XY 工作台课程设计说明书
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。
开环控制的数控XY工作台 课程设计说明书
目录第一章设计内容及计算 (2)1.1 设计的目的 (2)1.2 设计要求 (2)1.3 完成内容 (2)1.4 技术参数 (2)1.5 总体方案的确定; (2)第二章机械部分设计 (3)2.1 工作台部分的形状及材料选择 (3)2.2 工作台外形尺寸及重量估算： (3)2.3 铣削力P Z1的计算 (4)2.4 铣削力PZ2的计算 (4)2.5 滑动导轨的参数确定 (4)2.6 滚珠丝杠的负荷计算 (4)2.6.1 滚动体尺寸与数目的确定 (5)2.6.2 传动功率计算 (5)2.6.3 步进电机的选择 (5)2.7 齿轮传动设计计算 (6)第三章机床数控系统硬件电路设计 (7)3.1 键盘、显示器 (7)3.2 步进电机驱动电路 (7)3.2.1 其它辅助电路设计 (8)3.2.2 硬件电路设计说明 (8)3.3 系统控制的软件设计 (9)3.3.1 系统控制软件的主要内容 (9)3.3.2 程序设计要求 (9)3.4 系统软件设计说明 (10)3.4.1 系统功能控制分析 (10)3.4.2 系统管理程序设计： (11)53.4.3自动加工程序设计 (12)参考文献 (17)第一章设计内容及计算1.1 设计的目的1）正确运用机电一体化系统设计课程的基本理论与有关知识，学会设备比较分析及进行必要计算。
2）通过对设备改造部分的机械设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确结构设计方法。
3）通过数控系统硬件和软件设计，掌握简单的设计方法。
4）通过课程设计，树立设计思想，培养分析、解决问题的能力。
5）提高学生应用手册、标准与编写文件资料的能力。
1.2 设计要求设计一台步进电机驱动的开环控制的X-Y工作台，该工作台可安装在立式铣床上，用于钻孔和铣削加工。
所用刀具均为高速刚刀具，加工材料为青铜、铝、有机玻璃等其它易加工材料。
最大钻孔直径d=5.0;mm，最大铣削刀具直a=3mm，最大铣削深度a p=10mm.要求采用径为 15mm，最大铣削余量eMCS-51单片机作为数控系统的控制主机。
X-Y数控工作台设计说明书
毕业设计工作台设计说明书学校名称：山东科技大学设计队员：指导老师：二〇一四年三月一、总体方案设计（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○1导轨方案一:滚珠导轨方案二:滑动导轨○2传动副方案一:滚珠丝杠方案二:同步带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。
1.1 设计任务设计一个SMT贴装机机械手系统运动平台。
该平台可用于实现SMT贴装机的定位.自定设计参数如下：重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。
负载重量G=150N；平台尺寸C×B×H＝mm×mm×mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝mm×mm×mm；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 。
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。
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 (2)2.1机械传动部件的选择 (2)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)3.2导轨上移动部件的重量估算 (4)3.3传动部件、导向部件的设计、计算和选用 (4)3.3.1铣削力的计算 (4)3.3.2直线滚动导轨副的计算与选型 (4)3.3.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (5)3.4步进电动机减速箱的选用 (7)3.5步进电动机的计算与选型 (7)J (7)3.5.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量eqT (8)3.5.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq3.5.3步进电动机最大静转矩的选定 (10)3.5.4步进电动机的性能校核 (10)4、控制系统硬件设计 (11)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： (11)4.2数控系统的组成 (11)4.3 CPU的选择 (11)4.4 驱动系统 (12)4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理 (12)4.4.2步进电机驱动电源选用 (13)4.5其它辅助电路设计 (14)5、控制系统的软件设计 (15)5.1 接口程序初始化 (15)5.2 步进电机驱动程序 (15)5.2.1 电机的控制电路原理及控制字 (15)5.2.2电机正反转及转速控制程序 (15)5.3圆弧插补程序的设计 (17)5.3.1 逐点比较法 (17)5.3.2 程序设计 (17)参考文献 (20)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： 设计分组最大铣刀直径Φmm 最大铣削宽度a e 最大铣削深度a p 加工材料 工作台加工范围（mm ） 最大移动速度 2 20 mm 8 mm 5 mm 碳钢 X=250，Y=1803m/min 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 方向的定位精度均为mm ±0.02。
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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。
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。
XY工作台说明书
XY⼯作台说明书摘要当今世界电⼦技术迅速发展，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：机电⼀体化的基础基本组成要素特点发展趋势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 and information 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 the mechanical 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, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.⽬录第⼀章课程设计的内容和要求 (3)第⼆章系统的总体⽅案设计 (4)第三章机械部分设计 (5)3.1 脉冲当量和传动⽐的确定 (5)3.2⼯作台外形尺⼨及重量初步估算 (5)3.3 传动系统等效转矩惯量计算 (6)3.4 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 (8)3.6 导轨的选型和计算 (11)3.7 驱动电机的选择 (11)第四章数控系统设计 (15)4.1 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 (17)4.3 直线圆弧插补程序设计 (19)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：设计⼀个数控X-Y⼯作台及其控制系统。
X-Y工作台说明书详解
目录目录 .................................................. 1.. .1.摘要 (2)2.技术要求 ....................................................3. ..2.1 设计题目 ....................................................3. ..2.2 技术数据 ....................................................3. ..2.3 设计要求 ....................................................3. ..3.总体结构设计 ....................................................4. ..3.1 滚珠丝杠选取 ....................................................4. ..3.1.1 计算载荷............................................... 4...3.1.2计算额定动载荷计算值Ca ................. 5.3.2 滚珠丝杠副 .................................................... 5. ..3.2.1根据Ca 选择滚珠丝杠副................. 5..3.2.2 滚珠丝杠副校核......................... 6..3.3稳定性运算，空载运行时工作台的速度 ........... 6.3.3.1 计算临界转速............................................... 6..3.3.2 压杆稳定性计算............................................... 7..3.4 滚动导轨 .................................................... 7. ..3.4.1 计算行程长度寿命Ts.............................................. 7..3.4.2计算动载荷C j.............................................. 7..3.5 选取电机 .................................................... 9. ..3.5.1 电机的初选............................. 9..3.5.2 步进电机转矩校核....................... 9..4.结语 .................................................. 1.2 ..5.参考文献 .................................................. 1.. 3.1.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。
x-y数控工作台说明书
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。
XY工作台说明书
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1 •摘要错误!未指定书签。
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。
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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。
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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（电气部分）学院：信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机械三班*名：***学号： ********指导老师：季国顺金成柱聂欣目录一、总体方案设计 (1)1.1设计任务 (1)1.2总体方案确定 (1)二、机械系统设计 (4)2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (4)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 (6)2.5 步进电机的选型与计算 (6)三、控制系统硬件设计 (8)3.1 CPU (8)3.2 驱动系统设计 (10)3.2.1步进电机的驱动电路 (10)3.2.2电磁铁驱动电路 (12)3.2.3电源转换 (12)四、控制系统软件 (13)4.1控制系统软件总体方案设计 (13)4.2主流程设计 (13)4.3中断服务流程 (15)4.3.1 INTO中断服务流程图 (15)4.3.2 INTI 中断服务流程图 (16)4.4软件调试 (17)4.4.1 复位程序流程图 (17)4.4.2 X轴电机点动正转程序流程图 (19)4.4.3 绘制圆弧程序流程图 (20)4.4.4 步进电机步进一步程序流程图 (21)五、总结 (22)六、参考文献 (23)七、附录 (24)一、总体方案设计1.1机电专业课程设计的任务主要技术指标：一定的规格要求（负载重量G=500N；台面尺寸C×B×H=240×254×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1=550×550×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm；Y=300mm；工作台最快移动速度为1m/min；重复定位精度为±0.02mm，定位精度为±0.04mm；设计具体要求完成以下工作：（1）数控工作台装配图1张；（2）数控系统电气原理图1张；（3）设计说明书页1本；所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。
1.2 总体方案确定图1-1 系统总体框图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±0.02mm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。
为此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。
④伺服电动机的选择任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级。
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。
⑤检测装置的选择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。
任务书所给精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。
增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。
考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相同的型号与规格。
二、控制系统的设计①设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。
②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AT89S51作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。
③要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存贮器、数据存贮器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。
④选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。
二、机械系统设计2.1 工作台外形尺寸及重量估算工作台面尺寸：长⨯宽⨯高（mm) 240×254×15重量：按重量=体积×材料比重估算240×254×15×10-3×7.8×10-2≈71.323 N上导轨座（连电机）重量：254×550×(184-15) ×10-3×7.8×10-2≈1841.5254 N夹具及工件重量：约150N累计重量：2060 N2.2 直线导轨副的计算与选型1.滑块承受工作载荷 Fmax (单个滑块所受最大垂直方向）Fmax=F+G/4=1015 N （2-1）查表3-41,初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG15,其额定载荷Ca=7.94 KN,额定静载荷Coa=9.5 KN任务书规定台面尺寸240mm×254mm ，加工范围 300mm×300mm ,由表3-35选取导轨长度为580mm2.3 滚珠丝杆的设计计算1.最大工作载荷F m 的计算移动部件总重量2060N ，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数k1.1,滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005F m =μG=1664.3N （2-2）2.最大动载荷F Q设工作台最快进给速度为1000mm/min,初选丝杠导程P h =5mm此时丝杠转速n=v/P h =200r/min （2-3）求滚球丝杠的使用寿命T=15000h ，代入L O =60n T/106,得丝杠寿命系数L O =180（106r ）查表3-30，取载荷系数fW=1.2,滚道硬度为60HRC ，取硬度系数fH=1.0，代入F Q =N F f f L m H w 4.1127630≈ （2-4）3.初选型号根据计算出最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-31，选济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G 系列2505-4型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径25mm ，导程5mm ，循环滚珠为4圈×2列，精度等级取5级，额定动载荷大于FQ 。
4.传动效率η的计算将公称直径do=25mm,导程Ph=5mm,代入λ=arctan(P h /πd 0)，得丝杠螺旋升角λ=3°38′，得传动效率η=95.6%.5.刚度的验算⑴X-Y 工作台上两层滚珠丝杠副的支承切采用一对推力角接触球轴承，左右支承的中心距离为a=500mm ，钢的弹性模量E=2.1×105MPa,查表3-31，得滚珠直径Dw=3.175mm,丝杠底径d2=21.2mm ，丝杠截面积222/4352.8S d mm π==，根据1/()m F a ES δ=： （2-5） 得在Fm 作用下产生的拉/压变形量⑵根据公式0(/)3W Z d D π=- 得单圈滚球数Z=20，该系列丝杠为单螺母，滚珠的圈数×列数为4×2. 代入公式Z Z ∑=⨯⨯圈数列数，得滚球总量Z ∑=160，丝杠预紧时，取轴向预紧力F YJ =F m /3=555N, 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ2=0.0013×Fm/（10×3210/Z ∑YJ DwF ）=1.31×10-3mm （2-6） 因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，实际变形量可减少一半，取δ2=6.55×10-4mm.⑶丝杠的总变形量S 总=δ1+δ2=1.12×10-2+6.55×10-4，计算得丝杠的有效行程为250mm ，由表3-27得，5级精度滚珠丝杠有效行程在≦315mm ，行程偏差允许打到23μm,可见丝杠刚度足够。
⑷压杠稳定性校核： 根据公式F K （2-7） 计算失稳时的临界载荷Fk 。
查表，取支承系数k f =1，由丝杠底径d 2=21.2mm ，求得截面惯性矩42/64I d π=≈9910.44mm 4；压杆稳定安全系数K 取3（丝杠卧式 水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a 取最大值500mm 。
代入得mm ES a F m 0112.08.352101.25003.166451≈⨯⨯⨯==δ22Ka EIk ⎰=πFk=27359.6N，远大于工作载荷Fm，故丝杠不会失稳。
2.4步进电动机减速箱设计减速箱采用一级减速，大齿轮设计成双片结构，工作台脉冲当量δ=0.005mm/脉冲，滚珠丝杠导程P h=5mm，初选步进电动机的步距角α=0.75°，减速比i=（αPh）/（360×δ）=25：12，大小齿轮模数都为1mm，齿数比75：36，材料为45号调制钢，齿表面淬硬后达55HRC。
减速箱中心距为（75+36）/2=55.5mm，小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。
2.5 步进电机的选型与计算(1)计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq滚珠公称直径d=25mm，总长L=500mm，导程Ph=5mm，材料密度ρ=7.8×10-3kg/cm3,移动部件总重量G=2060N，小齿轮齿宽b1=20mm，直径d1=36mm，大齿轮齿宽b2=10mm，直径d2=75mm，滚珠丝杠的转动惯量Js=πLρd4/32=1.495kg·cm2，托板折算到丝杠的转动惯量Jw=（Ph/2π）2m=1.223kg·cm2，小齿轮的转动惯量J Z1=0.259kg·cm2，大齿轮的转动惯量J Z2=4.877kg·cm2，初选步进电动机型号90BYG2602,二相四拍，步距角0.75°，该型号的转子的转动惯量J m=4kg·cm2。
则加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq=J m+J Z1+（J Z2+Jw+Js）/i2=6.034kg·cm2（2-8）(2)计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq①、快速空载启动，电动机转轴承受的负载转矩T eq1=T max+T fT max=2πJ eq n m/（60t aη）=0.94 N·m （2-9）n m为对应空载最快移动速度的步进电动机的最高转速n m=V maxα/360δ=1000×0.75/360×0.005=416.7r/min摩擦转矩T f=μ(G+F z)=P h/2πηi=5.62×10 -3N·m （2-10）式中η——导轨的摩擦因素，滚动导轨取0.005Fz——垂直方向的铣削力，空载时取0η——传动链效率，取0.7最后求得快速空载启动时的电动机转轴所承受的负载转矩：T eq1=T max+T f=0.945N·m （2-11）②、最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩T eq2T eq2=T t+T fTt=F f P h/2πηi=1500×0.005/2π×0.7×（25/12）=0.82 N·m；T f=5.62×10-3N·m则T eq2=T f+Tt=0.825N·m得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为T eq=max{T eq1，T eq2}=0.945N·m（3）步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压低时，其输出转矩会下降，可能会造成丢步，甚至堵转。