X-Y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，
(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。
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。
数控车床XY轴工作台和控制系统设计说明书 毕业设计
数控车床XY轴工作台和控制系统设计说明书毕业设计数控车床XY轴工作台和控制系统设计摘要我设计的是车床XY轴工作台和控制系统，采用单片机控制步进电动机驱动工作台。
首先确定设计的总体方案，然后对车床的机械部分进行设计，其中包括工作台、滚动导轨、滚珠丝杠、步进电动机的设计和选用，最后对数控系统硬件和软件设计。
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。
关键词：数控车床 XY工作台控制系统前言一、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。
（一）、数控技术的发展趋势。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ,使制造业成为工业化的象征 ,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大 ,他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。
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看 ,其主要研究热点有以下几个方面:(1) 高速、高精加工技术及装备的新趋势(2) 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展(3) 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势（二）、对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于 1958 年 ,近 50 年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年 ,即封闭式发展阶段。
(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。
课程设计数控立式铣床XY工作台机电系统设计说明书
《机电一体化》课程设计数控立式铳床XY工作台机电系统设计院系:汽车学院专业:机械设计制造及其自动化班级:机电一班组长:雷博文组员：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成指导教师：蒋强目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三．总体方案的确定 (4)1、机械传动部件的选择..................................... ••:•. (3)(1) 导轨副的选用 (4)(2) 伺服电动机的选用 (4)(3) 工作台的选用 (4)2、................................................................. 控制系统的设计.. (4)3、................................................................. 绘制总体方案图.. (5)四、.......................................... 直线伺服电机的计算与选型51、.............................................. 导轨上移动部件的重量42、...................................................... 铣削力的计算43、........................................................ 载荷的计算74、............................................................ 初选型号75、............................................ 直线伺服电机可用性验算8五、........................................... 直线滚动导轨副的计算与选型81、直线滚动导轨选择理由 (8)2、直线导轨额定寿命L 的计算和选型 (10)3、光栅尺的选择 (11)4、工作台的选型 (12)六、PLC选型 (13)七、....................................................... 伺服放大器选型18八、控制系统硬件电路设计 (20)结束语 (21)参考文献 (22)一、设计目的课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：1) 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。
XY数控工作台机电系统设计
三、机械传动部件的计算与选型
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的 比值可由表3-5查得，考虑逆铣时的情况，可估算 三个方向的铣削力分别为：
进给力： Ff =1.1Fc≈1609N， 横向进给力：Fe =0.38Fc≈556N， 垂直进给力：Ffn =0.25Fc≈366N
三、机械传动部件的计算与选型
2）根据公式 Z ＝( d0 / Dw )-3,
求得:单圈滚珠数 Z =20； 该型号丝杠为单螺母，滚珠的“圈数×列 数”为3×1，代入公式：
Z ＝ Z ×圈数×列数， 得滚珠总数量 Z =60。
三、机械传动部件的计算与选型
丝杠预紧时，取轴向预紧力：
FYJ = Fm /3=593 N。
XY数控工作台机电系统设计
第七章 X-Y数控工作台机电系统设计
➢ 引言 ➢ 1 设计任务 ➢ 2 总体方案的确定 ➢ 3 具体设计
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。
二、总体方案的确定
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。
二、总体方案的确定
（5）检测装置的选用
应用环境：
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。
二、总体方案的确定
1．机械传动部件的选择
（1）导轨副的选用
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。
数控铣床XY工作台说明书
1摘 要当今世界当今世界电子电子技术迅速技术迅速发展发展，微处理器、微型，微处理器、微型计算计算机在各技术领域得到了广泛机在各技术领域得到了广泛应用应用，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。
能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。
关键字：机电一体化的基础关键字：机电一体化的基础 基本组成要素基本组成要素 特点特点 发展趋势发展趋势AbstractNow the world electronic technology rapidly expand, 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 andinformation 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 themechanical 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, thesystematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: words: Integration Integration Integration of of of machinery machinery machinery foundation foundation foundation basic basic basic component component component elements elements characteristic trend of development.目录第一章第一章 课程设计的内容和要求课程设计的内容和要求 ……………………………………………………………………………… 3 第二章第二章 系统的总体方案设计系统的总体方案设计 …………………………………………………………………………………… 4 第三章第三章 机械部分设计机械部分设计 …………………………………………………………………………………………5 3.1 脉冲当量和传动比的确定脉冲当量和传动比的确定脉冲当量和传动比的确定 ……………………………………………………………………………………………………………… 5 5 3.2工作台外形尺寸及重量初步估算…………………………………工作台外形尺寸及重量初步估算………………………………… 5 5 3.3 传动系统等效转矩惯量计算……………………………………传动系统等效转矩惯量计算……………………………………6 3.4 工作载荷分析及计算……………………………………………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…………………………………滚珠丝杠螺母副的选型和校核………………………………… 8 3.6 导轨的选型和计算………………………………………………导轨的选型和计算……………………………………………… 11 3.7 驱动电机的选择…………………………………………………驱动电机的选择………………………………………………… 11 第四章第四章 数控系统设计…………………………………………………数控系统设计…………………………………………………15 4.1 控制系统硬件的基本组成…………………………………控制系统硬件的基本组成…………………………………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…………………………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…………………………………………直线圆弧插补程序设计………………………………………… 19 参考文献参考文献 ……………………………………………………………………………………………………………………………………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：任务是： 设计一个数控X-Y 工作台及其控制系统。
X-Y数控工作台机电系统设计
X-Y数控工作台机电系统设计简介本文档旨在介绍X-Y数控工作台的机电系统设计方案。
X-Y数控工作台是一种能够实现在二维平面上进行精密定位和移动的工作台，通常用于加工、装配和检测等工作场景。
机电系统是该工作台的核心组成部分，负责控制工作台的运动和定位。
机械结构X-Y数控工作台的机械结构采用传统的XY平面结构，其中X轴和Y轴分别对应水平方向和垂直方向的移动。
工作台通过导轨、丝杠和电机实现位置的精密控制。
机械结构的设计需要考虑以下几个方面：1.刚性：机械结构需要具备足够的刚性，以保证工作台在运动和加工过程中的稳定性和精度。
2.导轨选型：导轨是机械结构的关键组成部分，需要选择高精度、低摩擦的导轨，以实现工作台的准确定位。
3.丝杠传动：为了保证工作台的高速运动和高精度定位，通常采用丝杠传动和步进电机驱动的方式。
丝杠需要选择精度高、承载能力强的型号，并考虑到丝杠的进给速度和负载特性。
4.电机选型：电机是工作台实现运动的关键，需要选择合适的步进电机或伺服电机。
选取电机时需要考虑到运动速度、加速度、精度要求和负载特性等因素。
电气控制系统电气控制系统是X-Y数控工作台的关键组成部分，负责实现机械系统的运动控制和位置定位。
电气控制系统的设计需要考虑以下几个方面：1.控制器：选择合适的数控控制器，如PLC、CNC等，能够满足工作台运动控制的要求，包括速度、加速度、精度和多轴控制等。
2.编码器：为了实现位置的准确度，可以在电机和丝杠之间增加编码器，通过反馈信号实时检测位置，从而调整电机的控制信号。
3.电气线路：设计合理的电气线路，包括电源线路、信号线路和电机驱动器连接线路等。
电源线路需要满足工作台电气设备的功率需求，而信号线路需要保证稳定和可靠的传输控制信号。
4.驱动器：选择适合的电机驱动器，根据电机类型和工作台运动需求确定驱动器的性能指标，如控制精度、输出功率和最大电流等。
软件控制系统软件控制系统是X-Y数控工作台的核心，通过编程实现工作台的运动控制和位置定位。
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。
X-Y双坐标数控工作台设计-任务书
机电一体化系统设计
双坐标数控工作台设计
说
明
书
学校：
班级：
学号：
姓名：
导师：
二〇**年十二月
任务书
班级：学号：姓名：
题目：双坐标数控工作台设计（200×200）
时间：20**年11月6日至20**年12月25日共6周
要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。
（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机）
具体任务：
1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）；
2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件；
3、机械部分装配图1张（A0）；
4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图1张（A1或A0）；
5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。
班级：
学生：
指导教师：。
机电一体化系统设计课程设计参考
机电一体化系统课程设计X-Y数控工作台设计说明书学校名称：班级学号：学生姓名：班级：2016年4月一、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 。
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。
(完整word版)X-Y数控工作台设计说明书(最终版)
1 、设计任务 (2)2、总体方案的确定 (3)2.1机械传动部件的选择 (3)2。
2控制系统的设计 (4)2。
3绘制系统组成框图 (4)2。
4绘制机械传动系统简图 (5)3、机械传动部件的计算与选型 (5)3.1脉冲当量的确定 (5)3。
2导轨上移动部件的重量估算 (5)3.3传动部件、导向部件的设计、计算和选用 (5)3。
3.1铣削力的计算 (6)3。
3。
2直线滚动导轨副的计算与选型 (6)3。
3.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)3。
4步进电动机减速箱的选用 (9)3.5步进电动机的计算与选型 (9)3。
5.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J (9)eq3.5。
2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (10)eq3。
5。
3步进电动机最大静转矩的选定 (12)3。
5.4步进电动机的性能校核 (13)4、控制系统硬件设计 (14)4。
1 根据任务书的要求，设计控制系统的时主要考虑以下功能： (14)4.2数控系统的组成 (14)4。
3 CPU的选择 (14)4。
4 驱动系统 (15)4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理 (15)4.4。
2步进电机驱动电源选用 (16)4.5其它辅助电路设计 (17)5、控制系统的软件设计 (18)5。
1 接口程序初始化 (18)5.2 步进电机驱动程序 (19)5.2。
1 电机的控制电路原理及控制字 (19)5.2。
2电机正反转及转速控制程序 (19)5.3圆弧插补程序的设计 (21)5.3.1 逐点比较法 (21)5.3.2 程序设计 (22)参 考 文 献 (25)1 、设计任务设计一个数控X-Y 工作台及其控制系统，该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。
设计参数如下：其它参数：根据设计要求，初令立铣刀齿数Z=3;X ，Y 方向的脉冲当量0.01/x y mm δδ==脉冲；X,Y±0.02。
方向的定位精度均为mm2、总体方案的确定2。
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 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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学校名称：设计组长：设计队员：指导老师：二〇〇七年三月一、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 。
上导轨座（连电机）重量：223(2201403821558)7.81010 1.110107π--⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯≈()N夹具及工件重量：约150N 。
X-Y 工作台运动部分的总重量：约287N 。
2.2、滚动导轨的参数确定⑴、导轨型式：圆形截面滚珠导轨 ⑵、导轨长度 ①上导轨（X 向）取动导轨长度 100B l = 动导轨行程 55l =支承导轨长度 155B L l l =+= ②下导轨（Y 向）50l = 100B l = 150L =选择导轨的型号：GTA16 ⑶、直线滚动轴承的选型 ①上导轨240()X G N =②下导轨287()Y G N =由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP 型直线滚动轴承的额定动载荷为370N ，大于实际动负载；但考虑到经济性等因素最后选择LM16UUOP 型直线滚动轴承。
并采用双排两列4个直线滚动轴承来实现滑动平台的支撑。
⑷、滚动导轨刚度及预紧方法当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。
当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。
此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。
2.3、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。
⑴、最大动负载Q 的计算H Q f P ω查表得系数1f ω=，1H f =，寿命值66010nTL =查表得使用寿命时间T=15000h ，初选丝杠螺距t=4mm ，得丝杠转速max 100010001250(/min)4V n r t ⨯=== 所以 6602501500022510L ⨯⨯==X 向丝杠牵引力1.414x x P f G =当 ()f 当——当量摩擦系数1.4140.01240 3.39()N =⨯⨯=Y 向丝杠牵引力1.4141.4140.01287 4.06()y yP f G N ==⨯⨯=当所以最大动负荷X 向 11 3.3920.6()x Q N =⨯⨯=Y 向 11 4.0624.7()y Q N =⨯⨯=查表，取滚珠丝杠公称直径 010d mm =，选用滚珠丝杠螺母副 的型号为 SFK1004，其额定动载荷为390N ，足够用。
⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算0.52=9.5d =见表2-1。
⑶、传动效率计算7.260.973()(7.260.2)tg tg tg tg γηγϕ===++式中：ϕ——摩擦角；γ——丝杠螺纹升角。
⑷、刚度验算滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程0L 的变化量1PL L EF=±Y 向所受牵引力大，故应用Y 向参数计算24.7()P N = 00.4()L cm = 6220.610(/)E N cm =⨯ ()材料为钢()2220.7983.140.52F R cm π⎛⎫=== ⎪⎝⎭所以 61624.70.51.210()20.6100.5L cm -⨯=±=±⨯⨯⨯ 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量2L 很小，可以忽略。
所以导程总误差()601001001.2103/0.4Lm m L μ-==⨯= 查表知E 级精度的丝杠允许误差15m μ，故刚度足够。
⑸、稳定性验算由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。
2.4、步进电机的选用⑴、步进电机的步距角b θ取系统脉冲当量0.01/p mm step δ=，初选步进电机步距角 1.5b θ=。
⑵、步进电机启动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为T ，负载力为P ，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做功有如下关系T Ps ϕη＝式中：ϕ ——电机转角；s ——移动部件的相应位移；η ——机械传动效率。
若取 b ϕθ=，则p s δ=，且S P P G μ=+，所以[]36()2p S b P G T N cm δμπθη+=式中：S P ——移动部件负载（N ）；G ——移动部件重量（N ）； z P ——与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（N ）；μ ——导轨摩擦系数；b θ——步进电机步距角，（rad ）；T ——电机轴负载力矩（N cm ）本例中，取0.03μ=（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），0.96η=，S P 为丝杠牵引力，24.7s H P P N ==。
考虑到重力影响，Y 向电机负载较大，因此取287y G G N ==，所以[]360.0124.70.03287 1.33()2 1.50.96T N cm π⨯+⨯==⨯⨯若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩0.3~0.5q TT =取安全系数为0.3，则 ()1.334.420.3q T N cm == 对于工作方式为三相六拍的三相步进电机max 5.10.866q j T T == ()N cm⑶、步进电机的最高工作频率max max 1000100011667()60600.01p V f Hz δ⨯===⨯查表选用两个45BF005-Ⅱ型步进电机。
电机的有关参数见表2-2。
表2-2 步进电机参数 ．5 19.62.5、确定齿轮传动比因步进电机步距角 1.5b θ=，滚珠丝杠螺距 4t mm =，要实现脉冲当量0.01/p mm step δ=，在传动系统中应加一对齿轮降速传动。
齿轮传动比123600.013600.61.54p b Z i Z t δθ⨯⨯====⨯选 117Z = ，228Z = 。
2.6、确定齿轮模数及有关尺寸因传递的扭距较小，取模数1m mm =，齿轮有关尺寸见表3-3。
2.7、步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，得()22101232180p d b Z J J J J J M Z δπθ⎛⎫ ⎪⎛⎫=++++ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭式中： d J ——折算到电机轴上的惯性负载（2kg cm ）； 0J ——步进电机转轴的转动惯量（2kg cm ）；1J ——齿轮 的转动惯量（2kg cm ）；2J ——齿轮 的转动惯量（2kg cm ）；3J ——滚珠丝杠的转动惯量（2kg cm ）；M ——移动部件质量（kg ）。
对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算()3420.7810J D L kg cm -=⨯式中：D ——圆柱零件直径（cm ）；L ——零件长度（cm ）。
所以()343210.7810 1.70.5 3.2610J kg cm --=⨯⨯⨯=⨯ ()343220.7810 2.80.523.910J kg cm --=⨯⨯⨯=⨯ ()343230.781015 3.910J kg cm --=⨯⨯⨯=⨯电机轴转动惯量很小，可以忽略，则()233173.261023.9 3.91028d J --⎛⎫=⨯++⨯ ⎪⎝⎭()2520.001250.4103.14 1.5180kg m -⎛⎫ ⎪+=⨯ ⎪ ⎪⨯ ⎪⎝⎭因为10.40.31914 1.274d M J J <==<，所以惯性匹配比较符合要求。
三、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。
3.1 CPU板3.1.1 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。