XY工作台设计说明书

目录

一、机电专业课程设计目的 (3)

二、总体方案设计 (3)

三、机械系统设计 (4)

1、计工作台外形尺寸及重量估算 (5)

2、电动机滚动导轨的参数确定 (5)

3、滚珠丝杠的设计计算 (6)

4、步进电机的选用 (7)

四、绘制装配图 (9)

五、电气原理图设计 (10)

1、功率单片机的选择 (10)

2、外部程序存储器的扩展 (10)

3、外部数据存储器的扩展 (10)

4、I/O口扩展电路 (11)

5、显示器接口设计 (11)

6、键盘接口电路设计 (11)

7、步进电机的接口电路设计 (11)

8、其他 (11)

六、参考文献 (12)

一、机电专业课程设计目的

本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的

综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；

（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下10方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6）

绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。

二、总体方案设计

2.1 设计任务

（1）题目：二坐标数控工作台设计。

（2）设计内容及要求：

1）工作台总装图一张（0号图纸）

2）控制电气图一张（1号图纸）

3）设计说明书一份（10-20页）

4）具体设计参数如下：

台面尺寸：140180⨯ 行程X ：140；Y:110

定位精度：mm X 300/013.0± mm Y 300/015.0±

典型工艺参数：台面速度 X: min /0.2m ，Y ：min /0.2m ；

进给抗力 X: 225N ； Y:150N ；

工作物重：8Kg 。

2.2 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受到负载力较小，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系列的8031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，且易扩展。

MCS-51的程序存储器空间为64K 字节。对于片内无ROM 的单片机8031，需进行程序存储器的扩展。本控制系统由由8031型单片机、数据锁存器74LS373、存储器EPROM2764、RAM6264、地址译码器74LS138、并行I/O 接口8255等集成电路构成

（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，因此采用直线滚珠导轨。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，为达到分辨率和结构简单的要求，尽可能使传动比为1。

三、机械系统设计

3.1、工作台外形尺寸及重量估算

由台面尺寸为140180⨯，查课程设计指导书表3-23，估计取工作台厚度30mm ，则重量：按重量=体积×材料比重估算

N 98108.7103014018023≈⨯⨯⨯⨯⨯--

X 向拖板（上拖板）：估计上丝杆长度，由e V u l l l +=，余程e l 查表5-4取20mm ，则丝杆长度约为320。电动机约2kg ，托板和导轨合估计为

N 210102108.7103018032023≈⨯+⨯⨯⨯⨯⨯--

工作物重为N 80

则X-Y 工作台运动部分的总重量：约388N 。

3.2、滚动导轨的参数确定

⑴、导轨型式：直线滚动导轨

⑵、导轨长度

①上导轨（X 向）

取动导轨长度 140=B l

动导轨行程 140=l

余程约为

20=e l 支承导轨长度 300

=++=e B l l l L 查标准，取值340

计算四滑块的载荷，工作台重量98N ，假设重物处于台中央，然后扩大载荷2倍。 N G F P 454≈+= 扩大后90N 。

计算需要的动载荷 10

350⎪⎭⎫ ⎝⎛=L f f f f P f C a c t h w a ， 查长方资料得： 1=h f ，1=t f ，81.0=c f ，1=a f ，1=w f 。

代入数据得N C a 2700=，由长方资料取取滚动导轨型号为：HJG-DA15C ，额定动载荷为6.8KN ，满足要求。

②下导轨（Y 向）

180=B l 110=l 20=e l

310=++=e B l l l L

查标准，取值340

计算四滑块的载荷，总重量388N ，假设重物处于台中央，然后扩大载荷2倍。 N G F P 3604≈+= 扩大后720N 。

计算需要的动载荷

10

3

50⎪⎭⎫ ⎝⎛=L f f f f P f C a c t h w a ，查长方资料得：1=h f ，1=t f ，81

.0=c f ，1=a f ，1=w f 。代入数据得N C a 5800=，由长方资料取滚动导轨型号为：HJG-DA15C ，额定动载荷为6.8KN ，满足要求。

3.3、滚珠丝杠的设计计算

①上丝杠（X 向）