机电课程设计XY数控进给工作台设计
(完整版)XY数控工作台设计说明书.docx
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。
X-Y双坐标联动数控工作台课程设计说明书
目录1。
课程设计目的 (1)2。
课程设计任务 (1)2.1设计题目： (1)2。
2技术数据 (1)2。
3技术要求 (1)3。
总体结构设计 (1)3.1滚珠丝杠设计 (2)3.2滚珠丝杠副的选取 (3)3。
3稳定性运算 (4)3。
4压杆稳定性计算 (5)4.滚动导轨 (6)4。
1计算行程长度寿命 Ts (6)4。
2计算动载荷 (6)5。
步进电机的选择 (8)5.1步距角的确定 (9)5.2步进电机转矩校核 (10)5.3频率校核 (12)6.总结 (12)7。
参考文献 (13)1。
课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上，进行机电系统设计的初等训练，掌握手册、标准、规范等资料的使用方法，培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.2.课程设计任务2。
1设计题目：X—Y双坐标联动数控工作台设计2。
2技术数据工作台长×宽（mm)：450×310工作台重量(N)：3300行程（mm）：ΔX=60－100；ΔY=50－100脉冲当量:0。
05-0。
08mm/p2。
3技术要求(1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构（2)滚珠丝杠支撑方式：双锥-简支型（3）驱动电机为反应式步进电机（4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙3.总体结构设计数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台，工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联，它上面固定X向导轨，中拖板在下拖板的导轨上横向运动，其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动。
X、Y导轨方向互相垂直。
3。
1滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类，其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。
课程设计--X-Y数控进给工作台设计
课程设计--X-Y数控进给工作台设计目录一前言 (3)二课程设计的目的、意义及要求 (4)（一）课程设计的目的、意义 (4)（二）课程设计的要求 (4)三课程设计的内容 (5)（一）课程设计的题目 (5)（二）课程设计的内容 (5)四数控系统总体方案的确定 (6)五机械部分设计 (7)（一）工作台外形尺寸及重量初步估算 (7)（二）滚动导轨副的计算、选择 (8)（三）滚珠丝杠计算、选择 (9)（四）电机的选择 (12)（五）联轴器的选择 (13)（六）光电编码盘的选择 (13)（七）光电开关、接近开关的选择 (13)六控制系统部分设计 (14)（一）面板的布置图 (14)（二）操作面板功能介绍 (14)（三）控制系统选用芯片介绍······················································ (14)（四）芯片地址 (15)（五）电动机控制原理 (15)（六）键盘接口电路分析 (16)（七）光电编码盘辨向电路 (16)七程序流程图 (17)（一）主程序流程图 (17)（二）自动运行流程图 (18)（三）限位开关中断流程图 (19)（四）回零键流程图 (19)八参考文献 (20)一前言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。
X-Y数控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数控工作台设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化设计成员：指导老师：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)1.2.1方案确定思想 (1)1.2.2 方案对比分析与确定 (2)1.2.3 总体方案系统组成 (3)二、机械系统设计 (3)2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (3)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 (5)2.5 步进电机的选型与计算 (5)2.6 机械系统结构设计 (7)三、控制系统硬件设计 (8)3.1 控制系统硬件组成 (8)3.2 控制系统硬件选型 (8)3.3 控制系统硬件接口电路设计 (10)3.4 驱动系统设计........................................................... 错误!未定义书签。
3.4.1步进电机的驱动电路........................................ 错误!未定义书签。
3.4.2电磁铁驱动电路............................................... 错误!未定义书签。
3.4.3电源转换.......................................................... 错误!未定义书签。
四、控制系统软件................................................................. 错误!未定义书签。
4.1控制系统软件总体方案设计 ...................................... 错误!未定义书签。
4.2主流程设计 ............................................................... 错误!未定义书签。
X-Y数控工作台课程设计--X-Y数控工作台设计
机电一体化系统综合课程设计课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化设计成员：指导老师：日期： 2011年3月7日目录一、总体方案设计 (1)1.1设计任务 (1)1.2总体方案确定 (1)1.2.1方案确定思想 (1)1.2.2 方案对比分析与确定 (2)1.2.3 总体方案系统组成 (3)二、机械系统设计 (3)2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (3)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 (5)2.5 步进电机的选型与计算 (5)2.6 机械系统结构设计 (7)三、控制系统硬件设计 (8)3.1 控制系统硬件组成 (8)3.2 控制系统硬件选型 (8)3.3 控制系统硬件接口电路设计 (10)3.4 驱动系统设计 ............................................................... 错误！未定义书签。
3.4.1步进电机的驱动电路 .......................................... 错误！未定义书签。
3.4.2电磁铁驱动电路 .................................................. 错误！未定义书签。
3.4.3电源转换 .............................................................. 错误！未定义书签。
四、控制系统软件 ..................................................................... 错误！未定义书签。
4.1控制系统软件总体方案设计 ........................................ 错误！未定义书签。
4.2主流程设计 .................................................................... 错误！未定义书签。
(完整版)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。
机电课程设计-XY数控工作台
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。
数控机床课程设计-- X-Y数控工作台设计
《数控机床》课程设计说明书课题名称X-Y数控工作台设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级学号姓名指导教师2015年 6 月 25 日数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。
数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。
X-Y数控工作台是数控机床的重要组成部分，其制造精度对数控机床的精度有着重要的影响。
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。
本次课程设计内容主要是对数控铣床的X-Y数控工作台的滚珠丝杠螺母副、步进电机、导轨副的计算和选用。
关键词：数控机床开环控制滚珠丝杠步进电动机滚动导轨一、设计的目的 (1)二、设计任务 (1)三、设计主要步骤 (1)（一）确定设计总体方案 (1)1. 机械传动部件的选择。
(1)2. 控制系统的设计，完成进给控制系统原理框图及步进电机的控制驱动。
.. 2（二）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)2. 计算切削力。
(3)（三）滚珠丝杠传动的设计计算及效验。
(4)1. 最大工作载荷的计算。
(4)2. 最大计算动载荷的确定。
(4)3. 规格型号的初选。
(5)4. 传动效率的计算。
(6)5. 刚度的验算。
(7)6. 稳定性的验算。
(7)7. 临界转速的验算。
(8)8. 滚珠丝杠的选型及安装连接尺寸的确定。
(9)（四）步进电动机的传动计算及电动机选用。
(12)1.传动计算 (12)2.步进电动机的计算及选型。
(12)3. 步进电动机转轴上的等效负载转矩M的计算。
(15)（五）滚动导轨的设计计算 (18)1.工作载荷的计算。
(18)2. 小时额定工作寿命的计算。
(19)3. 距离额定寿命的计算。
毕业设计---X-Y数控工作台机电系统设计
毕业设计说明书题目：X-Y数控工作台机电系统设计----Y向工作台三维绘图学院：电气信息系专业：机电一体化摘要目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控铣床系统，其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。
本课题设计了X-Y数控工作台，该平台由两个一维平台叠加实现，其中一维平台由电机带动滚珠丝杠旋转，从而带动螺母副和工作平台完成直线运动，具体实现时先要确定工作平台的各个参数让其能满足题目的要求，再通过精密计算导轨上移动部件的重量估算、铣削力、直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副等来确定要制作的数控工作平台，最后通过SolidWorks画出设计的工作平台。
本论文的主要设计内容重点是SolidWorks三维建模，根据设计的机械零部件尺寸完成Y方向工作台零件的三维造型，SolidWorks绘图过程中，先画出单个的零部件，其主要通过一些简单的绘图、拉伸、剪切、扫描、阵列等工具进行建模，然后对这些零件进行一系列的装配，主要通过一些面、线的重合、平行、同心等过程进行装配，从而直观清晰的显示出Y方向工作台的内部结构。
关键词 X-Y数控工作台 直线滚动导轨副SolidWorks目录第一章绪论 (5)1.1、目的和意义 (5)1.2、国内外现状 (5)1.3、本设计的主要内容和任务 (6)第二章总体方案的确定 (7)2.1 总体方案 (7)2.2 机械传动部件的选择 (7)第三章机械传动部件的计算与选型 (9)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (9)3.2 铣削力的计算 (9)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (10)第四章 SolidWorks制图 (15)4.1 SolidWorks介绍 (15)4.2 SolidWorks制图 (16)第五章总结与展望 (19)参考文献 (21)致谢 (21)第一章绪论1.1目的和意义本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理是通过MCS-51单片机来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。
数控xy工作台课程设计
数控xy工作台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数控xy工作台的基本结构及其功能，掌握相关术语和概念。
2. 学生能描述数控xy工作台的运动原理和控制系统的工作方式。
3. 学生能解释数控编程中的基本指令，并运用这些指令进行简单图形的编程。
技能目标：1. 学生能够操作数控xy工作台，进行基本的定位和移动。
2. 学生能够运用数控编程软件，编写简单的数控加工程序。
3. 学生能够根据设计要求，制定简单的数控加工工艺。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数控技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 培养学生团队合作意识，提高沟通协调能力。
3. 增强学生的安全意识，使其养成良好的操作习惯。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在通过理论教学与实践操作相结合，帮助学生掌握数控xy工作台的基本知识和操作技能。
学生特点：学生具备一定的机械基础知识，但对数控技术了解有限，动手能力有待提高。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实践操作，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
通过分解课程目标为具体的学习成果，使学生在学习过程中能够明确任务，有针对性地提高自身能力。
二、教学内容1. 数控xy工作台结构原理- 介绍数控xy工作台的基本组成，包括硬件和软件部分。
- 深入解析工作台的运动结构，如导轨、丝杠、电机等。
- 指导学生了解并区分不同类型的数控系统。
2. 数控编程基础- 概述数控编程的基本概念，如程序段、指令、坐标系等。
- 教授常用编程指令，如G代码、M代码及其功能。
- 结合实例，指导学生进行简单图形的编程。
3. 数控加工工艺- 介绍数控加工工艺的基本原则和流程。
- 分析不同材料、刀具对加工工艺的影响。
- 指导学生根据设计要求制定加工工艺。
4. 数控xy工作台操作- 详解数控xy工作台的操作步骤和安全注意事项。
- 演示基本操作，如手动、自动运行，程序输入等。
- 安排学生进行实操练习，提高操作熟练度。
数控xy工作台课程设计
数控xy工作台课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握数控XY工作台的基本原理、结构及其操作方法。
通过本课程的学习，学生应能理解数控XY工作台的工作原理，熟悉其结构组成，并能熟练操作数控XY工作台进行各种加工操作。
1.了解数控XY工作台的工作原理。
2.熟悉数控XY工作台的结构组成。
3.掌握数控XY工作台的操作方法。
4.能够正确操作数控XY工作台。
5.能够根据加工要求进行参数设置。
6.能够进行数控XY工作台的维护和故障排除。
情感态度价值观目标：1.培养学生的团队合作意识。
2.培养学生的创新精神和实践能力。
3.培养学生的职业素养，使其具备良好的工作态度和职业道德。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括数控XY工作台的基本原理、结构组成及其操作方法。
1.数控XY工作台的基本原理：介绍数控XY工作台的工作原理，包括数控系统的组成、工作原理及其与XY工作台的关系。
2.数控XY工作台的结构组成：介绍数控XY工作台的各个部分，包括主机、控制系统、执行机构等，并详细讲解各部分的功能和作用。
3.数控XY工作台的操作方法：讲解如何进行数控XY工作台的操作，包括操作界面、操作步骤、参数设置等，并通过实际操作演示，使学生能够熟练掌握。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、实验法等多种教学方法相结合，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：通过讲解数控XY工作台的基本原理、结构组成及其操作方法，使学生掌握相关知识。
2.讨论法：学生进行分组讨论，引导学生思考和分析数控XY工作台的相关问题，提高学生的解决问题的能力。
3.实验法：安排实际操作实验，使学生能够将所学知识运用到实际操作中，提高学生的实践能力。
四、教学资源本课程所需教学资源包括教材、实验设备等。
1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。
2.实验设备：准备现代化的数控XY工作台设备，供学生进行实际操作练习。
通过以上教学资源的支持，为学生创造良好的学习环境，提高学生的学习效果。
XY数控工作台机电系统设计-课程设计
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 (16)参考文献 (17)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。
X-Y数控工作台设计(机电一体化系统综合课程设计)
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 。
XY数控工作台机电系统设计
目录前言........................................................................................................................... - 2 -第一章课程设计的目的、意义及要求 ................................................................ - 3 -第二章课程设计的内容 ........................................................................................ - 4 -第三章数控系统总体方案的确定 ........................................................................ - 5 -第四章机械部分设计 ............................................................................................ - 6 -4.1确定系统脉冲当量 ................................................................................ - 6 -4.2. 导轨上移动部件的重量估算 .............................................................. - 6 -4.3 铣削力的计算 ....................................................................................... - 6 -4.4 滚动导轨副的计算与选型 ................................................................... - 7 -4.5 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 ........................................................... - 8 -4.6 步进电动机减速箱的选用 ................................................................. - 10 -4.7 步进电动机的计算与选型 ................................................................. - 11 -4.8 增量式旋转编码器的选用 ................................................................. - 15 -第五章工作台控制软件设计 .............................................................................. - 15 -第六章步进电动机驱动电源的选用 ................................................................ - 18 -第七章结束语 ...................................................................................................... - 18 -参考文献 ................................................................................................................ - 19 -前言课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。
机械设计课程设计_数控X_Y工作台及其控制系统设计
目录第一章课程设计的内容和要求 (3)第二章系统的总体方案设计 (4)第三章机械部分设计 (5)3.1 脉冲当量和传动比的确定 (5)3.2工作台外形尺寸及重量初步估算 (5)3.3 传动系统等效转矩惯量计算 (6)3.4 工作载荷分析及计算 (6)3.5 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (8)3.6 导轨的选型和计算 (11)3.7 驱动电机的选择 (11)第四章数控系统设计 (15)4.1 控制系统硬件的基本组成 (15)4.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 (17)4.3 直线圆弧插补程序设计 (19)参考文献 (25)第一章课程设计的内容和要求1.1 课程设计的内容任务是：设计一个数控X-Y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。
设计内容包括：1.1.1数控装置总体方案的确定(1) 确定系统组成方案（组成框图、功能、机械传动系统简图、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。
1.1.2机械部分的设计(1) 确定脉冲当量；(2) 机械部件的总体尺寸及重量、转动惯量的初步估算；(3) 传动元件及导向元件的设计，计算和选用；(4) 伺服电机计算、选用；(5) 绘制机械结构装配图；1.1.3数控系统的设计（1）确定数控系统装置方案（组成框图、功能、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。
(2) 电气控制原理图设计（CPU、存储器、I/O接口电路及伺服驱动电路）(3) 系统控制软件的结构设计（控制流程图）和部分功能控制软件设计（汇编程序及流程图）。
1.2 课程设计的要求1.2.1图纸要求（1）机械结构装配图，A0图纸一张。
要求视图基本完整、符合要求。
其中至少有一个坐标轴的完整剖视图。
（2）数控系统框图（附在说明书上）。
（3）数控电器图，A1图纸一张。
（4）软件框图（可附在说明书上）。
1.2.2编写设计说明书要求说明书应当叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定、系统框图的分析、机械传动设计计算、电气部分的设计说明，选用元件及其具体参数的说明、软件设计及其说明等，说明书不少于8000字第二章系统的总体方案确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。
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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························ (17)第三节机床数控系统硬件电路设计 (21)第七章系统控制软件设计 (23)第八章参考文献 (26)第一章课程设计的目的、意义及要求第一节课程设计的目的,意义《机电一体化系统设计》课程设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。
其目的是：1.能够正确运用《机电一体化系统设计》课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；2.通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；3.通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；4.通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。
第二节课程设计的要求：1.课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格地要求自己，不允许相互抄袭；2.认真阅读《课程设计指导书》，明确题目及具体要求；3.认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准；4.大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案；5.机械部分和驱动部分设计思路清晰，计算结果正确，选型合理；6.微机控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确；7.手工或电脑绘制机械系统装配图一张（A1），控制系统电气原理一张（A1），图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰；8.课程设计说明书一份（不少于8000字），包括：目录，题目及要求，总体方案的确定，机械系统设计，控制系统设计，参考文献等。
设计说明书应叙述清楚、表达正确、内容完整、技术术语符合标准。
第二章课程设计的内容第一节课程设计题目：X-Y数控进给工作台设计已知条件： X方向行程:300mm Y方向行程:200mm工作台面的参考尺寸:500X300mm平均切削力:1500N平均切削进给速度:600mm/min最高运动速度:6m/min定位精度: 0.01mm工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年第二节课程设计的内容1.数控装置总体方案的确定(1).数控装置设计参数的确定；(2).方案的分析，比较，论证。
2.机械部分的设计(1).机械部件的总体尺寸及重量的初步估算；(2).传动元件及导向元件的设计，计算和选用；(3).确定直流电机；(4).绘制机械结构装配图；(5).系统等效惯量计算；(6).系统精度分析。
3.数控系统的设计(1).微机及扩展芯片的选用及控制系统框图的设计；(2).I/O接口电路及伺服控制电路的设计和选用；(3).系统控制软件的设计4.编写课程设计说明书(1).说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，电气部分的设计说明，选用元器件参数的说明，软件设计及其说明；(2).说明书不少于84字，尽量用计算机完成。
5.图纸(1).机械结构装配图，A0图纸1张。
要求视图基本完整，符合标准。
其中至少要有一个坐标轴的完整剖视图；第三章数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。
进行方案的分析、比较和论证。
1.系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。
2.伺服系统的选择考虑到运动精度要求不高，负载不大，适合采用开环控制方式或采用半闭环控制方式。
半闭环伺服系统在负载不大时多采用直流电机作为伺服电机. 半闭环控制系统有检测反馈部件，因而能纠正系统的传动误差。
但半闭环系统结构较复杂，目前大多数数控机床和工业机器人中的伺服系统都采用半闭环控制。
3.计算机系统的选择采用AT89C51单片机扩展控制系统。
该单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。
系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。
显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。
4.X—Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。
为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。
根据机电一体化系统对传动系统的要求：采用低摩擦系数的传动器件：滚珠丝杠、滚动导轨；无间隙联轴器；消除反向传动间隙等。
由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。
5. 确定检测方案半闭环系统采用增量式光电编码盘检测电机或丝杠转角、转速、零位。
6. 系统总体框图如下:第四章 机械部分设计机械部分设计内容包括：工作台外形及重量的初步估算，选择直流伺服电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。
第一节 工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X 向和Y 向工作台承载重量W X 和W Y 。
取X 向导轨支撑钢球的中心距为300mm,Y 向导轨支撑钢球的中心距为200mm,设计工作台简图如下:X 向拖板(上拖板)尺寸为:长*宽*高=630*185*25重量:按重量=体积*材料比重估算为: Wx =10⨯()20675.0026.063.0108.7025.0185.063.03⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=465N Y 向拖板(下拖板)尺寸为: 415*312*25重量:按重量=体积*材料比重估算为Wy =10⨯()2071.0046.0415.0108.7025.0312.0415.03⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=400N工作台的尺寸为: 500*300*35重量为 2W =10⨯(()5.06014.0011.0025.0108.7035.03.05.023⨯⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯)=300N 夹具、工件重量约135N导轨(含电机)重量约700NX-Y 工作台运动部分总重量为:W =465+400+300+700+135=2000 N工作台简图第二节 滚动导轨副的计算、选择(1)Y 方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为8250816000h L h =⨯⨯= 由3102S h s T T l n ⨯= 得3102nl T T s k s = 则km n l T T s k s 57610605.12.016000210233=⨯⨯⨯⨯==因滑座数M=4,所以每根导轨上使用2个滑座,由表2-15----2-18确定 0.81112c h T W f f f f ====则由式2-9, 3)(Ff Ca f f f K T w c r h S = 得3/S wh T c F T K f Ca = 3102nl T T s k s = 50042000===∑M F F NN Ca 3.27881181.0250/5765003=⨯⨯⨯=X 方向导轨由所给条件得,该导轨的额定工作时间为8250816000h L h =⨯⨯= 由3102S h s T T l n ⨯= 得km n l T T s k s 438106012.016000210233=⨯⨯⨯⨯==因滑座数M=4,所以每根导轨上使用2个滑座,由表2-15----2-18确定 0.81112c h T W f f f f ====则由式2-9, 3)(Ff Ca f f fK T w c r h S = 得3/S w h T c F T K f Ca = 50042000===∑M F F NN Ca 25451181.0250/4385003=⨯⨯⨯=选用日本THK 公司的LM 导轨的SSR-XW 型导轨,查表,其中SSR-20XW 型号的导轨的Ca 值为19600N,能满足八年的使用要求.额定载荷/N 静态力矩/N*M滑座重量 导轨重量导轨长度 动载荷 aC静载荷oCATBTCTgK/g K mL(mm) 19600 23400 1981982880.252.1700/500滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M Sln4300/200 1.5/1导轨的额定动载荷17500a C =N依据使用速度v （m/min ）和初选导轨的基本动额定载荷a C (kN)验算导轨的工作寿命L n ：额定行程长度寿命:()H T C a W f f f C S f FT K =20004500M F MF ===1,2,0.81,1,50oT W C H R d f f f f K ======km F f Ca f f f K T w c r h S 21.20007550019600281.01150)(33=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯==导轨的额定工作时间寿命:h h n l T T s H 160008336467602.012102.200075210303>=⨯⨯⨯⨯=⨯= 导轨的工作寿命足够.第三节 滚珠丝杠计算、选择由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=400mm, 工作寿命8250816000h L h =⨯⨯=,传动精度要求mm 01.0±=σ设导程P=5 mm ,则max600120/min 560001200/min5m n r n r ====(1) 求计算载荷N F K K K F m A H F c 15000.10.12.1⨯⨯⨯===1800N由条件,查《机电一体化系统设计》表2-6取F K =1.2, 查表2-6取H K =1.2, 表2-4取D 精度, 查表2-6取A K =1.0, (2)计算额定动载荷计算值/a C 由式(2-4)N L n F C h m ca 87531067.11600012018001067.13434≈⨯⨯=⨯'='(3)根据Ca '选择滚珠丝杠副 假设选用FC1型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或稍大于Ca '的原则,查表2-9选以下型号规格 FC1-3205-2.5 Ca=10689N公称直径mm D 320= 导程5P mm = 螺旋角152'︒=λ 滚珠直径0 3.175d mm = 按表2-1中尺寸计算滚道半径 R=0.52d =0.52⨯3.175=1.651mm偏心距=-=)2(707.00d Re 0.0449 mm 丝杠内径R e D d 2201-+==32+2×0.0449-2×1.651=28.79 mm(4)稳定性验算〈1〉由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷22()acr EI F l πμ= 其中 E=206Gpa L=0.3m 448410.02171 1.09106464a d I m ππ-===⨯取23μ= 则2985220610 1.0910 5.53102(0.3)3cr F N π-⨯⨯⨯==⨯⨯ 安全系数535.5310368.981.510cr m F S F ⨯===⨯ 查表2-10 [S]=2.5-3.3 S>[S] 丝杠是安全的,不会失稳〈2〉高速长丝杠工作时可能发生共振,因此需验算其不会发生共振的最高转速----临界转速cr n ,要求丝杠的最大转速max cr n n <221223.9270.02821991099108293328/min 2()(0.3)3c cr f d n r l μ===⨯ max cr n n < 所以丝杠不会发生共振〈3〉此外滚珠丝杠副还受0D n 值的限制,通常要求40340710/min25120/min 310/min 710/minD n mm r D n mm r mm r mm r <⨯•=⨯•=⨯•<⨯•(5)刚度验算滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(N •m)共同作用下引起每个导程的变形量0()L m ∆为202pF p TL EA GJ π∆=±±式中,A 为丝杠截面积,A=2211();4C d m J π为丝杠的极惯性矩, 4411();32C J d m π=G 为丝杠切变模量,对钢G=83.3GP a;T(N •m)为转矩.0tan()2m DT F λρ=+式中, ρ为摩擦角,其正切函数值为摩擦系数; m F 为平均工作载荷.取摩擦系数为ρtan =0.003,则得8101'''=ρ M N M N T •≈•'''+'︒⨯⨯⨯=-27.1)8101152tan(1023215003 按最不利的情况取(F=m F )m Gd T p Ed pF GJ T p EA pF L m C 849223293412221201068.5)02879.0(103.83)14.3(27.1)105(16)02879.0(1020614.3150010541642---⨯≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=+=∆πππ则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为mm p L l L 0045.01051068.54.0380=⨯⨯⨯=∆=∆-- 通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2,即 mm L 005.001.02121=⨯=<∆σ该丝杠的L ∆满足上式,所以其刚度可满足要求. (6)效率验算943.0)8101152tan()152tan()tan(tan ='''+'︒'︒=+=ρλληη要求在90%---95%之间,所以该丝杠副合格.经上述计算验证,FC13205-2.5各项性能均符合题目要求,可选用.第四节 电机的选择1. 电机类型选择在半闭环控制的中小型伺服系统中,可以采用直流电机。