紧步骤 (3) 1、确定设计总体方案 (4) （1）、机械传动部件的选择 (4) （2）、操纵系统的设计 (4) 2、机械传动部件的运算与选型 (5) （1）、导轨上移动部件的重量估算 (5) （2）、运算切削力 (5) （3）、滚珠丝杠传动的设计运算及校验 (6) （4）、步进电机的传动运算及电动机的选用 (9) （5）、滚动导轨的设计运算 (15) 3、其余附件的选择 (16) 四、操纵系统的设计 (17) 五、机械部分装配图的绘制 (19) 六、参考文献 (20) 七、总结体会 (20)

一、设计的目的《数控机床》课程设计是一个重要的时刻性教学环节，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，要紧目的： 1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和把握数控机床的差不多组成及其想怪知识，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，把握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计运算及选用的方式 3、通过对机械系统的设计，把握常用伺服电机的工作原理、运算操纵方法与操纵驱动方式 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、锤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、设计任务设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，要紧参数如下： 1、立铣刀最大直径的d=15mm ，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度c a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm ，加工材料为碳素钢或有色金属。 2、X 、Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。 3、工作台面尺寸为230mm 230mm ?，加工范畴为250mm 250mm ?; 4、工作台空载进给最快移动速度：max max 3000mm /min x y V V ==，工作台进给最快移动速度:max ymax 400mm /min x f f V V ==，加减速0.4s 。三、设计要紧步骤 1、确定设计总方案 ⑴、机械传动部件的选择 ①、丝杠螺母副的选择步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.01mm 脉冲当量，因为定位精度±0.02mm ，关于机械传动要有一定的精度缺失，大约是1/3-1/2的定位

数控铣床XY工作台研发设计

数控铣床X-Y工作台设计目录 1.引言： (3) 2.设计任务 (4) 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 (6) 4.机械传动部件的计算与选型 (6) 4.1 导轨上移动部件的重量估算 (6) 4.2 铣削力的计算 (6) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (7) F的计算及导轨型号的选取 4.3.1 块承受工作载荷m ax 4.3.2 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鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 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 (9) 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J eq 4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 4.6.3 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 (14) 7．工作台控制系统的设计 (15) 8．步进电动机的驱动电源选用 (16) 9.致谢 (17) 参考文献 (18)

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。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业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 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。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。

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