xy数控工作台课程设计
X-Y数控工作台课程设计说明书--24页文档资料
设计组号：A8 课题号： 08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： 2019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。
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。
数控钻床X—Y数控工作台设计
数控钻床X—Y数控工作台设计引言：数控钻床是一种应用数控技术进行钻孔加工的机床。
X—Y数控工作台是数控钻床中的一个重要部件，它能够提供X轴和Y轴方向的运动，实现工件的精确定位和加工。
本文将对数控钻床X—Y数控工作台的设计进行讨论和探索。
一、需求分析：在进行数控钻床X—Y数控工作台的设计之前，我们首先需要对其需求进行全面的分析。
数控钻床X—Y数控工作台主要用于钻孔加工，因此需要具备以下功能和性能：1.能够实现X轴和Y轴方向的精确运动，并能够快速定位；2.具备高精度定位和加工能力，满足不同工件的加工需求；3.高刚度和稳定性，能够承受较大的切削力；4.操作简单、易于维护。
二、设计方案：基于需求分析，我们可以提出以下设计方案：1.结构设计：选用高刚度的结构设计，采用铸铁或钢材作为材料，增加机床的稳定性和刚度。
2.运动系统设计：采用直线导轨和滚珠丝杠作为定位和传动机构，实现X轴和Y轴的准确运动控制。
3.控制系统设计：采用数控系统进行控制，通过编程控制钻孔的位置、进给速度等参数。
4.电气系统设计：选用高品质驱动器和电机，确保工作台的平稳运行。
5.人机界面设计：设计直观、易操作的人机界面，方便操作员进行钻孔程序的编写和工作台的操作控制。
6.安全设计：设置安全装置，如急停按钮、防护罩等，确保操作人员的人身安全。
三、具体实施：1.结构设计：针对工作台的刚性需求，选用铸铁作为主要结构材料，通过有限元分析等方法进行结构优化设计，确保机床的稳定性和刚度。
2.运动系统设计：选用高精度直线导轨和精密滚珠丝杠，通过传感器和编码器实时反馈位置信息，实现更精确的定位和运动控制。
3.控制系统设计：选用先进的数控系统，通过编程控制钻孔位置、进给速度等参数，实现自动化运行和高效率加工。
4.电气系统设计：选用高品质电机和驱动器，结合合适的减速装置，确保工作台的平稳运行和高速加工。
5.人机界面设计：设计直观、易操作的人机界面，可以通过触摸屏或键盘等方式进行操作，方便操作员进行加工参数的设置和调整。
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。
课程设计--数控X-Y工作台设计
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 (6)5、导轨的选型和计算 (11)6、联轴器的选择及计算 (12)7、传动系统等效转动惯量计算 (13)8、步进电机的选用 (14)三、控制系统设计 (18)1、数控系统硬件电路设计 (18)2、系统控制软件的设计 (22)参考文献 (24)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：Pb L i δθ3600=专业课课程设计指导书（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， 选电动机型号为55BF009，其步矩角b θ=︒9.0，选丝杠规格为2004-3(FYND) 其导程为4mm ，mm P 01.0=δ。
则其传动比101.036049.03600=⨯⨯==P b L i δθ 2、机械部件(工作台)总体尺寸pδ2、1初定工作台的尺寸由于工作台的加工范围为X ＝200mm ，Y ＝150mm 。
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C (6)j5. 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。
xy数控机床课程设计
xy数控机床课程设计。
一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握xy数控机床的基本概念、结构和原理；2. 使学生了解xy数控机床的编程方法及其在实际加工中的应用；3. 帮助学生理解xy数控机床的安全操作规程。
技能目标：1. 培养学生运用xy数控机床进行简单零件加工的能力；2. 提高学生编制xy数控机床程序的水平，熟练操作数控机床；3. 培养学生分析并解决xy数控机床加工过程中出现问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对xy数控机床及制造业的兴趣，培养其职业素养；2. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高其安全意识和责任心；3. 增强学生的团队合作意识，培养其沟通协调能力。
课程性质：本课程为专业实践课程，以xy数控机床的操作与编程为核心内容，注重实践操作和理论知识的结合。
学生特点：学生为中职或高职相关专业的二年级学生，具备一定的机械基础知识，但对xy数控机床的了解相对有限。
教学要求：结合学生特点和课程性质，采用任务驱动、分组合作的教学方法，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，提供个性化指导，确保课程目标的实现。
通过对课程目标的分解，为后续教学设计和评估提供具体、可衡量的依据。
二、教学内容1. xy数控机床概述- 介绍xy数控机床的定义、分类及发展趋势；- 阐述xy数控机床的组成、功能及其在制造业中的应用。
2. xy数控机床的结构与原理- 详细讲解xy数控机床的机械结构、数控系统及伺服系统；- 分析xy数控机床的工作原理及加工过程。
3. xy数控机床编程- 按照教材章节，介绍xy数控机床编程的基本指令、格式和编程方法；- 结合实际案例，讲解xy数控机床编程技巧及其在实际加工中的应用。
4. xy数控机床操作与加工- 详解xy数控机床的安全操作规程；- 指导学生进行xy数控机床的实操训练，包括零件加工、程序输入、机床调试等。
5. xy数控机床加工问题分析与解决- 分析xy数控机床在加工过程中可能出现的故障及原因；- 探讨解决问题的方法，提高学生分析问题和解决问题的能力。
XY数控机床工作台设计
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。
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2.1、导轨上移动部件的重量估算
重量：按重量=体积×材料比重估算（45钢密度7.85g/立方厘米）
工作台面尺寸：185mm×195mm×27mm
重量：76N。
上导轨座（连电机）重量：600N
夹具及工件重量：235N
X-Y工作台运动部分的总重量G：900N
2.2、铣削力的计算
零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。查表得立铣刀的铣削力计算公式为：
其中，每齿进给量 ，铣刀转速 ，可直接带入计算得1893N。
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可查表得出，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为： =2082.3N； =719.34N； =473.25N。
现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力 ，受到水平方向的铣削力分别为纵向铣削力 （丝杠轴线方向），径向铣削力
已知移动部件的总重量G，按矩形导轨进行计算，查表，取倾覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数 。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷为：
=1.1×2082.3×(719.34+473.3+900)=2301.0N
⑵、最大动载荷 的计算
工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度 ，初选丝杠导程 ，则此时丝杠转速 =200r/min
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。
根据任务规定工作台面尺寸，加工范围及工作台整体尺寸的要求，选择导轨的长度为
2.4、滚珠丝杠的设计计算
滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计算。
1、最大工作载荷 的计算
在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）为 ，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）为 ，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）为 。
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，且应有消除间隙机构。为此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。
④ 伺服电动机的选择
任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。
②对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S51作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。
③要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存贮器、数据存贮器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。
④选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用，我们将自行设计。
2.3、直线滚动导轨的参数确定
⑴、滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取
本设计中的X—Y工作台为水平布置，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，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为 =944.3N。
其中，移动部件重量为G，外加载荷
根据计算出的工作载荷，初选符合要求的直线滚动导轨副的型号。
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=115mmY=115mm；
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入 ，得丝杠寿命系数
查表，取载荷系数 ，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数 ，代入式 ，求得最大动载荷 =15590.3N。
2、初选型号
规格型号
公称直径de
基本导程
PH0
丝杠外径
d
滚珠直径
DW
螺旋升角
B
循环圈数
螺母安装尺寸
额定开荷
接触刚度
(N/um)
D
D1
D2
B
Md2d3H Nhomakorabeadm
L
动载Ca
静载Cao
1604-3
16
4
15.3
2.381
4°33’
3
32
55
42
10
4
10
5.8
6.
M6
37
5744
12174
375
1605-5
5
15.3
3.175
5°41’
3
32
55
42
11
4
10
5.8
6
M6
42
8640
13960
410
2004-3
20
⑤ 检测装置的选择
选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。
（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 ；
（10）最大被吃刀量 。
考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相同的型号与规格。
（2）控制系统的设计
①设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。