机械二坐标运动平台课程设计-二坐标数控工作台设计
两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计
机电综合课程设计摘要：本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计；完成交流电机启停的电气控制系统设计。
其硬件部分共包括键盘操作、单片机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。
设计的总体思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。
位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。
关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。
一．前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。
机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。
采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。
此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。
因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。
本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。
其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。
它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。
本设计完成了如下要求：（1）单片机控制系统电路原理图的设计（2）控制系统电路印制版的绘制（3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动（4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警（5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图（6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等）（7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机）此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。
二坐标数控工作台设计
二坐标数控工作台设计作为一种重要的机械设备，数控工作台在现代制造业中广泛应用。
它的设计涉及到多个方面，如结构设计、系统设计、控制设计等。
本文将通过详细讨论数控工作台的设计，从而深入了解该设备的特点和功能。
首先，数控工作台的结构设计是其设计过程中的核心内容之一、工作台的结构应考虑到操作人员的操作需求以及工作时的稳定性和安全性。
一般而言，工作台的结构包括基座、座台和立柱。
基座用于支撑整个工作台的重量，座台用于放置工件和工具，立柱则用于支撑座台、控制单元和操作面板。
其次，数控工作台的系统设计是数控工作台设计中的另一个重要方面。
系统设计包括运动系统、控制系统和传感系统。
运动系统负责使工作台能够进行各种形式的运动，如平移、旋转和倾斜等。
控制系统则负责监控和控制工作台的运动，以确保其按照预定的路径和速度进行。
传感系统则用于实时监测工作台的状态，如位置、速度和负载等。
此外，数控工作台的控制设计也是设计过程中的关键部分。
控制设计涉及到控制算法的选择、控制参数的设置以及编程界面的设计等。
为了提高工作台的精度和效率，需要选择合适的控制算法，如PID控制算法或最优控制算法。
同时，还需要根据实际情况设置合理的控制参数，以确保工作台的运动能够满足要求。
此外，编程界面的设计也是非常关键的，它应该简单易用、功能完善，以提高操作人员的工作效率。
最后，数控工作台还需要考虑安全性和可靠性等方面的设计。
安全性设计主要包括安全装置的设置和紧急停止按钮的设计。
安全装置可以防止不当操作或设备故障引起的事故。
紧急停止按钮可以在紧急情况下迅速停止工作台的运动，以保护操作人员的安全。
可靠性设计主要包括选用合适的材料和零部件，以及进行严格的质量控制。
综上所述，数控工作台设计涉及到结构设计、系统设计、控制设计以及安全性和可靠性等方面的内容。
只有综合考虑这些方面的要素，才能设计出性能优良、使用方便、安全可靠的数控工作台。
二坐标数控课程设计
二坐标数控课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握二坐标数控的基本原理和操作方法，培养学生具备一定的数控编程和机床操作能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能理解二坐标数控系统的组成、工作原理和编程方法，掌握数控机床的基本操作技能。
2.技能目标：学生能够运用所学知识进行简单的数控编程和机床操作，具备解决实际问题的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对数控技术的兴趣，增强其创新意识和团队合作精神，使其认识到数控技术在现代制造业中的重要地位。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几个部分：1.二坐标数控系统的基本原理：介绍数控系统的组成、工作原理及其相关概念。
2.数控编程：讲解数控编程的基本方法，包括指令系统、编程格式和编程技巧。
3.数控机床操作：教授机床的基本操作方法，如开机、关机、对刀、切削等。
4.典型数控程序解析：分析实际应用中的典型数控程序，使学生能够理解并运用编程方法。
5.数控技术在制造业中的应用：介绍数控技术在现代制造业中的地位和作用，激发学生的学习兴趣。
三、教学方法为了实现课程目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解二坐标数控系统的基本原理、数控编程方法和机床操作技巧。
2.讨论法：学生针对典型数控程序进行讨论，提高其分析问题和解决问题的能力。
3.案例分析法：分析数控技术在实际生产中的应用案例，使学生了解数控技术的实用价值。
4.实验法：安排数控机床操作实验，让学生动手实践，巩固所学知识。
四、教学资源为了支持课程的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的数控教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关的数控技术参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，生动展示数控技术的相关内容。
4.实验设备：确保每名学生都能在实验课上亲自动手操作数控机床，提高其实际操作能力。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，我们将采取以下评估方式：1.平时表现：关注学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，给予相应的表现评价。
课程设计--二维数控精密工作台
精密机械与仪器设计课程设计说明书二维数控精密工作台姓名：学号：专业班级：指导教师：2012.7.5目录1.绪论 (3)课程设计的设计要求 (3)本课题设计内容 (4)本课题设计的目的和意义 (4)2.总体设计方案 (5)设计任务 (5)总体方案确定 (5)2.1二维数控精密工作台的原理 (6)2.2设计的整体方案 (7)2.2.1工作台总体结构的确定 (7)2.2.2传动方案的确定 (7)2.3绘制总体方案图 (7)3.机械系统的设计计算 (8)3.1滚珠丝杆选择 (8)3.1.1滚珠丝杆工作长度计算 (8)3.1.2工作台外形尺寸及重量估算 (9)3.1.3计算载荷 (10)3.1.4额定动载荷计算 (12)3.1.5稳定性校核 (13)3.1.6滚珠丝杆副的刚度计算 (14)3.2滚动直线导轨选择 (14)3.2.1导轨额定寿命计算 (14)3.2.2导轨工作载荷计算 (15)3.3联轴器的选择 (16)3.3.2联轴器的选定 (17)3.4轴承选择 (17)3.5步进电机的计算与选型 (18)3.6系统整体性能计算 (19)3.6.1步进电机轴上总当量负载转动惯量计算 (19)3.6.2系统刚度计算 (20)3.6.3系统固有频率计算 (21)3.6.4系统死区误差计算 (21)3.6.5由系统刚度变化引起的定位误差计算 (21)4.零件图 (22)4. 1滚珠丝杠 (22)4.2导轨 (23)5.总结 (24)6.参考文献 (25)1.绪论现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
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。
设计一台微机控制XY两坐标工作台综合课程设计说明
课程设计说明书原始数据：设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制，控制方式采用步进电动机开环控制。
其他参数如下：一、系统总体设计方案由设计任务书知，本次设计可采用如下方案：（一）机械系统1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。
2、导出机构采用滚动直线导轨。
3、执行机构采用步进电机。
（二）接口设计1、人机接口（1）采用键盘或BCD码盘作为输入。
（2）采用LED作为电源等指示标志。
（3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。
（4）采用数码管作为显示器。
2、机电接口采用光电耦合器作为微型机与步进电机驱动电路的接口，实现电气隔离。
（三）伺服系统设计本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。
（四）控制系统设计对整体设计方案的说明:机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（既高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足一下几方面：（1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。
否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。
所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。
（2）刚度大刚度是是弹性体产生单位变形量所需的作用力。
大刚度对机械系统而言是有利的:①伺服系统动力损失随之减小。
②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。
③增加闭环伺服系统的稳定性。
所以在设计时应选用大的刚度的机构。
（3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳定误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选择适当。
此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间歇小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性相匹配。
开环控制原理图1、控制部分方案选择控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。
立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台--课程设计
攀枝花学院Panzhihua University课程设计（说明书）立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台院（系）：机械学院专业：机械设计制造及其自动化班级：二班学生姓名：学号:指导老师：职称：教授2016 年12月18 日攀枝花学院课程设计（说明书）课程设计任务书攀枝花学院本科学生课程设计任务书摘要X-Y数控工作台是是指能分别沿着X 向和Y向移动的工作台，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。
模块化的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。
其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠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以标准化，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，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。
载实1}通过该实验使同学们深刻了解所使用的可逆寄存器微分@SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令的共同点都是具有控制数据左、右移动功能;而其不同处是应该注意到使用可逆寄存器SFTR指令时，要加前沿微分DIFU( 013)指令而可逆寄存器微分@SFTR是不需要的。
实验所用的电动机容量为0. 25kW，采用直接启矶3台电动机每台可逆顺序启动的时间间隔为2秋3台电动机首先正转顺序启动，启动结束转为正常运布录正常运行的时间定为10秒，停止时间定为5秋3台电动机再反转顺序启动，启动结束转为正常运布录正常运行的时间定为10秒，停止时间定为5秋实验要求按照上述顺序反复运标实验所使用的PLC为OMRON- CPM2A-CDR- A型机关键词X-Y数控工作台，数控铣床AbstractCNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.Keywords XY table ，CNC milling tools目录摘要 (I)Abstract (II)1 设计任务 (1)2 设计主要步骤 (2)2.1 确定设计总方案 (2)2.1.1 机械传动部件的选择 (2)2.2.2 控制系统的设计 (3)3 机械传动部件的计算与选型 (4)3.1工作台外形尺寸及重量初步估算 (4)3..2 计算切削力 (5)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型 (6)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6)4 步进电动机的计算与选型 (9)4.1步进电机的相关计算及校核 (9)4.1.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 (9)4.1.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 (10)4.1.3最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 (11)4.1.4步进电动机最大静转矩的选定 (11)4.1.5步进电动机的性能校核 (11)4.2步进电动机驱动电源的选用 (13)4.3确定联轴器的型号 (14)4.4增量式旋转编码器的选用 (14)5 电气原理图设计 (15)5.1典型数控工作台电气原理 (15)5.2单片机的选择 (15)5.3外部程序存储器的扩展 (16)5.4外部数据存储器的扩展 (16)5.5 I/O口扩展电路 (16)5.6 显示器接口设计 (16)5.7 键盘接口电路设计 (17)5.8 步进电机的接口电路设计 (17)6 工作台控制系统的设计 (18)6.1 进给控制原理框图 (18)6.2驱动系统 (18)6.3 步进电机驱动电路和工作原理 (18)6.4 驱动电路的时间常数 (19)6.5 电源电路的确定 (20)6.6 元器件的确定 (20)7 机械部分装配图的绘制 (22)总结 (23)参考文献 (24)1 设计任务题目：立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台设计任务：设计一种供立式铣床使用的X-Y两轴控制的数控平台，平台的主要参数如下：1 最大铣削宽度13mm2最大背吃刀量7mm3工作台进给最大移动速度V xf=V yf=550mm/min4工作台空载最大移动速度V x0=V y0=3500mm/min5加工范围300mmX330mm6工作台面尺寸280mmX320mm7定位精度取±0.012 设计主要步骤2.1 确定设计总方案2.1.1 机械传动部件的选择（1）导轨副的选用要设计的数控铣床X-Y工作台，是轻型立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此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，安装预紧方便等优点。
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。
二坐标数控课程设计
二坐标数控课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握二坐标数控机床的基本组成、工作原理及其操作方法。
2. 使学生理解二坐标数控编程的基本概念，掌握数控编程的基本步骤和编程语言。
3. 让学生了解二坐标数控加工中常用的刀具、切削参数及其对加工质量的影响。
技能目标：1. 培养学生能够独立操作二坐标数控机床进行简单零件的加工。
2. 培养学生具备编写二坐标数控程序的能力，能够对简单零件进行编程。
3. 培养学生具备分析加工过程中出现的问题并提出解决方案的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数控技术产生兴趣，提高学生对制造业的认识和热爱。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，提高沟通协调能力。
3. 培养学生严谨的工作态度，养成良好的操作习惯，注重安全生产。
课程性质：本课程为专业技能课程，以实践操作为主，理论教学为辅。
学生特点：学生已具备一定的机械基础知识，对数控技术有一定了解，但对二坐标数控编程和操作尚不熟悉。
教学要求：注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保每位学生能够达到课程目标。
通过课程学习，使学生能够具备从事二坐标数控加工的基本技能，为后续学习和职业发展打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 二坐标数控机床概述：介绍二坐标数控机床的基本组成、工作原理、性能参数及安全操作规程。
2. 数控编程基础：讲解数控编程的基本概念、编程步骤、编程语言（如G代码和M代码）及其功能。
3. 数控机床操作：教授二坐标数控机床的操作方法，包括机床准备、程序输入、手动和自动运行等。
4. 刀具与切削参数：介绍二坐标数控加工中常用的刀具类型、选用原则，以及切削参数对加工质量的影响。
5. 数控编程实例：分析典型零件的数控编程过程，指导学生动手编写程序并进行模拟加工。
6. 加工过程监控与故障排除：教授加工过程中如何监控机床运行状态，分析常见故障原因，并提出解决措施。
双坐标工作台设计说明书
机电专业课程设计Ⅲ双坐标数控工作台设计目录一、设计目的----------------------------------------------------------------二、设计任务----------------------------------------------------------------三、设计内容和步骤-------------------------------------------------------（一）总体方案设计----------------------------------------------①导轨副的选用②丝杠螺母的选用③减速装置的选用④伺服电机的选用⑤检测装置的选用（二）机械传动部件的计算和选型-----------------------①导轨上移动部件的重量估算②铣削力的计算③直线滚动导轨副的计算和选型④滚珠丝杠副螺母副的计算和选型⑤步进电动机减速箱的计算⑥步进电机的计算与选型⑦编码器的选择（三）工作台控制系统的设计------------------------------ （四）步进电机驱动电源的选用--------------------------- 四、设计总结-----------------------------------------------------------五、参考文献-------------------------------------------------------一、设计目的双坐标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的双坐标工作台，激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
因此，双坐标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建议，通过这次课设，使我们全面系统的了解了数控机床的基本内容和基本知识，初步掌握设计方法，并学会应用手册标准等技术资料，同时培养我们的创新意识、工程意识和动手能力。
两坐标轴XY工作台机电系统设计
一、前言随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造水平的重要标志。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
采用经济型数控系统对普通机床数控改造，尤其适合我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。
《电气时代》、《机械工人》、《电气应用》等多家杂志为满足广大企业技术改造发展生产的需要，多次联合举办学习班，为企业提供权威、经济、可行、实用的技术指导，改造费用为新购置费用的四分之一到三分之一。
普通机床的数控改造有两方面的意义：1、微观看改造的意义从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
（1）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
（2）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。
数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
（6）由以上五条派生的好处。
如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
数控的工作台课程设计
数控的工作台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解数控工作台的基本概念和分类，掌握其结构组成及功能。
2. 学生能够掌握数控工作台的运动原理和坐标系统，了解其在数控加工中的应用。
3. 学生能够了解数控工作台的编程方法，学会编写简单的数控程序。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解决数控工作台在加工过程中出现的问题。
2. 学生能够独立操作数控工作台，完成简单的加工任务。
3. 学生能够运用数控编程软件，进行数控工作台的模拟操作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械制造专业，增强对数控技术及其应用的兴趣。
2. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高安全意识和质量意识。
3. 培养学生团队协作精神，学会与他人共同分析和解决问题。
本课程针对高年级学生，结合数控技术专业特点，注重理论与实践相结合。
在教学过程中，教师应关注学生的个体差异，充分调动学生的积极性，提高学生的实践操作能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握数控工作台的基本知识和技能，为后续专业课程学习和未来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 数控工作台基础知识：- 工作台的分类、结构组成及功能- 工作台的运动原理和坐标系统- 工作台在数控加工中的应用教学内容安排：第1章第1节至第1节。
2. 数控工作台编程与操作：- 数控工作台的编程方法- 编写简单的数控程序- 数控工作台的模拟操作教学内容安排：第2章第1节至第2节。
3. 数控工作台应用实例：- 分析并解决数控工作台加工过程中出现的问题- 独立操作数控工作台完成加工任务- 数控工作台加工质量的控制教学内容安排：第3章第1节至第3节。
在教学过程中，教师应按照教学大纲，有序安排教学内容，注重理论与实践相结合。
同时，结合实例进行教学，使学生更好地理解和掌握数控工作台的相关知识。
通过本章节的学习，学生能够具备数控工作台的基本操作和编程能力，为实际应用打下基础。
二坐标数控车床课程设计
二坐标数控车床课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握二坐标数控车床的基本结构、功能及操作流程，了解其在现代制造业中的应用。
2. 使学生理解数控编程的基本原理，掌握二坐标数控车床编程的相关知识，如坐标系、刀具补偿、加工路径等。
3. 帮助学生掌握二坐标数控车床加工工艺，了解不同材料的加工特性及切削参数的选用。
技能目标：1. 培养学生运用二坐标数控车床进行简单零件加工的能力，能独立完成编程、操作机床、加工零件等任务。
2. 提高学生分析加工过程中出现的问题，并进行相应调整的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数控技术的兴趣，激发其学习热情，树立正确的职业观念。
2. 培养学生具备良好的团队合作精神，提高沟通协调能力。
3. 培养学生严谨、细致的工作态度，遵循工艺规程，确保加工质量。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论知识与实践操作的紧密结合。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平、兴趣和需求，采用项目驱动、任务导向的教学方法，使学生在实际操作中掌握二坐标数控车床的相关知识。
课程目标明确，可衡量，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 二坐标数控车床概述- 数控车床的分类、结构及功能- 数控车床坐标系、刀具补偿原理2. 数控编程基础- 编程语言及编程格式- 常用数控指令、功能代码- 加工路径规划、刀轨优化3. 二坐标数控车床编程实例- 简单轴类零件编程- 复杂轴类零件编程- 螺纹加工编程4. 二坐标数控车床操作与加工- 数控车床操作流程、安全规程- 零件装夹、刀具选用与安装- 加工参数设置、切削液选用- 加工过程监控、异常处理5. 数控加工工艺- 金属材料加工性能、切削参数选择- 工艺路线制定、加工顺序安排- 加工误差分析、质量控制措施教学内容依据课程目标，结合教材章节进行组织。
在教学过程中，遵循由浅入深、循序渐进的原则，使学生能够系统掌握二坐标数控车床的相关知识。
教学大纲明确，内容安排合理，确保学生能够顺利完成学习任务，达到预期教学效果。
课程设计-二维数控工作台
1.1设计的意义二维数控工作台课程设计是一次比较完整的机械设计，它是理论联系实际、培养初 步设计能力的重要教学环节。
对于学生能力的培养具有重大意义。
1.2数控技术发展概况随着生产和科学技术的发展，特别是随着航天、航空、造船、电子和兵器等工业 部门的发展，机械产品日益精密、复杂，而且改型频繁，普通机床已不能完全适应这些 部门的加工要求，如对一些复杂的曲线、曲面所构成的零件，手工操作甚至根本无法进 行加工。
因此，数控机床已成为现代工业生产必不可少的设备。
以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平，反映出一个国家的机械与电子 工业水平，它的研制和推广应用，对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术 落后的状况，使我国机电产品走向世界，起着极为重要的作用。
1-1数控设备基本框图目前世界上在数控技术方面比较先进的国家主要有：德国、日本和美国，它们的 设计制造技术代表着当今世界的最先进水平，比如德国的德马赫，日本的横河。
而作为 世界上新兴的制造业大国，我国在数控技术方面任重而道远，这需要我们这一代人更加 的努力，才能赶上和超过世界上其它先进国家，使我国成为真正的制造业强国。
数控设备的发展方向：随着微电子技术和计算机技术的发展，数控设备性能日趋 完善，数控设备应用领域日趋扩大。
科学技术的发展，推动了数控设备的发展，各生产 部门加工要求的不断提高又从另一方面促进了数控设备的发展。
当今数控设备正不断的采用新的技术成就，朝着高速度化，高精度化，多功能化，智能化、小型化、系统化与 高可靠性发展。
数控设 是指通过数字 操作指令进行 制的一种设 其基本结构如 图1-1所示：输 入 输 出 设 备计算机数控装置备 化 控 备, 图2 二维数控工作台设计的内容2.1 设计题目：二维数控工作台的设计。
已知条件：工作台的有效行程在150mm-200mm之间，工作载荷10kg,工作平稳。
2.2 设计的内容2.2.1 数控装置总体方案的确定1、数控装置设计参数的确定；2、方案的分析,比较,论证。
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机械学院机械设计制造及其自动化专业机电模块课程设计2011、03目录一.机电专业课程设计目的 (1)二.机电专业课程设计的任务和要求 (1)三.X轴方案及参数计算 (1)1.方案拟定 (1)2.X轴步进电机参数确定及选择 (1)3.X轴联轴器选择 (3)四.X轴机械结构总体设计计算 (3)1.X轴滚珠丝杠设计计算 (3)2.X轴滚动导轨设计计算 (4)五.Y轴方案及参数计算 (5)1.Y轴步进电机参数确定及选择 (5)2.Y轴联轴器选择 (7)六.Y轴机械结构总体设计计算 (7)1. Y轴滚珠丝杠设计计算 (7)2. Y轴滚动导轨设计计算 (8)七.绘制装配图 (9)八.电气原理图设计 (10)九.参考文献 (11)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、机电专业课程设计的任务和要求在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。
原始数据包括①典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；②工作台定位精度、台面尺寸和行程。
设计具体要求完成以下工作：（1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅） 1张；（2）数控系统电气原理图（2＃图幅） 1张；（3）设计说明书（10～20）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。
三X轴方案及参数计算1．方案拟定方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。
（1）驱动控制方式由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。
主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。
（2）传动形式确定工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。
工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。
工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。
结构紧凑，传动效率高。
丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。
2.X轴步进电机参数确定及选择3.X轴联轴器选择联轴器除联接两轴并传递转矩外，有些还有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。
因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器类型。
本方案选择套筒联轴器。
四、X轴机械结构总体设计计算1. X轴滚珠丝杠设计（1）滚珠丝杠副的结构类型①滚珠循环方式由[2]表5-1查得,选择外循环插管式②轴向间隙预紧方式预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度.由[3]表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式.(2)滚珠丝杠副直径和基本导程系列采用丝杠公称直径 20mm,导程为6mm, 丝杠外径19.5mm，丝杠底径17.76mm，循环圈数2.5，基本动载荷7417N，基本静载荷15311N，刚度376N/um.(3)滚珠丝杠精度等级确定①丝杠有效行程由导程查得余程le=20 mm，得丝杠有效行程lv=lu-le，lu =160-20=140 mm②精度等级根据有效行程内的平均行程允许偏差e p=0.02/300*140*103=9.33由[2]表5-5得,精度等级为T2(4)滚珠丝杠副支承形式选择滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束.由[2]表5-6查得,采用两端简支(F-S)支承形式.(5)滚珠丝杠副的选择本方案属于高速或较高转速情况，按额定动负荷C a≥C aj选择滚珠丝杠副由[2]式（3-2）可知：C aj=[(F e f w)/(f h f t f a f k)]×[(60L h n e)/(106)]1/3式中 C aj -–滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N)F e--丝杠轴向当量负荷(N). 取进给抗力和摩擦力之和的一半F e=111Nn e--丝杠当量转速(r/min).取最大工作进给转速 n e=166.6 r/min.L h--丝杠工作寿命(h). 查考[2]表5-7得L h=15000 h.f t--温度系数. 查[2]表5-8,得f t=0.70f a--精度系数. 查[2]表5-9得f a=1.0f w--负载性质系数. 查[2]表5-10得f w=0.95f h--硬度系数.查[2]表5-11得f h=1.0f k--可靠性系数.查[2]表5-12得f k=0.21（可靠度99%）计算得C aj=3.811KN<Ca=7.4KN(6)滚珠丝杠副校核取最大轴向工作载荷 F max =111N静载荷系数f h’ =1.0 负荷性质系数f w=0.95轴向静载荷C oj=f w f h F max=0.95×1.0×44.1=105.45N①临界压缩负荷对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算.不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用Fn表示F n=3.4×1010(f1d24)/(L02) ×K1式中 L0–--最长受压长度.取0.39mf1--丝杠支承方式系数, F-S取2d2--丝杠螺纹底径,取0.016mK1——安全系数，取1/3F n=27700N>F max②临界转速对于在高速下工作的长丝杠，须验算其临界转速，以防止丝杠共振.n cr=9910(f22d2)/L c2式中 f2--丝杠支承方式系数,F -S取3.927L c --临界转速计算长度. L c =0.26m.d2--丝杠螺纹底径,取0.016mn cr= 36138r/min > n max,同时验算丝杠另一个临界值d0n=20*833=16660<70000③轴承选择校核由[1]表6-6选角接触球轴承7001AC.参考[1]中有关内容，计算略④定位精度验算(略)(7)滚动导轨副的防护①滚珠丝杠副的防护装置 ,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管.②滚珠丝杠副的密封滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力.③滚珠丝杠副的润滑润滑剂用锂基润滑剂.2.X轴滚动导轨设计计算导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动,并承受运动部件上的载荷,即起导向和承载作用,导轨副中,运动的一方称作运动导轨,与机械的运动部件联结,不动的一方称作支承导轨,与机械的支承部件联结.支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动.(1)选日本NSK型滚动导轨，E级精度，f h=1,f t=1,f c=0.81 ,f a=1,f ww=1(2)寿命按每年工作300天,每天两班,每班8h,开机率0.8计,额定寿命为:L h=10×300×2×8×0.8=38400 h每分钟往复次数nz=8(3)L=(2l s n z60L h)/(103)=5160.96Km计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为200N计算需要的动载荷Cα(4)C a=( f w P)÷(f h f t f c f a)×(L/50)1/3=1800N选用NSK LY30AL型号滚动导轨副,其Co=2570N. Coa=3840N(3)滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量.(4)润滑与防护润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘.防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命.防护方式用盖板式.五、Y轴方案及参数计算1．Y轴步进电机参数确定及选择2.Y轴联轴器选择联轴器除联接两轴并传递转矩外，有些还有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。
因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器类型。
本方案选择套筒联轴器。
六、Y轴机械结构总体设计计算1. Y轴滚珠丝杠设计计（1）滚珠丝杠副的结构类型①滚珠循环方式由[2]表5-1查得,选择外循环插管式②轴向间隙预紧方式预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度.由[3]表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式.(2)滚珠丝杠副直径和基本导程系列采用丝杠公称直径 20mm,导程为5mm, 丝杠外径19.5mm，丝杠底径17.76mm，循环圈数5，基本动载荷14205N，基本静载荷38244N，刚度730N/um.(3)滚珠丝杠精度等级确定①丝杠有效行程由导程查得余程le=20 mm，得丝杠有效行程lv=lu-le，lu =140-20=300 mm②精度等级根据有效行程内的平均行程允许偏差e p=0.015/300*120*103=6由[2]表5-5得,精度等级为T1(4)滚珠丝杠副支承形式选择滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束.由[2]表5-6查得,采用两端简支(F-S)支承形式.(5)滚珠丝杠副的选择本方案属于高速或较高转速情况，按额定动负荷C a≥C aj选择滚珠丝杠副由[2]式（3-2）可知：C aj=[(F e f w)/(f h f t f a f k)]×[(60L h n e)/(106)]1/3式中 C aj -–滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N)F e--丝杠轴向当量负荷(N). 取进给抗力和摩擦力之和的一半F e=106.3Nn e--丝杠当量转速(r/min).取最大工作进给转速 n e=100 r/min.L h--丝杠工作寿命(h). 查考[2]表5-7得L h=15000 h.f t--温度系数. 查[2]表5-8,得f t=0.70f a--精度系数. 查[2]表5-9得f a=1.0f w--负载性质系数. 查[2]表5-10得f w=0.95f h--硬度系数.查[2]表5-11得f h=1.0f k--可靠性系数.查[2]表5-12得f k=0.21（可靠度99%）计算得C aj=3078.6N<Ca=1.4KN(6)滚珠丝杠副校核取最大轴向工作载荷 F max =106.3N静载荷系数f h’ =1.0 负荷性质系数f w=0.95轴向静载荷C oj=f w f h F max=0.95×1.0×106.35=100.985N①临界压缩负荷对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算.不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用Fn表示F n=3.4×1010(f1d24)/(L02) ×K1式中 L0–--最长受压长度.取0.32mf1--丝杠支承方式系数, F-S取2d2--丝杠螺纹底径,取0.0175mK1——安全系数，取1/3F n=62282N>F max②临界转速对于在高速下工作的长丝杠，须验算其临界转速，以防止丝杠共振.n cr=9910(f22d2)/L c2式中 f2--丝杠支承方式系数,F -S取3.927L c --临界转速计算长度. L c =0.32m.d2--丝杠螺纹底径,取0.0175mn cr= 26117.6r/min > n max,同时验算丝杠另一个临界值d0n=20*500=10000<70000③轴承选择由[1]表6-6选角接触球轴承7001AC. 参考[1]中有关内容，计算略④定位精度验算(略)(7)滚动导轨副的防护①滚珠丝杠副的防护装置 ,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管.②滚珠丝杠副的密封滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力.③滚珠丝杠副的润滑润滑剂用锂基润滑剂.2.Y轴滚动导轨设计计算导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动,并承受运动部件上的载荷,即起导向和承载作用,导轨副中,运动的一方称作运动导轨,与机械的运动部件联结,不动的一方称作支承导轨,与机械的支承部件联结.支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动.(5)选日本NSK 型滚动导轨，E级精度，f h=1,f t=1,f c=0.81 ,f a=1,f ww=1(6)寿命按每年工作300天,每天两班,每班8h,开机率0.8计,额定寿命为:Lh=10×300×8×0.8=38400 h每分钟往复次数nz=5(7)L=(2l s n z60L h)/(103)= 2764.8Km计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为245N计算需要的动载荷Cα(8)Cα=( fwP)÷(fh ft fc fα)×(L/50)1/3=1.79N选用NSK LY30AL型号滚动导轨副,其Co=2570N. Coa=3840(3)滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量.(4)润滑与防护润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘.防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命.防护方式用盖板式.七、绘制装配图1.标注装配图尺寸、配合与精度等级。