XY工作台设计说明书
X-Y数控工作台设计说明书(最终版)
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。
（3）减速装置的选用
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，且应有消间隙机构。为此，本设计决定采用无间
2.2控制系统的设计.................................................................3
2.3绘制系统组成框图...............................................................3
2.4绘制机械传动系统简图...........................................................3
3、机械传动部件的计算与选型...........................................................4
3.1脉冲当量的确定.................................................................4
伺服系统实现位置伺服控制有开环、闭环、半闭环3种控制方式。开环控制的伺服系统存在着控制
精度不能达到较高水平的基本问题，但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差
不会积累；转速和输入脉冲频率严格的对应关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、
环境条件的波动而变化的特点。并且步进电机控制的开环系统由于不存在位置检测与反馈控制的问题，
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。
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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。
XY工作台说明书
XY⼯作台说明书⽬录⼀、设计说明（⼀）设计任务（⼆）总体⽅案的确定（三）系统总体⽅案设计⼆、机械部分设计（⼀）脉冲当量的选定（⼆）步进电机的选⽤（三）计算铣削⼒（四）滚珠丝杠副的选⽤（五）⼯作台尺⼨确定:（六）滚珠丝杠长度确定（七）丝杠传动效率计算（⼋）丝杠稳定性验算（九）丝杠刚度验算（⼗）计算减速器传动⽐（⼗⼀）齿轮机构设计（⼗⼆）传动系统是转动惯量计算（⼗三）步进电动机负载能⼒校验（⼗四）导轨的选型及计算三、控制系统电路设计（⼀）接⼝设计（⼆）伺服系统设计（三）步进电机驱动电路设计（四）运动控制器控制原理四、控制软件结构设计（⼀）直线插补程序（⼆）圆弧插补程序参考⽂献⼀、设计说明本设计是以PC平台为基础的数控X-Y⼯作台实验系统，它具有直线插补和圆弧插补等数控系统所使⽤的常⽤功能，结构简单，操作⽅便，控制精度相对较⾼, 可靠性、稳定性和实⽤性都很好。
X、Y两⽅向的运动各由⼀台步进电机控制。
数控系统每发出⼀个信号，步进电机就⾛⼀步，并通过中间传动机构带动两⽅向精密细⼩和形状复杂的零件。
线切割技术、线切割机床正在各⾏各业中得到⼴泛的应⽤。
因此研究和设计数控线切割有很强的现实意义。
微机控制技术正在发挥出巨⼤的优越性。
（⼀）设计任务:设计⼀个数控X-Y⼯作台及其控制系统,该⼯作台可安装在铣床上,⽤于铣削加⼯.设计参数如下:最在铣削直径： 20mm最在铣削宽度： 8 mm最⼤铣削深度： 5 mm加⼯材料：碳钢⼯作台加⼯范围： X=250,Y=180最⼤移动速度： 3 m/min（⼆）总体⽅案的确定数控X—Y⼯作台的总体⽅案设计应考虑以下⼏点：1．⼯作台应具有沿纵向和横向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采⽤连续控制系统。
2．在保证⼀定加⼯性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。
因此进给伺服统采⽤伺服电机开环控制系统。
3．纵向和横向进给是两套独⽴的传动链，它们各⾃由各的伺服电动机、联轴器、丝杠螺母副组成。
X、Y工作台设计说明书
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 (17)参考文献 (18)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。
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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。
机电一体化系统综合课程设计_X-Y数控工作台设计说明书
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--⨯⨯⨯⨯⨯≈N Y 向拖板（下拖板）尺寸： 14516050⨯⨯ 重量：约90N 。
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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=（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101.036049.03600=??==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 。
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数控台铣X-Y工作台进给伺服系统设计指导老师:班别:姓名:学号:目录第一章系统的总体方案设计 (2)第二章机械系统设计 (3)2.1 脉冲当量和传动比的确定 (3)2.2 传动系统等效转矩惯量计算 (3)2.3 工作载荷分析及计算 (4)2.4 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (5)2.5 导轨的选型和计算 (8)2.6 驱动电机的选择 (9)第三章控制系统设计 (12)3.1 控制系统硬件的基本组成 (12)3.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 (15)3.3 直线圆弧插补程序设计 (16)参考文献 (23)原始数据设计一个数控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。
设计参数如下： 最大铣刀直径mm 最大铣削宽度 最大铣削深度 加工材料 工作台加工范围（mm ） 最大移动速度 32 mm16mm6mm碳钢X=500，Y=4503 m/min第一章 系统的总体方案设计图1-1 系统总体方案由设计任务书可知，本次设计可以采取一下方案：1.1 机械系统1.1.1 传动系统采用滚珠丝杠和联轴器传动 1.1.2 导向系统采用滚珠直线导轨 1.1.3 执行电机采用步进电动机1.2 传感系统本次设计的系统精度不高，载荷不大，因此采用开环控制。
1.3 控制系统采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。
因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有着正比关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。
因此通常在精确度要求不是很高时，采用步进电机是合理的。
当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。
ea pa图1-2开环控制流程图第二章 机械系统设计2.1 脉冲当量和传动比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 。
根据脉冲当量和系统总体方案，还有混合式步进电动机的优点，在网上（/docc/product.htm ）暂选57BYG4504型的步进电动机。
X-Y工作台课程设计说明书
目录一、设计任务P1二、脉冲当量和传动比的确定P1三、工作载荷分析及计算P2四、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 P3五、导轨的选型和计算 P5六、电动机的选型和校核 P7七、步进电机控制电路设计P15八、参考文献P19附加一张数控系统框图和一张软件框图专业课程设计说明书一、设计任务设计一个数控X-Y 工作台及其控制系统。
该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。
1）设计要求1. 了解机电一体化化概念及机电一体化技术、机电一体化产品的含义。
2. 领会机电综合设计训练的意义。
3. 了解机电综合设计的几大步骤。
2）设计参数的确定设计参数：系统分辨率为0.01mm ，最大铣刀直径Φ=16mm ，最大铣削宽度ae=5mm,最大铣削深度ap=2mm,加工材料为碳钢，工作台加工范围X=200mm,Y=150mm ，最大移动速度Vmax=3m/min.3）方案的分析、比较、论证本设计是一种经济型数控工作台，采用开环控制，主控装置为单片机，软件环形脉冲输出，驱动电路为高低压驱动电路，驱动电机为步进电动机，传动变换机构采用滚珠丝杠副。
二、脉冲当量和传动比的确定1）脉冲当量的确定：本设计采用步进电动机，等每脉冲代表电机一定的转角，这个转角经滚珠丝杠使工作台移动一定的距离。
每个脉冲所对应的工作台的移距，称为脉冲当量或分辨率，记为δp ，单位为mm/脉冲。
根据工作台进给系统所要求的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 。
2）传动比的计算：传动比的计算公式 pbLo i δθ360= 其中，θb 为步进电动机的步距角，Lo 为滚珠丝杠导程，δp 为系统脉冲当量，由公式可知，系统的传动比与θb,δp,Lo 有关。
因此，要计算系统传动比，必须先确定θb,δp 和Lo ，步进电动机步距角的选用原则为：定位精度要求不高的控制系统选用步距角大、运行频率低的步进电动机；定位精度要求较高、运行速度范围较广的控制系统，则应选用步距角较小，运行频率较高的步进电动机。
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2 •技术要求 ......2.1设计题目・・・・・・・， 2.2技术数据・・・・・・・, 2.3设计要求・・・・・・・， 3•总体构造设计・・・・・・・・,3.1滚珠丝杠选取....................................... 错误!未指定书签。
3.2滚珠丝杠副 ......................... 错误!未指定书签。
....................................... 错误!未指定书签。
....................................... 错误!未指定书签。
3. 3稳定性运算，空载运行时工作台的速度.••错误!未指定书签。
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3.4滚动导轨 ........................... 错误!未指定书签。
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5 ...................................... 错误!未指定书签。
3.5选取电机 ........................... 错误!未指定书签。
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4 •结语................................... 错误!未指定书签。
XY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.3。
X-Y数控工作台设计说明书[1]
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X-Y数控工作台设计说明书[1]1、总体方案设计1.1 设计任务课程设计任务：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，根据实验条件进行调试，完成整个开发系统。
1.2 总体方案确定1.2.1 方案确定思想方案一：机械部分传动：滚珠丝杠螺母副支撑：双推-双推式滑动导轨控制部分控制器件：单片机控制方式：开环控制伺服电机：步进电动机优点：采用滚珠丝杠螺母副，可实现旋转运动与直线运动相互转换，在具有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。
优点是摩擦系数小，传动效率高，灵敏度高，传动平稳，不易产生滑行，传动精度和定位精度高；磨损小，使用寿命长，精度保持性好。
双推式支撑实现高精度传动，采用单片机控制步进电动机，响应快速而准确。
缺点：滚珠丝杠螺母副的不足在于制造工艺复杂，成本高，不能自锁，故需附加制动装置。
开环控制精度比较低。
方案二：机械部分传动：同步带传动支撑：滑动导轨力，滚轴丝杠传递动力，总体采用开环控制。
1.2.3 总体方案系统组成机械系统由滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副、步进电机、单列角接触球轴承等组成。
控制系统由单片机和计算机等组成。
2、机械系统设计2.1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、滚珠丝杆副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为900N 。
2.2 直线滚动导轨副的计算与选型（1）滑块承受工作载荷F max 的计算方法及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动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、四滑块的支承形式。
单滑块所承受的最大垂直方向载荷为；Fmax=G4=225N查表，根据工作载荷F max =0.225kN ，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JAS-LG15型，其额定动载荷C a =7.94kN ，额定静载荷C 0a =9.5kN 。
数控铣床X-Y工作台结构设计说明书
数控铣床X-Y工作台结构设计说明书目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 课题来源及研究目的和意义 (4)1.2 数控铣床的现状及趋势 (4)1.3 数控铣床进给机构的方案分析..........................错误！未定义书签。
1.3.1 机械结构分析....................................错误！未定义书签。
1.3.2 机械结构总体方案和布局..........................错误！未定义书签。
第2章机械结构的设计..................................错误！未定义书签。
2.1滚珠丝杠的设计 (13)2.2滚珠丝杠副丝杠副传动法面截形，循环方式等的确定 (14)2.3滚珠丝杠的预紧 (15)2.4滚珠丝杠选取与校核 (17)第3章滚动轴承的选取与计算 (20)3.1 轴向滚珠丝杠轴和径向滚珠丝杠轴受力分析 (20)3.2 计算轴承寿命 (22)3.3当量载荷 (23)第4章步进电机的选取及设计计算 (26)4.1转动惯量计算 (26)4.2将负载质量换算成电机输出轴上的转动惯量 (27)4.3计算电机输出的总力矩 (27)4.4负载起动频率估算 (27)第5章联轴器的选取 (28)第6章齿轮减速器的选取 (28)第七章进给系统精度校核 (33)7.1支承滚珠丝杠轴承的变形 (33)7.2支承滚珠丝杠轴承的轴向变形 (34)第八章关于Solidworks设计 (35)8.1 草图绘制 (36)8.2基准特征，参考几何体的创建 (37)8.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建 (38)8.4工程图的设计 (39)8.5装配设计 (40)第九章三维设计总结 (41)结论 (37)参考文献 (42)致谢 (43)摘要X-Y数控工作台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。
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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………………………………………………………22参考文献 (30)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：Pb Li 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，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101.036049.03600=⨯⨯==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 ＝200mm ，Y ＝150mm 。
工作台尺寸一般为工作台加工范p δ围的1.1倍。
所以：X＝200×1.1＝220mm, Y ＝150×1.1＝165mm ，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 ＝10mmB ＝18mmC ＝8mm H ＝21mm 间距取50mm一取工作台厚度为T 型槽厚度的2倍，即2×21＝42mm 。
工作台质量：333307.8102751022010421019.82M kg ρν---==⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=,即纵向丝杠所承受的质量。
在工作台上的工件和夹具的质量估计为160M kg =所以总的移动部件的重量为0119.826079.8280M M M kg kg kg =+=+=≈3、工作载荷分析及计算3.1销削力的分析与计算铣削运动的主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给）。
根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》选铣刀。
由表3－16，根据最大铣刀直径d ＝20mm ，最大铣削宽度10e a mm =，最大铣削深度5p a mm =选择莫氏锥柄立铣刀，立铣刀各参数如下：由表5－11 高速钢立铣刀铣平面的铣削进给量中选取 ，由专业课课程设计指导书表2－2查得高速钢铣刀铣削力公式，选定铣刀转速min /600r n =，由专业课课程设计指导书表2－3查得切削力公式中铣削力系数)/(07.0z mm a f =2.68=Fz C ，因此铣削力z F 为：由表2－1和表2－2中f a 表示每齿进给量)/(齿mm ，即铣刀每转一个齿间角时，工件与铣刀的相对移动量，每齿进给量f a 、每转进给量)/(r mm f 和工作台进给速度v 三者之间的关系为 min)/(mm zn a v f = 式中z 为铣刀齿数，n 为铣刀转速min)/(r可得工作台进给速度min)/(126min)/(600307.0mm mm zn a v f =⨯⨯==3.2进给工作台工作载荷计算作用在工作台上的合力F '与铣刀刀齿上受到的铣削力的合力F 大小相同，方向相反，合力F '就是设计和校核工作台进给系统时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台纵向进给力方向载荷L F ，工作台横向进给方向载荷C F 和工作台垂直进给方向载荷V F 。
工作台工作载荷L F 、C F 和V F 与铣刀的切向铣削力z F 之间有一定的经验比值。
因此，根据专业课课程设计指导书表2－4，查工作台载荷与切向铣削力的经验比值：求出z F 后，根据最大的经验比算，即可计算出工作台的计算载荷L F 、V F 和C F 。
11538.12977.21L z F F N=⨯=⨯=Za d a a C F p feFz z ⋅⋅⋅⋅⋅=-86.0072.086.081.90.860.720.869.8168.2100.072043-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯814.32N=0.20.2814.34325.74C z F F N ==⨯= 0.40.4813.34651.47V z F F N ==⨯=4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核4.1滚珠丝杠螺母副类型选择4.1.1主要类型采用回珠器处在螺母之内的钢珠内循环方式，另外，为了消除间隙和提高滚珠丝杠副的钢度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，初步选用垫片预紧式。
4.1.2主要参数及代号4.1.2.1滚珠丝杠副的主要参数①公称直径m d ，数控机床常用的进给丝杠的公称直径m d 为mm 30φ至mm 80φ，但这是X-Y 工作台，m d 不用太大，初选020d mm =。
②基本导程(螺距)0L ，由步距角︒=9.0b θ、脉冲当量脉冲/01.0mm P =δ和传动比1=i 确定mm i L b p 4/3600==θδ。
③精度等级，一般选用4级~7级，数控机床及精密机械可选用2级~3级。
它是滚珠丝杠副的重要指标，直接影响定位精度、承载能力和接触刚度。
4.1.2.2滚珠丝杠副的标注查专业课课程设计指导书丝杠的特征代号见表2-6，初步选择滚珠丝杠副为FDM1604-3，导轨面的硬度为58~64HRC 。
查《机械设计手册》第三版第3卷成大先主编 表12-1-17 其具体参数如下：4.2滚珠丝杠螺母副的型号选择及校核步骤4.2.1最大工作载荷滚珠丝杠上的工作载荷)(N F m 是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫进给牵引力。
m F 采用实验公式计算，对于三角形或综合导轨)('G F f KF F V L m ++= 专业课课程设计指导书（2-12）式中：L F 为工作台纵向进给力方向载荷，V F 为工作台垂直进给方向载荷，G 为移动部件的重力（N ），K 和'f 分别为考虑颠覆力距影响的实验系数和导轨上的摩擦系数，对于三角形或综合导轨K ＝1.15，滚动导轨005.0~0025.0'=f ，取004.0'=f 。
所以：'() 1.15814.340.004(651.478010)1356.02m L V F KF f F G N =++=⨯+⨯+⨯=4.2.2最大动负载C 的计算及主要尺寸初选 滚动丝杠最大动载荷C 可用下式计算：m m F f L C 3= 专业课课程设计指导书（2-14）式中：L 为工作寿命，单位为r 610，610/60nt L =；n 为丝杠转速min)/(r ，0/1000L v n =；v 为最大切削力条件下的进给速度min)/(m ，0L 为所预选的滚珠丝杠的导程，待刚度验算后再确定；t 为额定使用寿命（h ），可取t=15000h ；m f 为运转状态系数，无冲击取1~1.2，一般情况取1.2~1.5，有冲击振动取1.5~2.5；m F 为滚珠丝杠工作载荷（N ）。
初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷a C 不得小于最大动载荷C ；C C a >。
取1.1=m f ，而工作台进给速度min)/(126mm v =，则工作寿命L ：)10(35.28410/150001266010/10006010/6066066r L vt nt L =⨯⨯⨯=⨯==则 1.11356.024710.8m m C F N N⨯=因为8.2a C kN C =>，所以所选滚珠丝杠螺母副符合最大动载荷要求。
4.2.3传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率η为：)tan(tan ϕλλη+= 专业课课程设计指导书（2-15）其中，λ为丝杠螺旋升角，可由00arctan arctan 41.21016L d λππ===︒⨯⨯，ϕ为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数004.0~003.0=f ，其摩擦角约等于'10。
tan tan1.201100%100%87.87%tan()tan(1.21010)ληλφ︒=⨯=⨯='+︒+滚珠丝杠副的传动效率较高，一般取0.8~0.9之间，可知，上式传动效率计算有效。
4.2.4刚度验算4.2.4.1丝杠的拉压变形量1δ滚珠丝杠计算满载时拉压变形量：EALF m ±=1δ 专业课课程设计指导书（2-15） 其中：1δ为在工作载荷m F 作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量)(mm ，m F 为丝杠的工作载荷)(N ，L 为滚珠丝杠在支承件的受力长度)(mm ，取mm L 400=，E 为材料弹性模量，对钢Mpa E 4106.20⨯=，A 为滚珠丝杠按内径确定的截面积)(2mm ，22217.5()()376.6822d A mm ππ==⨯=，“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。
则 141356.024000.0066920.610376.68m F L mm EA δ⨯=±=±=⨯⨯ 4.2.4.2滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2δ该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。
有预紧时，可以使用下式计算：)(0013.0322mm ZF D F YJ w m∑=δ 专业课课程设计指导书（2-17）其中：w D 为滚珠直径)(mm ，∑Z 为滚珠总数量列数圈数⨯⨯=∑Z Z ，Z 为一圈的滚珠数，，)(3)/(0内循环＝-w D d Z π，0d 为滚珠丝杠的公称直径)(mm ，YJ F 为预紧力)8.91(N kgf kgf =，，m F 为滚珠丝杠的工作载荷)8.91(N kgf kgf =， 查表可得381.2=w D0(/)3()20/3317.934w Z d D ππ-=⨯-=＝内循环17.64332107Z Z ∑=⨯⨯=⨯⨯≈圈数列数1356.02/10135.602m F kgf kgf ==，11135.602/1046.12333YJ m F F kgf kgf ==⨯=20.00130.00154mm δ===由于当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的1/3时，2δ值可减少一半左右。