XY工作台设计示例1分解
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。
数控钻床X—Y数控工作台设计
数控钻床X—Y数控工作台设计一：设计任务及基本参数1：设计任务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、数控铣床的和数控钻床的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意义。
模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、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，滚珠丝杠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、滚珠丝杠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。
本次设计是针对用于数控钻床的X-Y两自由度运动平台结构及其控制系统的设计。
图12：基本参数数控钻床的X-Y两自由度运动平台主要参数如下：1.钻头最大直径d=12 mm；2.钻头转速n=300r/min；3.每转进给量f=0.1mm/r；4.刀具材料为高速钢；5.工件材料为钢σb=650 MPa；6.X、Y方向的脉冲当量δx=δy=0.01 mm/脉冲；7.X、Y方向的定位精度均为±0.01 mm；8.工作台面尺寸为300×500 mm，加工范围为350×550 mm；9.工作台最快移动速度v xmax=v ymax=1500 mm/min。
3：最后提交的材料课程设计说明书一份；装配图.X-Y数控工作台机电系统设计说明书目录1. 课程设计任务： (5)2. 总体方案设计 (5)1)机械传动部件的选择 (5)(1)导轨副的选用 (5)(2)丝杠螺母副的选用 (5)(3)减速装置的选用 (5)(4)伺服电动机的选用 (5)(5)检测装置的选用 (6)2) 控制系统的设计 (6)(1)采用半闭环位置负反馈控制 (6)(2）步进电动机的半闭环控制 (6)(3）选择驱动电源 (6)3.机械传动部件的计算与选型 (6)1)导轨上移动部件的重量估算 (6)2)直线导轨副的计算与选型 (6)(1)滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (6)(2)距离额定寿命L 的计算 (7)3)滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7)(1)最大工作载荷m F 的计算 (7)(2)最大动载荷的Q F 计算 (7)(3)初选型号 (8)(4)传动效率 的计算 (8)(5)刚度的验算 (8)(6)压杆稳定性校核 (9)4)步进电动机减速箱的选用 (9)5)步进电动机的计算与选型 (9)(1)计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J (9)(2)计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (10)(3)步进电动机最大静转矩的选定 (10)(4 )步进电动机的性能校核 (10)(5)步进电动机的驱动电源选用 ........................................................................................................ - 10 -6）增量式旋转编码器的选用 ................................................................................................................... - 10 -4.工作台机械示意图的绘制（见附录） ..............................................................................-11 -5.工作台控制系统的设计 ......................................................................................................-11 -6.感想总结 ..............................................................................................................................-12 -参考文献 ..............................................................................................................................-13 -1. 课程设计任务：设计一个X-Y 两自由度运动平台，主要参数如下：额定负载20kg ；工作台面积尺寸为mm 500mm 300⨯XY 的定位精度均为0.1mm ±=δXY 方向的脉冲当量脉冲mm/005.0y x ==δδ 工作台最快移动速度min3000y x mm v v == 额定负载时XY 向的最大运行加速度2m s 1m a =2. 总体方案设计1)机械传动部件的选择(1)导轨副的选用选用直线滚动导轨副。
(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。
XY数控工作台机电系统设计
FQ3L0fWfHFm8881N
三、机械传动部件的计算与选型
（3）初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程.
查表，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副.
类型：内循环固定反向器单螺母式， 参数：其公称直径为20 mm，导程为5 mm，循环滚珠为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为 9309 N，大于FQ，满足要求。
算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量:
δ1 =Fma/(ES) =[1779×500/（2.1 ×206.12）] mm ≈ 0.0205 mm。
=206.12mm2。
三、机械传动部件的计算与选型
Z d0 / Dw
2）根据公式 ＝(
)-3,
Z
求得:单圈滚珠数 =20； 该型号丝杠为单螺母，滚珠的“圈数×列数”为3×1，代入公式：
根据公式(3-28)计算失稳时的临界载荷Fk。
f 查表3-34，取支承系数 =1；
由丝杠底径 =16.2 mm，求得截面惯性矩： k
d2
I d /64 4
≈ 3380.88 mm ；
2
K 压杆稳定安全系数 取3（丝杠卧式水平安装）；
三、机械传动部件的计算与选型
考虑立铣，则工作台受力如下： 垂直方向的铣削力Fz= Fe =556N， 水平方向的铣削力分别为Ff和Ffn。
现将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杠轴线方向），则： 纵向铣削力Fx= Ff=1609N， 径向铣削力Fy =Ffn= 366N。
三、机械传动部件的计算与选型 3. 直线滚动导轨副的计算与选型 （ 1）滑块承受工作载荷 的计算及导轨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 AT89C52作为控制系统的CPU，应该 能够满足任务书给定的相关指标。
X-Y机床工作台的设计
第一章微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容接到一个数控装置的设计任务后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分机械部分和电气部分进行设计计算。
现以机电一体化的典型产品—数控机床为例。
机床数控系统总体方案拟定内容有：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。
第二节总体方案的确定根据设计任务书的要求，数控X—Y工作台应该具有快速定位，直线插补，循环加工，手动操作等功能，所以选择要求的定位精度不高，为了满足数控机床的经济性要求，降低成本，采用步进电机开环控制系统。
根据设计要求，采用8位微机。
由于MCS-51系列单片机具有集程度高，可靠性好，功能强，速度快，扛干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，所以决定采用MCS-51系统的8031单片机扩展系统。
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、ROM及RAM 扩展存储器等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用八位数码管显示加工数据及机床状态等信息。
-1-总上所述，决定采用连续控制、用步进电机驱动的开环控制系统。
这样可使控制系统结构简单、成本低廉，调试和维修都比较容易。
为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，尽量采用低摩擦的传动和导向元件。
此工作台采用滚珠丝杠螺母副和滚动导轨。
为尽量消除传动间隙，可设法调整传动齿轮的中心距以消除齿恻间隙。
计算机系统仍采用高性能的、性价比高的MCS—51系列单片机扩展系统。
第三节X—Y工作台总体方案框图微机环行分配器光耦功放X步进电机X—Y工作台执行元件铣刀执行元件方向CP环行分配器光耦功放电机方向CP环行分配器光耦功放电机方向CPY步进Z步进-2- 第二章进给伺服系统机械部分设计计算第一节综合作业任务书题目[钻铣床用数控X—Y工作台]的设计给定条件：1．加工范围 X向200mm，Y向160mm2．定位精度±0.01mm3．最大移动速度 1.6m/min 最大切削力 200N4．外行尺寸不大于 500×450×200mm5．控制系统用C PU8031单片机第二节伺服系统机械部分设计计算一. 工作台尺寸及重量估算根据加工范围确定工作台的尺寸，X=240mm Y=180mm 工作台X 向拖板尺寸： 240mm ×180mm ×80mm 重量计算 (240×180×80×10-3×7.8×10-2)=270N 工作台Y 向拖板尺寸: 240mm ×240mm ×80mm 重量计算：( 240×240×80×10-3×7.8×10-2)=359N 导轨座的重量估算：约416N 夹具和工件的重量： 约150N X —Y 工作台的总重量为：1045N二．切削力为已知条件：最大切削力为 200N 三．选择脉冲当量一个进给脉冲使机床运动部件产生的位移量为脉冲当量，也称为机床的最小设定单位。
XY数控机床工作台设计
XY数控机床工作台设计一、引言XY数控机床是一种高精度、高效率的机床设备，广泛应用于各个制造行业。
在XY数控机床中，工作台起到了承载工件和刀具，并实现各个坐标轴的运动的重要作用。
本文将以XY数控机床工作台设计为主题，探讨其设计原理、重要参数以及常见的设计优化方法。
二、设计原理1.承载能力：工作台应能够在工作过程中承载工件和刀具的负载，同时保持机床结构的稳定性。
因此，在设计工作台时，应按照工作负载的需求选择合适的结构材料和尺寸。
2.运动精度：XY数控机床工作台的运动精度是其重要的设计指标。
它直接影响到加工零件的精度和表面质量。
为保证运动精度，设计时应注意优化螺旋副、导轨和滚珠螺杆等关键部件的设计和选用。
3.运动控制：XY数控机床工作台通常需要实现三个轴向（X、Y和Z 轴）的运动控制。
设计时应考虑各个轴线的坐标变换和运动速度控制，以实现精确和平稳的运动。
三、重要参数1.工作台尺寸：根据加工需求和工件尺寸，确定工作台长度、宽度和行程等参数。
合理的工作台尺寸可以提高工作效率，减少空转时间。
2.工作台承载能力：工作台承载能力是衡量工作台性能的重要指标。
应根据工作负载的需求，确定合适的工作台承载能力。
工作台承载能力不足会导致机床结构的不稳定和加工质量下降。
3.运动速度和加速度：运动速度和加速度的选择应根据具体的加工要求和工件材料而定。
太高的运动速度和加速度容易引起共振和振动，影响加工精度和表面质量。
四、设计优化方法1.结构优化：通过有限元分析和试验验证等手段，对工作台的结构进行优化，提高其刚度和稳定性。
例如，在结构上采用更加合理的设计，增加横向和纵向的加强筋，提高整体刚度。
2.导轨选择：导轨是影响工作台运动精度的关键部件。
为保证导轨的平稳和准确运动，可选择高精度且耐磨的直线导轨。
同时，必须做好导轨的保养和维护工作。
3.滚珠丝杠优化：滚珠丝杠是XY数控机床工作台运动的关键部件。
合理选用质量较好的滚珠丝杠，并加强对其润滑和运动的监测。
xy数控工作台课程设计
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=115mm Y=115mm ；（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20e a mm ；（10）最大被吃刀量10p a mm 。
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。
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。
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。
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 数控工作台设计
华东交通大学理工学院课程设计课程设计说明书题目： x-y数控工作台机电系统设计系部名称：机械电子工程系专业班级：机电1班学生姓名：学号：指导教师：2014年12月摘要X-Y数控工作台机电系统是一个开环控制系统,其结构简单,实用方便而且能够保证一定的精度。
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数控工作台作为课程设计的内容，对机械电子专业的学生具有普遍意义。
本文结合普通数控铣床的基本结构，设计了一台X-Y数控工作台，为铣床的数控化奠定了基础。
首先，确定了X-Y数控工作台的总体设计方案，包括机械传动部件的选择和数控系统的设计，机械传动部件的选择如导轨副选用，丝杆螺母副的选用，减速装置的选用，伺服电动机的选择等。
其次，对X-Y数控工作台进行机械部分设计，包括直线导轨副的计算与选型，滚珠丝杠螺母副的计算与选型等。
最后，对X-Y数控工作台系统设计。
通过设计能够满足设计要求，达到数控工作台的基本要求，因本人水平有限，错误和不足之处，敬请老师批评指正。
关键字：X-Y数控工作台，机电一体化系统，滚珠丝杠螺母副，伺服电动机目录第1章概述 ................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 设计任务................................................................................................... 错误！未定义书签。
第2章总体方案的确定 ...................................................................................................................2.1 机械传动部件的选择...................................................................................................................2.1.1 导轨副的选用............................................................................................................................2.1.2 丝杠螺母副的选用....................................................................................................................2.1.3 减速装置的选用........................................................................................................................2.1.4 伺服电动机的选用....................................................................................................................2.1.5 检测装置的选用........................................................................................................................2.2 控制系统的设计.........................................................................................................................第3章绘制总体方案图....................................................................................................................第4章机械传动部分的计算与选型.....................................................................................................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...................................................................................................4.3.1 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 ........................................................................4.3.2 距离额定寿命的计算................................................................................................................4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型...................................................................................................4.4.1 最大工作载荷F m的计算..........................................................................................................4.4.2 最大动载荷F Q的计算..............................................................................................................4.4.3 初选型号....................................................................................................................................4.4.4 传动效率η的计算....................................................................................................................4.4.5 刚度的验算................................................................................................................................4.4.6 压杆稳定性校核........................................................................................................................4.5 步进电动机减速箱的选用...........................................................................................................4.6 步进电机的计算与选型...............................................................................................................4.7 增量式旋转编码器的选用........................................................................................................... 第5章工作台控制系统的设计........................................................................................................................... 第6章步进电机驱动电源的使用.....................................................................................................................参考文献 .........................................................................................................................................一、设计任务 题目：X-Y 数控工作台机电系统设计任务：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）立铣刀最大直径d=15mm ； 2）立铣刀齿数Z=3； 3）最大铣削宽度a e =15 mm ； 4）最大背吃刀量a p =8 mm ； 5）加工材料为碳素钢；6）X 、Y 方向的脉冲当量δx =δy =0.005mm/脉冲； 7）X 、Y 方向的定位精度均为±0.01 mm ； 8）工作台导轨长度为1260mm ；9）工作台空载最快移动速度min /3000mm v v y x ==； 10）工作台进给最快移动速度v xmax =v ymax =3000 mm/min ； 11）工作台尺寸为230 mm³230 mm 12）加工范围伟250 mm³250 mm二、总体方案的确定 2.1机械传动部件的选择 2.1.1导轨副的选用要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，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。
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 。
(完整word版)XY工作台课程设计数控
数控机床课程设计说明书设计课题: X—Y数控工作台设计院别：专业班级：学号：姓名:指导老师:目录摘要 .................................................................................................................. I I 一前言. (1)二设计任务 (2)三设计主要步骤 (2)（一)确定设计总体方案 (2)1、初拟机械传动部件方案： (2)2、方案对比分析： (3)3、最终方案： (4)（二)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 计算切削力 (4)3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (6)4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (12)5 滑动导轨的设计计算 (18)6 其余部件的选取 (20)结论 (23)致谢 (23)参考文献 (24)摘要21世纪以来,人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化,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:十字工作台；滚珠丝杠;滚动导轨；步进电机AbstractSince the 21st century, the human economy has developed high speed，the people live have had the change which changes with each new day, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology，to various domains technology development enormous promotion effect。
数控x-y工作台系统设计
第1章绪论1.1数控机床的概述随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、中小批量生产的比重明显增加。
激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短。
传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。
因此近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术。
目前，数控技术正在发生根本性变革，它集成了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
汽车、拖拉机与家用电器等行业的产品零件，为了解决高产优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动化车间进行生产。
但是应用这些专用生产设备，生产准备周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长。
在机械产品中，单件与小批量产品占到70％一80％，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整。
通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量，特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
数控机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的，它为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。
数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD／CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。
同时，数控技术的利用关系到国家的战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
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机械部分改装设计计算示例11、初步确定工作台的尺寸及其重量根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为2190210mm ⨯，最大工件的重量为150kg 。
因此我初定工作台的320230230mm ⨯⨯。
工作台的材料为45号钢，其密度为337.810/kg m ⨯。
（取kg N g /10=）因此： 1.1、工作台（X 向托板）重量=体积×密度93123023020107.8101090G N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈1.2、取Y 向托板=X 向托板N G 902=1.3、上导轨座（连电机）重量初步取导轨座的长mm 400，宽为mm 200，高为mm 30。
因此93340020030107.81010190G N -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量 为：N G G G G 370190290321=+⨯=++=动根据要求所知，其最大加工工件为150kg ，因此：150103701870G N =⨯+=总2、传动系统设计2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2，由于定位精度在mm 02.0±内，因此：10.020.012mm δ=⨯=，2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为1=i ,取丝杠的导程为4P mm =。
取步距角β为0.9度，所以 脉冲当量0.01360Pi mm βδ== 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 3.1求丝杠的静载荷c F已知其计算公式c d H M F f f F = 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的,H f -硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2d f -载荷系数，取1.5 《数控机床系统设计》110P 表5-2 M F ：丝杠工作时的轴向阻力根据：0.0031870 5.6M Z F F N μ==⨯=其中μ为0.003-0.004 因此： 1.51 5.68.4c F N =⨯⨯= 3.2、确定动载荷及其使用寿命根据丝杠动载荷公式：H d eq C f F =式中：C ：额定动载荷d f ：动载荷系数，轻微冲击取1 H f ：硬度系数，HRC 58≥取1 eq F ：当量动载荷，N'L ：寿命根据：使用寿命使用寿命6300814400L h =⨯⨯= 所以'6660/106050014400/10432L nT h ==⨯⨯=式中的n 丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为2/min m ，因此其计算为：max 1000/10002/4500/min n V P r ==⨯=所以：343211 5.642.4=⨯⨯⨯=C N3.3滚珠丝杠的选取查/根据动载荷及动载荷和公称导程值的核对，最后选取的滚珠丝杠的型号为FF1204-3 ，其公称直径为12mm，公称导程为4mm，动静载荷分别为4KN和 6.7KN。
滚珠直径d=2.381mm,刚度208，外径1d =11.3mm,丝杠底径2d =9.5mm,循环圈数3。
滚道半径01.042d R ==1.238mm 《机电一体化技术基础及应用》27p 表2-4 偏心距200.707 3.36102d e R mm -⎛⎫=-=⨯ ⎪⎝⎭丝杠内径1022d D e R =+-=9.6mm (1) 稳定性计算 ()acr EI F l πμ=式中E=2.06a GP ()43410419.6104.2106464a dI m ππ--⨯⨯===⨯μ-长度系数，两端用铰链时μ=1 l =0.3m所以()()()2910323.14206104.17109.41010.3a cr EI F N l πμ-⨯⨯⨯⨯===⨯⨯ 因为339.410 1.68105.6cr M F F ⨯==⨯ 2.5~4 是安全的(2) 刚度验算按最不利情况考虑，螺纹螺距因受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向是一致的。
所以 2124211164s T S FS Gd Ed δππ=+ 式中 ()012MD T F tg λρ=+ , 00 6.05Ptg D λπ== 《机电一体化技术》27P 010.0030.17tg f tg ρ--===, ()33112105.60.17 6.05 3.67102T tg N M --⨯=⨯⨯+=⨯⋅S=P=4mm, 1d =9.6mm,G=83.3a GP .()()()6233236142242210311311316 3.6710410101644 5.6410103.148.33109.610 3.14 2.06109.6101.6410s T S FS mGd Ed mδμππμ------⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯每米螺纹长度上距离弹性变形为331.6410/0.41/410sm m m m s δμμ--⨯==⨯。
滚动螺旋p ss）（δ可按滑动螺旋（同精度等级）的一半，根据有关表得出p ss）（δ=15μm/m ，所以：ssδ <ps s）（δ(3)效率验算η=）（1tan tan ρλλ+=0t 6.05tan 6.050.17g +︒（）=0.9734、滚动导轨的计算与选择导轨是数控机床的重要部件之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度，精度与精度保持性。
4．滚动导轨副的结构介绍滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成，如图：1）导轨的当量载荷GGB25预加载荷类别为轻预载时，按表6.3-12（机电一体化设计手册—下册）查得预紧力为198.5N 。
、是两个导轨滑块的受力。
111.2187056144a b F F G N μ===⨯⨯=总 12561198.5760F F N ==+=2）当量载荷333122C F F F +==760N.3）计算额定动、静载荷计算长度寿命： 350w t c H f f f C L f ⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎝⎭动Fc式中： t f ——温度系数 ，按表6.3-3取t f =1c f ——接触系数，按表6.3-4取c f =0.81w f ——载荷系数，按表6.3-5取w f =1.5 f H --硬度系数，硬度58 ~64HRC 时取1.0——额定动载荷，南京艺工网查得GGB16AA 查得为8.51KN.41.110L KM =⨯以小时为单位的额定寿命 T=式中：l ——单向行程，l=0.34m n ——每分钟往返次数，2n=2.94220.34V l ==⨯，取n=3 代入数据解得：T= 89869h6360814400h T h =⨯⨯=, T，所选导轨类型符合.由网址 /查得南京艺工网 ， 选择GGBAA/AL 四方向等载荷型滚动直 线导轨副系列丝杠副滚珠。
如下图所示：选择GGB16AA 型号，其额定基本静载荷013.38C KN =. 4）验算额定静载荷 取安全系数，按下式验算FC max其中1max F F ==760N ， 00117.5F c f=>满足要求5、步进电机的设计计算和选用已知快进速度：max 2/min V m = 丝杆导程: 4P mm = 所以最高转速： max3max 500/min 10r P vn -==⨯最高频率：max3max33336010HZvfδ-==⨯⨯1计算系统在电机轴上的等效转动惯量工作台快速移动时的等效转动惯量：2max22max14n MV Jπ=式中：M=187kg , max 2/min V m =,,max3max 500/min 10r P vn -==⨯代入上式解得：()2242max 22212max 18720.761044 3.14500MV Kg m n J π-⨯===⨯⋅⨯⨯ 转动部件转换到电机轴上的等效转动惯量： 41220.7710J D L -=⨯ 式中：D ——丝杆公称直径12mm. l ——支座总长，l=400mm代入算得：4124126220.77100.771240010 6.410J D L kg m ---=⨯=⨯⨯⨯=⨯⋅因此总的转动惯量为：52128.2410J J J kg m -=+=⨯•总 2电动轴转矩的计算1）空载启动时，电动机的加速转矩：TnJ M a 6.9总= 式中的n 为丝杠的最高转速 T 为电机加减速时间（0.2s ）所以：58.24105000.021459.60.2a M N m -⨯⨯==•⨯2）电机轴上的摩擦转矩33018700.003410 4.471022 3.140.81f F P M N m i πη--⨯⨯⨯===⨯•⨯⨯⨯式中的η为伺服传动链的总效率，取0.83）计算附加摩擦力矩23max 00233(1)10218700.0034(10.9)100.85102 3.140.81a F P M iN m ηπη---=-⨯⨯⨯=⨯-⨯=⨯•⨯⨯⨯式中的0η为滚珠丝杠示预紧时的效率，取0.9。
因此由述计算可知电动机的总的转矩为333221.4510 4.47100.8510 2.6810a f M M M M N m----=++=⨯+⨯+⨯=⨯•4) 步进电动机的选择根据上述分析，最后我选定步距角为0.9度的型号为86BYG101的步进电动机，其最大静转矩为1.2>我所需要的0.0268。
其外形结构及尺寸如下图所示：6、联轴器的选择6.1、联轴器的介绍联轴器属于机械能用零误了件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。
在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲，减振和提高轴系动态性能的作用。
联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。
6.2、联轴器的选择由选择出丝杠的型号和步进电机的型号综合考虑联轴器的尺寸大小并选择相应d=12mm，电机轴端2d=9.5mm，由网址：的型号。
丝杠轴端1/查得：根据轴径选择联轴器的规格型号为：LK7-25-SLK7-257、轴承座的选择根据滚珠丝杠的公称直径为12mm，因此我先择的轴承座为：查/其外观图为：其参数为：根据参数，我所选的型号为EK-12装配参数：四、硬件系统设计1、DMC3000DMC3000系列是一种性能优越、功能强大的运动控制卡，特别适合于多轴插补联动等复杂用途。
由于卡上带有硬件插补处理器，两轴圆弧插补和多轴直线插补均可在卡上进行处理，PC机公需向卡上写入插补运动的终点和圆心值即可。
卡上的预置寄存器可预先存储下一运动的数据，待当前运动执行完毕后，即自动装载并执行下一动动，因此本卡能很好地执行多段连续路径插补动动。
此卡还有许多其它高级功能，如T/S形速度曲线、编码器或光栅计数、手轮输入、精密Z 信号找零、非对称速度曲线、动态可改速度和目标位置等DMC3000 特点1）四轴独立同时或插补运动 2）任意两轴和三轴线性插补功能3）常矢量速度连续插补功能 4）T/S 对称或非对称速度曲线5）两种编码器输入脉冲类型：A/B 相或双脉冲6）位置管理和软件限位开关功能 7）运动中可光滑改变速度和目标位置8）四轴可同时起动功能 9）功能强大的MOTION3000 测试软件10）最多可达16 进16 出I/O 11）每轴最大输出脉冲频率4MPPS 12）两轴圆弧插补功能 13）由上位机控制的位图插补功能14）两种脉冲输出类型：双脉冲或脉冲/方向15）每轴编码器输入脉冲频率最大1MHZ16）板卡号ID 设置，同一电脑最多可插12 块卡17）支持手轮和JOG 功能 18）可编程中断源19）DMC3400 DLL 函数库和适用于Windows 95/98/NT/200020）可用VB/VC/C++ BUILDER 等编程控制卡原理结构见下图XY工作台控制系统结构图四、总结经过10天时间的课程设计完成了整个钻床XY工作台的机械部分的设计、计算及选取。