二维精密工作台测量系统设计

合集下载

二维数控实验台系统控制原理

二维数控实验台系统控制原理
二维数控实验台系统的控制原理是通过计算机对实验台进行控制，实现加工过程的自动化。

具体的控制原理如下：
1. 数控系统：实验台上配备了一个数控系统，由计算机和相关控制器组成。

计算机负责接收用户输入的加工指令，并将其转换为相应的控制信号发送给控制器。

2. 控制器：控制器是连接计算机和实验台各个执行部件的中间设备，负责接收计算机发送的控制信号，并将其转换为电气或液压信号，驱动实验台的各个执行部件进行相应的运动。

3. 执行部件：实验台的执行部件包括电动机、伺服系统、传感器等。

电动机通过接收控制信号，驱动实验台进行直线或旋转运动；伺服系统可以对加工过程进行精确控制；传感器用于检测实验台的位置、力度等信息，并将其反馈给控制器。

4. 加工指令：用户可以通过计算机输入加工指令，包括加工路径、加工速度、切削参数等。

计算机将加工指令转化为控制信号，通过控制器驱动实验台执行相应的运动。

5. 反馈系统：实验台上的传感器可以实时检测加工过程中的位置、力度等信息，并将其反馈给控制器。

控制器通过分析反馈信号，实现对加工过程的闭环控制。

通过以上的控制原理，二维数控实验台系统能够实现高精度、高效率的加工过程，提高了加工质量和生产效率。

数控钻床二维工作台设计毕业设计

毕业设计（论文）数控钻床二维工作台设计姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）学生开题报告课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型摘要伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备，大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。

数控机床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”课程后应用的，它是培养我们能力的重要步骤。

本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，从而培养我们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。

AbstractWith the industry machining the continuous improvement of product requirements and rapid development of NC technology, CNC machine tools with high precision, high efficiency and low labor intensity, and many other general machine tools can not match advantage, become the mainstream of manufacturing and processing equipment, Most of the production machine for the general machine tools, production equipment, outdated, Use this equipment out of the prevailing poor quality products, low precision, high cost, long lead and other issues, can no longer suited to today's enterprises face the need for competition. CNC Mechatronics curriculum design is an important teaching practice link, Xueshengxuewan technical courses and specialized courses Especially the "numerical control technology," the application of course, it is to train students to integrate theory with practice, solving practical problems important step. The course design is based on a typical mechatronic system design topics --- CNC program development as the main line, numerical control system design by developing the overall program, into the mechanical design of the servo system Composite applications enable students to have learned the mechanical, electronic and computer knowledge, to conduct a mechanical and electrical integration of all aspects of training, which students have the computing power and the preliminary design analysis and process of production capacity of the problems encountered .Keywords：general Milling NC mechanical parts servo system design transformation目录摘要 (i)Abstract (ii)绪论 (1)1 概述 (2)1.1 数控铣床工作台（X-Y）轴参数 (2)1.2 总体方案设计 (2)2 设计计算 (5)2.1计算切削分力及其额定功率 (5)2.2导轨摩擦力的计算 (6)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (6)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (6)2.4.1确定滚珠丝杠的导程 (6)2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 (6)2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率 (7)2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 (7)2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (8)2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 (8)2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力 (8)2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号 (9)3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10)3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (10)3.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 (10)3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验 (11)4 计算机械传动系统的刚度 (11)4.1机械传动系统的刚度计算 (11)4.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12)5 驱动电动机的选用与计算 (13)5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (13)5.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (13)5.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (14)5.4.选择驱动电动机的型号 (15)6 机械传动系统的动态分析 (16)6.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (16)6.2计算扭转振动系统的最低固有频率 (16)7 机械传动系统的误差计算与分析 (17)7.1.计算机械传动系统的反向死区 (17)7.2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (17)7.3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (17)8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (18)8.1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (18)8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (19)9 数控系统 (19)9.1 硬件设计 (19)9.2 步进电机开环伺服原理 (20)9.3 步进电机控制框图 (21)9.4 软件程序设计 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)绪论进入21世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭受到进入WTO后激烈的市场竞争的压力，从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。

二维数控工作台设计

＊来稿日期： 2008-04-22
图 2 二维数控工作台结构图 1.电机底座 2.X 向步进电机 3.联轴器 4.工作台 5.滚珠丝杠 6.行程天关 7.滚动导轨 8.X 向支座
2.2 电机的选择 2.2.1 选择步距角，确定脉冲当量
步距角θ=360°（ / ZKm ） =360°（ / 50*2*4 ） =0.9°
4 总结
基于 GT400 运动控制器的二维数控工作台为用户提供了一个高度柔性的控制平台，既允许用户利用运动控制器提供的底层运动函数库进行电机运动规则和控制方面的实践，也允许用户利用 G 代码进行开放式数控系统的研究。实践证明，本工作台运行良好，精度较高，值得推广。
2.2.5 电机的选择
Design of 2D numerical control worktable
2 TIAN Zhen-ya1， GAO Dong-qiang1， GUO Wen-ju1， WANG Hai-bo1，
（1Shaanxi University of Science & Technology， Xi’ an 710021， China ）（2Northwest Institute For Non-ferrous Metal Research， Xi’ an 710021， China ）【摘要】简述了基于 GT-400 运动控制器的二坐标联动的开放式数控工作台的基本控制原理，主要介绍了机电传动部分以及故障诊断部分的设计，实践证明该二维工作台实际运行良好，可以满足一定的生产及教学实验需要。关键词： GT-400；开放式数控工作台；运动控制器【Abstract】 The basic principle of a sort of 2D open numerical control worktable which was con－ trolled by GT-400 motion controller was introduced. The design of elctromechanical transfer motion and fault diagnosis of the worktable was described mainly. It has been proved that the open numerical control worktable is operating well and it can meet the need of the product and teaching experiment. Key words： GT-400； Open numerical control worktable； Motion controller 中图分类号： TH12， TP27 文献标识码： A

二维精密工作台设计

⼆维精密⼯作台设计⽬录第⼀节《测控仪器课程设计》要求 (1)第⼆节国内外现状 (2)第三节⽅案设计 (5)第四节测量控制⽅法设计 (13)第五节未来展望与总结 (18)参考⽂献 (20)第⼀节《测控仪器课程设计》要求⼀课程设计⽬的：测控仪器课程设计是⼀次⽐较完整的仪器设计，它是理论联系实际、培养初步设计能⼒的重要教学环节，完成课程设计的⽬的有⼀下⼏点：（1）培养学⽣综合地考虑使⽤、经济、⼯艺、安全性等⽅⾯的设计要求，确定合理的设计⽅案。

（2）测控仪器设计是综合光学，电学，机械学，控制等多门课程的⼀个系统⼯程，培养学⽣从全局出发，体会各个学科融合的⼀次实战演练。

（3）培养学⽣仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材。

（4）通过分析⽐较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥⾃⼰的创造性，⽽不是简单抄袭或没有根据在臆造；（5）培养学⽣制图功底，训练学⽣通过计算参数，最后完成设计制图的能⼒，（6）了解国内外的技术前沿，以及现有企业可以提供的各种封装产品技术参数。

⼆课程设计技术要求课题名称：基于CCD边缘检测的⼆维测量系统设计要求：1. ⼆维精密⼯作台系统X轴⾏程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um；Y轴⾏程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um；2. CCD测量系统边缘识别，精度要求1um；三设计说明书要求1．根据设计任务要求，确定设计⽅案。

2. 详细讨论系统各部分的实现⽅法和原理。

3．按照技术指标要求计算相应的机械结构参数，有国家标准的零部件，过计算选取。

4．完成设计说明书⼀份，仪器⼯作原理图⼀张，总装配图⼀张（0号），零件图5张以上。

5．提交设计报告书。

要求打印，并列出参考⽂献。

设计说明书要求5000字。

第⼆节国内外现状⼀⼆维精密⼯作台系统随着微电⼦⼯程、计量科学与技术、精密加⼯、纳⽶科学与技术等领域的发展，使微纳⽶定位机构得到了越来越⼴泛的应⽤，各国不断发展微动定位的⼯作，不仅要求有⾼的定位精度，⽽且要求在⽐较⼤的范围内做测量。

机械毕业设计626二维步进单片机控制工作台机械系统设计

摘要本系统采用一级齿轮减速，带动丝杠传动，通过螺母的直线移动带动工作台运动。

根据脉冲当量、步矩角、丝杠导程来确定齿轮的传动比，根据负载转矩的大小来校核丝杠传动的强度。

单片机控制二维工作台是众多控制机械传动方法的一种，它利用单片机发出指令控制步进电机的转角和转速，进而控制X-Y工作台两方向的移动，实现画线，移动物体等功能，常用于试验教学。

单片机控制二维工作台主要由三部分组成：工作台及传动支撑部分，减速装置，控制部分及电机组成。

单片机控制的X-Y工作台系统可以设计为开环，半闭环和闭环伺服系统三种。

本设计采用开环伺服系统，通过单片机控制步进电动机的驱动，经传动机构动带动工作台的运动。

系统没有检测装置。

机械结构设计首先根据工作台的最大载荷，选取导轨副，设计工作台，然后进行结构设计，受力分析，转矩计算，画出工作台的装配草图，再选择步进电动机的型号，进而设计选择滚珠丝杠，最后设计出X-Y工作台，画出其装配图。

关键词工作台；步进电机；脉冲当量；步距角AbstractSCM control of the XY table system can be designed for the open-loop, semi-closed-loop system and closed-loop servo three. I design is open-loop servo systems using the stepper motor driven by the stepper motor control microcontroller-driven, driven by the transmission mechanism dynamic table of the campaign. System is not detecting device. Mechanical structural design of the first table under the maximum load, select the rails of the design table, and then the structural design, mechanical analysis, torque, the assembly table to draw the draft, then select the type stepper motor, thereby Design choices ball screw, the final design XY table, draw their assembly.The system uses a gear to reduce speed transmission driven screw, nut straight through mobile workstation driven campaign. According to pulse equivalent, step moment Kok, screw lead to determine the gear transmission ratio, according to the size of load torque than the strength of the screw drive. SCM control of two-dimensional table of the many methods of control of a mechanical transmission, it issued a directive by SCM stepper motor control and the speed of rotation, thereby control the direction of the two XY table movement, and drawing a line, moving objects , And other functions, commonly used in the trial of teaching.SCM control of two-dimensional table mainly consists of three parts: transmission and support of the table, deceleration devices, motor control parts and components.Keywords table stepper motor control microcontroller-driven pulse equivalent step moment kok目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2工作台的分类 (1)1.3本设计工作台的作用和特点 (3)1.4步进电机的发展现状 (3)1.5单片机的发展现状 (5)2方案原理的设计 (6)2.1总体方案的选择和说明 (6)2.2总体方案实现的系统组成框图 (7)3各零件的设计 (8)3.1步进电机的设计 (8)3.1.1步进电机的组成及工作原理 (8)3.1.2步进电机的选择 (9)3.1.3 步进电机的校核 (9)3.2减速器设计 (10)3.2.1主动齿轮的选择与计算 (10)3.2.2从动齿轮的选择与校核 (13)3.2.3轴的设计 (13)3.3轴承的设计 (16)3.3.1小轴两端轴承的选择和计算 (17)3.3.2大轴两端轴承的选择和计算 (18)3.4联轴器的设计 (19)3.4.1步进电机输出轴与小轴之间联轴器的选择与计算 (19)3.4.2大轴和滚珠丝杠间联轴器的选择和计算 (20)3.5键的设计 (21)3.6丝杠的设计 (22)3.6.1丝杠的特点 (22)3.6.2丝杠的选择 (23)3.6.3丝杠的校核计算 (23)3.7 导轨的设计 (25)3.7.1直线滚动导轨的选型 (26)3.7.2直线滚动导轨的校核计算 (27)3.8支座的特点及材料组成 (29)结论 (32)致谢 (32)参考文献 (34)附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。

CNC二维工作平台设计说明书解读

目录第一章 CNC二维工作平台的总体结构特点 (1)1.1 CNC工作台的结构类型及设计 (1)1.2 拟定合理的传动方案 (3)1.3 控制电机的介绍 (3)1.4 伺服系统 (4)1.5 联轴器的选择 (4)第二章螺旋传动结构设计及电机型号的具体选择 (6)2.1 滚珠丝杠螺母机构介绍 (6)2.2 丝杠螺母副设计及电机选择 (7)第三章轴承的类型及其支撑方式设计 (11)3.1 轴承的类型介绍和具体选择 (11)3.2 确定轴承的尺寸 (11)3.3 对于轴承进行强度校核 (12)3.4 选择轴承的润滑方式 (13)第四章导轨的设计 (14)4.1 导轨的类型概述和选择 (14)4.2 导轨的设计 (15)4.3 导轨的刚度校核 (15)第五章其他技术说明 (16)5.1 装配、拆装、安装的注意事项及工作环境要求 (16)参考文献 (17)第一章 CNC二维工作平台的总体结构特点CNC二维工作平台的总体设计是对此机器的总体布局和全局的安排以及简单零件设计。

总体设计的合理与否对设计有重要意义，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能以及设计质量。

1.1 CNC工作台的结构类型及设计1.1.1 CNC二维工作平台的组成、结构、特性（一）CNC工作平台的主要组成。

CNC二维工作台主要是由工作台滑板（滑块）、直线移动导轨、螺旋传动（丝杠）机构、驱动电机、控制装置、位移检测器、和机体（机座）组成。

（二）CNC工作平台的结构。

CNC工作平台的结构有两种分类方法：（1）按电机与机座、工作台滑板的相对位置分为三种：1.驱动电机与X方向（或Y方向）工作台滑板连成一体。

这种形式简单，但造成低层驱动重量大，电机振动会影响工作台的精度，它适用于低速传动。

2.下层电机不与工作台连成一体，而是装在机座上，上层电动机则与工作台滑板连在一起。

这种形式结构复杂，但是减少了下层电机的驱动重量，适用于中、高速传动，应用较广。

3.将全部电机放在机座上，电机通过一套较长的传动装置驱动工作台移动，这样的结构虽然减轻了下层工作台的承载重量和电机振动的影响，但却影响了传动系统的刚度和运动速度的提高。

二维工作台课程设计【优秀】讲解

机电一体化系统设计课程设计报告设计题目：学院：姓名：班级（学号）：指导老师：时间： 2013年6月目录一、总体方案设计 (1)1.1、设计任务 (1)1.2、总体方案确定 (1)二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4)2.1、工作台（X向托板） (4)2.2、工作台（Y向托板） (4)2.3、上导轨座（连电机）重量 (4)三、滚动导轨的计算与选择 (5)3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5)3.2、导轨的寿命计算 (5)3.3、导轨额定动负载的核算 (6)四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6)F的计算 (6)4.1、滚珠丝杠最大工作载荷max4.2、滚珠丝杠静载荷c F的计算 (7)4.3、滚珠丝杠动载荷Q F的计算 (7)4.4、丝杠型号的确定 (8)4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8)4.6、丝杠刚度的验算 (9)五、电机的计算与选择 (10)5.1、电机步距角的计算 (10)5.2、负载惯量的计算 (10)5.3、负载转矩的计算 (11)5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12)5.5、步进电动机的确定 (13)5.6、步进电动机的性能校核 (13)六、联轴器的选择 (14)6.1、联轴器的介绍 (14)6.2、联轴器的选择 (14)七、轴承的选择 (15)八、控制系统硬件设计 (15)九、控制系统的设计 (21)十、参考文献 (28)一、总体方案设计1.1 设计任务题目：CNC 二维工作平台的设计任务：设计两轴联动的数控X-Y 运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350N N =；2）工作台面尺寸为C B H 355mm 370mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420mm 430mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 4）加工范围X 125mm Y 120mm ==，； 5）工作台最大移动速度max 1.5/min V m =； 6）X,Y 方向的定位精度为0.025mm ±； 7）X,Y 方向的脉冲单量为0.015mm/step .1.2 总体方案确定1.2.1方案确定思想该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。

CNC二维工作平台设计

机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目: CNC二维工作平台设计专业: 机械电子工程班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十二月CNC二维工作平面设计摘要在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。

机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。

机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。

机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于主轴箱带轮处，使床头箱内结构大为简化，便于维修。

机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。

机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。

进给方面，采用开环数控系统，即步进电机数控进给方式。

采用步进电机开环数控系统已基本能满足进给精度的要求。

主传动由于采用了分离传动发案，可较好的隔离电机及变速箱的震动，解决了热变形对主轴的影响，提高机床的加工精度。

再者，数控系统采用单片机技术，可靠性高，成本低，经济性好。

在总体性能上可以达到经济精密数控机床之列，达到较好的性价比。

该机床可以加工各种轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。

作为通用型机床，特别适合汽车工业、摩托车行业、电子工业、航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度加工时采用。

机床采用机、电、液一体化结构，整体布局紧凑合理，便于维修和保养，外形符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。

关键词： CNC ；CJ6132 ；分离传动；步进电机目录任务分配 (1)第1章绪论 (2)1.1 设计背景 (2)1.2 系统总体方案设计概述 (2)第2章方案设计 (3)2.1 性能要求 (3)2.2 设计思路 (3)2.3 尺寸设计 (3)第3章机械结构设计（传动系统设计） (4)3.1 床身 (4)3.2 床头箱结构 (4)3.3 进给系统 (4)3.4 刀架 (4)3.5 尾座采用手动尾座 (4)3.6 冷却系统 (4)3.7 卡盘 (4)3.8 电气系统 (5)3.9 安全保护 (5)第4章CNC二维平台的控制电路的设计（硬件系统的设计） (6)4.1 主要参数的确定 (6)4.2 传动系统图拟定 (6)4.3 电机选择 (6)4.4 进给系统计算 (7)第5章数控系统设计 (9)5.1 单片机系统控制设计的基本要求 (9)5.2 数字控制系统框图 (9)5.3 数控系统的硬件特点 (9)5.4 控制系统图及芯片的选择 (10)5.4.1 系统的选用 (10)5.4.2 系统的扩展 (10)5.4.3 标准型数控系统 (11)5.4.4 MCS-51系列（三总线结构） (13)5.4.5 振荡器和时钟电路 (13)5.5 存储器及系统扩展设计。

检测工作台精密定位机械系统设计毕业论

编号：毕业设计(论文)说明书题目：检测工作台精密定位机械系统设计学院：机电工程学院专业：机械电子工程学生姓名：学号：姓名：职称：题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2013年5月26日摘要随着科学技术不断进步，现代化高科技产品向着细小化、智能化、集成化发展，因而微小零件在工业上需求越来越大，和对微小零件的质量要求也不断提高，所以对微小零件的检测方法的探究越来越引起人们的注意。

对零件精密测量是现代科技领域最为关键和共性的基础技术之一，在尖端工业生产和科学研究中占有极其重要的地位。

其中在微小零件中，螺钉在我们日常生活中应用非常广，几乎所有的机械都有螺钉；螺钉广泛应用于连接、固定等，具有重要的作用，是我们生活、生产中不可缺少的一部分。

所以螺钉的质量直接关系到与它相关的产品质量，从而对螺钉的检测就显得越来越重要。

光电测量以其非接触、高精度和快速性等特点广泛应用于各种测量。

对微小零件的外形尺寸进行光电自动检测，需要对微小零件进行精密定位，其定位精度直接决定了检测精度、检测速度和自动化程度。

本文主要研究基于光电开关技术下对螺钉在工作台上的定位，从而实现对螺钉外形尺寸光电自动检测。

在本文中，首先，依据零件在工作台上的功能要求，分析情况，选出符合要求的机构方案；接着对所选的方案进行机械系统设计，包括导轨、电机、丝杆、轴承、机械手等选择；最后对系统的控制系统进行分析。

关键词：检测；机械设计；步进电机；控制AbstractWith the constant progress of science and technology, modern high-tech products turn towards small, intelligent, integrated development. Therefore, the small parts demand is bigger and bigger in industry, and the quality for small parts is also required to improve constantly. So people take more and more attention to the research of testing method on small parts. Precision measurement for the parts is one of the key and common foundation technologies in modern science, and it occupies an extremely important position in industrial production and scientific research.Among the small parts，the screw is widely used in our daily life. You can see the screws in almost all the machinery. The screw is widely used in connection, fixing and it likes. It is an indispensable part in our life and production. So the screw quality is directly related to the quality of the products associated with it，then the detection for the screw becomes more and more important.Photoelectric measurement is widely used in all kinds of measurements with its non-contact, high precision and rapidity characteristics. The photoelectric automatic detection for the dimension of small parts needs the precision positioning of tiny parts, and Its positioning accuracy directly determines the detecting precision, speed and the degree of automation.This paper mainly studies the location for the screw on the workbench, which is based on the photoelectric switch technology, so it can realize the photoelectric automatic detection for the screw dimension. In this article, firstly，the institutional programs that meets the requirements must be select out according to the functional requirements of parts on the table and the analyzing the situation. And then the mechanical system selected should be designed, including its selecting guide rail, motor, wire rod, bearings,manipulator, etc. Finally, the control system will be analyzed.Key words: Detection；Mechanical design；Stepper motor；Control目录1 引言 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究目的和意义 (1)1.3 研究的任务 (2)2 总体方案选择 (2)2.1 机械部分总方案 (2)2.2 控制部分的总方案 (3)2.2.1PLC特点 (3)2.2.2单片机特点 (4)2.2.3方案选用 (4)2.3 送料机构方案选择 (5)2.4 夹具机构选择 (6)2.4.1方案选择 (6)2.4.2材料选择 (9)3 机械系统设计 (10)3.1 工作台面外形设计 (11)3.2 导轨选择 (12)3.3 丝杠选择、计算 (15)3.3.1丝杆选择 (15)3.3.2滚珠丝杠计算 (16)3.4 电机选择 (18)3.4.1电机类型 (18)3.4.2工作台电机选择 (19)3.4.3出料机构电机选择 (21)3.4.5夹具机构的电机选择 (22)3.5 联轴器的选用 (23)3.6 轴承选择 (24)3.7 机械手设计 (25)4 控制系统分析 (27)4.1单片机选择 (27)4.2 控制过程 (29)5 结论 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)附录 (34)1 引言随着科学技术的高速发展,在航天技术、计量科学技术、微电子工程、精密工程、生物工程、光学与光电子工程、纳米科学与技术等领域中,仪器和设备越来越细小化、智能化,对微小零件的检测要求越来越高，因此要求在线检测平台对零件的精密定位要求越来越高，以实现在线自动检测。

二维工作台控制系统设计及精度分析

二维工作台控制系统设计及精度分析陈昌华;许瑛【摘要】对二维工作台控制系统进行了研究,采用滚珠丝杆副和直线滚动导轨副的传动方式,选用直线光栅尺作为工作台的反馈元件,控制系统的核心为工控机和运动控制卡,利用固高GE400运动控制卡发出脉冲信号控制伺服驱动器对工作台机械部分进行实时的操控.在VC++6.0设计环境下开发工作台的控制软件,实现了多轴控制.使用双频激光仪获得工作台的系统误差曲线,采取水平分割的方法对误差曲线进行分割,获得各区间的误差补偿数据,通过软件控制对工作台各行程区间进行误差补偿,通过理论计算和实验测得补偿后的数据对比,验证了该补偿方法的可靠性,对于提升二维工作台的精度具有积极的意义.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】二维工作台;控制系统;误差补偿【作者】陈昌华;许瑛【作者单位】南昌航空大学飞行器工程学院,南昌330063;南昌航空大学飞行器工程学院,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TP202二维工作台是手机外壳检测设备中不可或缺的自动化检测仪器。

近年来，随着我国手机行业迅速发展和手机性能多元化需求的不断提高，对二维工作台的检测精度和效率提出了更高的要求。

由于早期的工作台采用的是硬件式控制方式，数控装置中的输入、运算、插补运算以及控制功能均由集成电路或晶体管等器件组成［1］，这样的控制方式柔性差，通用性低。

笔者采用软件式控制方式，工作台的主要功能可通过软件来实现。

本文首先对X-Y工作台硬件结构进行了设计和选型，在VC++6.0设计环境下编写了软件模块，着重分析了二维工作台的各种误差来源，利用软件式控制的优越性，提出了一种对误差曲线进行水平分割来实现误差补偿的方法；同时设计了工作台的精度测试实验，通过理论分析结果与实验结果对比，验证了逆向误差数值补偿的正确性，为同类二维工作台今后的设计提供参考。

1.1 系统整体结构二维工作台通过定制模具将手机外壳真空吸附在其上，检测时，垂直于二维工作台的检测邦头会向下运动到略高于产品底部的位置，邦头上附有传感器，二维工作台会先后在X和Y方向做直线运动，检测邦头上的传感器会接收到反馈信号，软件会记录此时安装在X、Y方向光栅尺的数据，邦头在整个检测过程中是不运动的，所以产品尺寸主要是通过测量二维工作台控制模具在X、Y方向上的移动距离而达到的，从而检验产品是否达到精度标准。

X-Y二维工作台设计

第一章总体设计 (3)1.1 CNC工作台的组成、结构、特点 (3)1.1.1 CNC工作平台的主要组成 (3)1.1.2 CNC工作平台的结构 (3)1.1.3 CNC工作台的特性 (4)1.2合理拟定并选择传动方案 (4)1.2.1 按丝杠与螺母的相对运动分 (4)1.2.2 按摩擦性质不同分类 (5)1.3确定CNC工作台的结构和零部件的类型 (5)1.3.1确定CNC二维工作平台的结构类型 (5)1.4确定导轨类型 (5)1.4.1普通滑动导轨 (6)1.5 选择轴承类型及支撑方式 (7)1.5.1 轴承类型选择 (7)1.5.2 支承方式 (8)1.6 初选联轴器 (8)1.7 初步确定机体结构 (9)1.8 伺服系统 (9)1.8.1 开环伺服系统 (9)1.8.2 闭环伺服系统 (9)1.9 选择控制电机 (9)第二章螺旋传动结构及其零件设计 (12)2.1 螺旋传动结构概述 (12)2.2滚动丝杠及螺母设计 (12)2.2.1螺纹滚道型面 (13)2.2.2滚珠返回的循环方式 (14)2.2.3轴向间隙和预紧的调整方法 (15)2.2.4滚珠丝杠副主要尺寸的确定 (16)2.2.5 X和Y方向丝杠的具体设计 (17)第三章装配图设计第一阶段 (24)3.1导轨的设计 (24)3.1.1、滑动导轨设计 (24)3.1.2、滑动导轨的材料及热处理 (24)3.1.3、导轨刚度校核 (25)3.2 确定丝杠轴承的型号、尺寸、润滑方式并校核 (25)3.2.1丝杠轴承的具体选择 (26)3.2.2确定轴承的尺寸 (26)3.2.3对滚动轴承进行校核 (26)3.2.4选择轴承润滑方式 (29)3.3 丝杠、螺母与工作台滑板的联接设计 (29)3.3.1、丝杠与螺母的主要参数 (29)3.3.2、螺母与工作台滑板的联接设计 (30)3.3.3、确定滚珠丝杠的全部几何尺寸 (31)第四章装配图设计第二阶段 (31)第一章总体设计总体设计非常重要，是对一部机器的总体布局和全局的安排。

一种纳米级二维微定位工作台的设计与分析

( a) x 向受力分析 ( a) F or ce analysis alo ng x axis
( b) x 向静定结构 ( b) Determinatio n st ruc tur e alo ng x ) F or ce analy sis alo ng ( a) 二维微定位工作台 ( a) 2 DOF stag e Fig. 2 y ax is 图2
21
得到基本静定体系如图 2( d) 所示, 在基本静定体系上分别作用驱动力 P y / 4、广义未知力 X 1 和 X 2 , 方向如图 2( d) 所示。同理 , 由力法方程分别解得广义未知力 X 1 = 1 3 Py L 和 X 2 = P y 。此时 , 二次超静定位移求 20 20 解可等效为图 2( d) 所示外荷载作用下静定体系的位移求解问题。利用莫尔积分式 , 可导出 C 点沿 P y 方向上的位移
I L
铰链截面惯性矩; 铰链长度。
由式 ( 1) 分别解得广义未知力 X 1 = 3 P x L 20 3 和X 2 = P x 。此时, 二次超静定位移求解可等 20 效为图 2( b ) 所示外荷载作用下静定体系的位移求解问题。利用莫尔积分式, 可导出 C 点沿 P x 方向上的位移
x
微动工作台运动部分的质量; 微动工作台 x 方向刚度 ; 微动工作台 y 向刚度; 工作台沿 x ( y ) 方向的位移; 工作台沿 x ( y ) 方向的加速度。
Design and analysis on a 2 DOF nanopositioning stage
SUN L i ning, M A L i, RONG Wei bin, GAO Yan ( Robot Resear ch I nsti tute, H ar bi n I nst it ute of T echnol ogy , H ar bin 150001 ) Abstract: A t w o deg ree of f reedom ( 2 DOF ) flexure hing e guided mot ion nano positioning st ag e w as developed t o alig n opt ical sy st em, and t he simplif ied mo deling of the nanoposit ioning st age w as dis cussed. T he x and y dir ection st iff ness and t w o natural frequencies of t he nanoposit ioning stag e w ere deduced in t erm s o f t he t heory of st ruct ural mechanics. T heoret ical analy sis and F init e Element Anal y sis( FEA) on st at ic and dynamic behav io rs of the nanoposit ioning st age w ere perf ormed, t he compar at ive result s of t he t heor y, FEA and exper im ent s show the accuracy o f t heory m odel and the validity of FEA. F EA also indicat es t hat t he st if f ness, nat ural f requency and driving f orce w ill increase wit h decreasing hinge lengt h and increasing hinge w idt h in despit e of increasing t he maxim um st ress o f the st age. T he exper im ent al result s also sho w t hat dim ensio n mo dificat ion is available to cont rolling and opt imizing nat ural f requency, displacement , st resses, and for ce t o achieve t he desired r esponse of the nanopo sit ioning sy st em. Finally, a simple procedure to o pt imize dimensions of t he nanoposit ioning st age w as given. Key words: f lex ure hing e; nanoposit ioning stag e; F init e Elem ent Analysis( F EA)

二维微动精密工作台

二维微动精密工作台摘要二维微动精密工作台是一种高精度的测量系统，用于扫描测量被测件表面的微观形貌，在扫描测量工作中要求达到微米级的运动精度，为此建立了X-Z方向的精密运动平台，在二维测量方向上分别达到相应的测量精度要求，并对静压气浮导轨、精密滚动丝杆、滚动摩擦导轨控制等关键技术进行了研究。

静压气浮导轨采用了有限元法的设计，使其具有较高的承载能力和刚度。

该装置采用模糊PID控制技术，改善了非线性因素的影响，从而获得较高的稳态位置精度。

关键词二维微动精密工作台；静压气浮导轨；模糊PID控制技术0 引言精密测量是现代高新科学领域最为关键和共性的基础技术之一，在尖端工业生产和科学研究中占有极其重要的地位，具有广阔的应用前景。

随着技术的发展，对精密微动平台的运动精度要求也越来越高。

对于高精度微小尺寸的二维测量，可以通过X、Z两个方向运动的合成，实现对其平面微观形貌的测量。

本设计采用闭式矩形静压气浮导轨，具有摩擦小、寿命长、速度高、精密度高、无污染等优点。

采用有限元设计方法设计气浮导轨，使运动平台具有较高的承载能力和刚度；对传统的PID控制技术进行改进，采用模糊PID控制技术，使运动平台具有较高的定位精度。

Z向由于运动部件的重力与运动方向相同，会影响气浮导轨的驱动性能，所以采用加配重方法平衡气浮导轨产生的重力。

1 总体方案设计1.1 测量原理X-Z二维精密微动工作台主要是把旋转运动变为直线运动，以传递运动为主，要求结构紧凑，有较高的传动精度。

因为切削力不大，同时出于对传动刚度的考虑，所以确定对X方向采用步进电机装置配合精密滚动丝杆和滚动摩擦导轨设计，使得X方向具有定位精度较高等特点；Z方向使用“无摩擦运动”的气浮导轨外加光栅尺、配重实现位移，可实现微小位移的运动，且具有定位精度高、摩擦小和运动平稳等优点。

X-Z二维精密工作台是高精度运动平台的发展方向，它们的移动相互独立，互不影响。

1.2 测量方法的设计图1 图2图1、图2为二维精密微动工作台的机械结构。

二维精密工作台设计

二维数控精密工作台设计题目：二维数控工作台精密工作台班级：测控08-3班姓名：徐斌指导教师：闫勇刚摘要数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。

机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。

这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。

数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。

二维数控精密工作台采用滚珠丝杠和直线导轨副传动,具有精度高,效率高,寿命长,磨损小,节能降耗,结构紧凑,通用性较强.工作台材料一般为HT400,也可以根据用户要求,设计加工,铝合金,钢板,大理石均可以加工；数控工作台系列产品可以配置步进电机或伺服电机.数控精密工作台可广泛应用于激光焊接机,激光切割机,插线机,打孔机,涂胶机,机械手,搬运或运输生产线上,检测装置,射线探伤分析,应力分析等数控机床和实验设备上。

随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，二维数控工作台是设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。

关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨丝杠目录绪论 ................................................................. 错误！未定义书签。

课程设计的设计要求 .................................. 错误！未定义书签。

本课题设计的背景 ...................................... 错误！未定义书签。

本课题设计内容 .......................................... 错误！未定义书签。

二维精密工作台

精密机械与仪器设计课程设计说明书二维数控精密工作台摘要数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。

机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。

这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。

精密数控工作台可广泛应用于激光焊接、层射线扫描、械手检测装置及实用教学领域。

随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。

关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨丝杠目录1. 绪论 (4)1.1. 课程设计的设计要求 (4)1.2. 本课题设计的背景 (5)1.3. 本课题设计内容 (5)1.4. 本课题设计的目的和意义 (6)1.5. 总体方案设计 (6)1.5.1.设计任务 (6)1.5.2.总体方案确定 (7)2. 机械系统设计 (9)2.1. 工作台外形尺寸及重量估算 (9)2.2. 滚动导轨的参数确定 (10)2.3. 滚珠丝杠的设计计算 (11)2.4. 步进电机的选用 (15)2.5. 联轴器的选用 (17)2.6. 步进电机惯性负载的计算 (18)2.7. 二维数控精密工作台的误差来源与分析 (21)3. 结论 (22)致谢 (24)参考文献： (25)1.绪论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。