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、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 10350⎪⎭⎫ ⎝⎛=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 l310=++=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10350⎪⎭⎫ ⎝⎛=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）由表5-3，初选滚珠丝杠的基本导程为5mm 。
根据式（3-1）e u V l l l -= 其中，V l 为丝杠有效行程，u l 为丝杠螺纹全长，el 余程，根据表5-4，取余程20mm ，则u l =320mm 。
根据表5-5，在有效行程300mm 定位精度为13um 下，丝杠的精度等级为3T 级。
滚珠丝杠副的计算轴向动载荷为3161060⎪⎭⎫ ⎝⎛=e h k a t h we aj n Lf f f f f F C 其中 N F e 75.114203.0150225=⨯+=,取滚动导轨的摩擦系数为0.03μ=（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数）()min /400521000r n e =⨯= 查表：15000=h L ，1=t f ，1=a f ，95.0=w f ，1=h f ，，1=k f ，代入数据，得N C aj 5.775=,查阅工厂资料，取HJG-S2005-3,其额定动载荷为9022N,足够用。
②下丝杠（Y 向）由表5-3，初选滚珠丝杠的基本导程为5mm 。
根据式（3-1）e u V l l l -= 其中，V l 为丝杠有效行程，u l 为丝杠螺纹全长，el 余程，根据表5-4，取余程20mm 。
则u l =310mm 。
根据表5-5，在有效行程300mm 定位精度为13um 下，丝杠的精度等级为3T 级。
滚珠丝杠副的计算轴向动载荷为3161060⎪⎭⎫ ⎝⎛=e h k a t h w e aj n L f f f f f F C 其中 N F e 375.78203.0225150=⨯+=,取滚动导轨的摩擦系数为0.03.()min /400521000r n e =⨯=查表：15000=h L ，1=t f ，1=a f ，95.0=w f ，1=h f ，，1=k f ，代入数据，得N C aj 5.530=,查阅工厂资料，取HJG-S2005-3,其额定动载荷为9022N,足够用。
3.4、 步进电机的选用(考虑到重力影响，Y 向电机负载较大，因此确定此向电机。
)⑴、脉冲当量选择初选五相电机，按五相十拍工作时，步距角36.0=α，由于要求平台定位精度：mm X 300/013.0± mm Y 300/015.0±，取定位精度的（2131-）。
初定脉冲当量p mm /005.0=δ，中间齿轮传动比为 1005.0360536.0360=⨯⨯==δαsp t i ，（2）、等效转动惯量计算滚珠丝杠转动惯量（不计传动效率） ()24344010394.0321085.732232m kg l d J s ⋅⨯=⨯⨯⨯==--πρπY 以上平台和工作物重总重折算到轴上的转动惯量()2622221036.0126.098038812m kg i t gG W Jw sp ⋅⨯=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-ππ 因此，折算到电机轴上的等效转动惯量242103966.0m kg i J J J s w e ⋅⨯=+=-。
（3）、等效负载转矩计算(以下均为折算到电机轴的转矩）由式（4-7）-（4-9）可知：()()mN i t u F F M spx y t ⋅=⨯⨯⨯⨯+=+=132.018.02005.022503.01502ππη()m N it F M spf f ⋅=⨯⨯⨯⨯==003.018.02005.038803.02ππη ()()m N i t F M sp po ⋅=-⨯⨯⨯=-=008.09.0118.02005.050122200πηπη0η—滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取0.90上式中 η为丝杠预紧时的传动效率，取0.8，0p F 为预紧力，取501503131=⨯=y Fmin /40036036.0005.02000360maxmax r v n =⨯=⨯=αδ 取启动加速时间st a 03.0= 查表，初选电动机型号75BF005,矩频特性如下图所示最大静转矩mN M j ⋅=23.1max 转动惯量 215.0cm kg J m ⋅= , m f =1500Hz.故()()m N t n J J M a m e a ⋅=⨯⨯⨯+=+=-259.003.060833210013.03966.06024max ππm N M M M M f a q ⋅=++=++=2601.0008.0003.0259.00maxm N M M M M f t c ⋅=++=++=143.0008.0003.0132.00 m N M M M f k ⋅=+=+=011.0008.0003.00从上可知，一般情况q M 做为初选电动机的依据，21.023.12601.0/max ==j q M M 满足所需的转矩要求。
（4)步进电机动态特性校验 644.215.03966.0/==m e J J 小于4说明惯量可以匹配。
电机带惯量最大启动频率 Hz J J f f m e m L 9.1242644.212500/1=+=+=Hz v f q 3.333301.060200060max =⨯==δ大于l f ，所以与c f 对应的最大静转矩校核，显然满足要求。
综上所述，可选该型号的步进电机，具有一定的裕量。
3.5、确定联轴器的型号由于数控平台有冲击，且电动机工作时经常变速，故选用挠性联轴器。
查阅参考书表10-43选用A23型联轴器。
计算联轴器的转矩：由估算功率摩擦力作用很小，可忽略： KW W v F P y y 005.05602150==⨯=⋅= m N n P T ⋅===032.01500005.095509550 小于联轴器的允许转矩m N ⋅5.0，且工作速度min /1500r n =远小于允许最高转速25000.故满足要求。