XY数控工作台机电系统设计
X-Y数控工作台机电系统设计资料
X-Y数控工作台机电系统设计河北工程大学课程设计说明书摘要摘要X-Y数控工作台机电系统设计本次使用一个半闭环控制系统,其结构简单.实现方便而且能够保证一定的精度.降低成本,是微机控制技术的最简单的应用.它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高.X-Y数控工作台机电系统设计是选用ATMEL公司的AT89系列单片机AT89S51作为控制系统的CPU,及2764,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能.其基本思想是:通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工,每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转,同时通过8155将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀,电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。
该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。
中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。
X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。
步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。
其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场，旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，通过输入脉冲的数量、通电顺序以及输入脉冲的频率来使电动机获得不同的转数、方向以及快慢以实现所需的运动。
本次的X-Y数控工作台机电系统设计是步进电机、微型计算机、插补原理、汇编语言以及CAD的综合应用。
具体步骤大概分为以下几部分：一、总体方案的确定；二、机械部分的设计；三、硬件部分的设计；四、软件部分的设计。
本次毕业设计的研究方案主要从已有资料与所学知识入手，以当今机械领域对x-y数控工作台的各种高技术指标需求为出发点，结合前人做出的相关文献来完成本次的毕业设计。
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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。
x-y数控工作台系统设计
x-y数控工作台系统设计数控工作台（NC台）是一种能够实现自动化控制的机床，通过控制系统控制运动轴，实现加工工件的自动化生产。
NC台具有高精度、高效率和高质量等优点，被广泛应用于机械制造、汽车制造、电子制造等行业。
本文基于x-y数控工作台进行系统设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
一、硬件设计1.结构设计x-y数控工作台采用平面结构，由两个直线导轨和两个横梁组成，导轨上分别装有X 轴和Y轴的导轨拖板，拖板通过步进电机驱动实现轴向移动。
横梁采用U型结构，可架设工作板以加工工件。
2.传动设计X轴和Y轴采用步进电机、齿轮与齿条传动方式，步进电机驱动主轴转动，通过齿轮与齿条传动方式使导轨拖板相对运动，实现工件加工。
3.控制系统设计x-y数控工作台采用单片机进行控制，主要包括运动控制模块、数据采集模块和人机交互模块。
（1）运动控制模块：负责控制步进电机的旋转速度和方向，实现轴向移动。
（2）数据采集模块：负责采集加工工件的尺寸和加工参数，并通过计算机进行分析和处理。
（3）人机交互模块：负责完成数控工作台的操作和参数设置，以及显示加工工件的加工过程和结果。
x-y数控工作台采用C语言进行程序设计，程序主要分为三个部分：初始化程序、主程序和中断程序。
1.初始化程序初始化程序主要用于设置数控工作台的各种参数，包括步进电机的旋转速度和方向、齿轮和齿条的尺寸、数据采集模块的采样频率和采样方式等。
2.主程序（3）根据加工工件的尺寸和加工参数计算出工作台的运行参数，并将计算结果传输给运动控制模块。
（4）定时更新数控工作台的运行参数，保证加工的稳定性和精度。
3.中断程序中断程序是数控工作台的辅助程序，主要用于接收外部的信号和响应用户的操作。
具体流程如下：（1）接收外部的信号，并根据信号类型跳转到相应的程序段。
（2）响应用户的操作，如调整加工参数、停止加工、保存加工结果等。
三、总结本文基于x-y数控工作台进行系统设计，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
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。
机电课程设计-XY数控工作台
机电一体化课程设计任务书机电一体化课程设计是一个重要的实践教学环节，要求学生综合应用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练。
一、课程设计目的1.学习机电一体化系统总体设计方案的拟定。
2.通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件遇到像元件的工作原理与选用原则。
3.通过进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
4.通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件接口回路和控制软件的设计思路。
5.培养学生独立分析问题和解决问题的能力，并培养系统设计的思想。
6.提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
二、课程设计的内容课程设计题目：单轴数控工作台机电系统设计设计内容由机械系统、控制系统、设计说明书三部分组成。
具体工作量要求如下：1、单轴数控工作台装配图（A3图1张）2、控制系统设计（电气原理图：A3图1张）完成硬件电路设计工作，设计控制系统的主要软件流程并编写程序。
条件允许时，尽可能进行调试试验。
3、设计任务书（一份）要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案分析，机械系统的结构设计，主要零部件的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计流程和程序。
说明书字数不少于5000字，要求内容丰富，条理清晰，图文并茂，符合国标。
三、课程设计的时间安排课程设计时间为4周，进度安排如下：1．分析设计任务，总体方案论证：2-3天2．机械系统设计：5-6天3．控制系统设计：4-5天4．软件设计：1-2天5．编写说明书：2-3天四、设计任务设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的单轴数控工作台，控制器选用：单片机任务分配：1、107040201班12位同学做第一组~第六组2、107040202班25位同学做第七组~第十九组3、107040203班7位同学做第十九组~第二十二组4、第十九组由2班的周伟同学（X轴）和3班的陈科龙（Y轴）同学完成5、任务分配按名单顺序。
XY数控工作台机电系统设计
三、机械传动部件的计算与选型
采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的 比值可由表3-5查得，考虑逆铣时的情况，可估算 三个方向的铣削力分别为：
进给力： Ff =1.1Fc≈1609N， 横向进给力：Fe =0.38Fc≈556N， 垂直进给力：Ffn =0.25Fc≈366N
三、机械传动部件的计算与选型
2）根据公式 Z ＝( d0 / Dw )-3,
求得:单圈滚珠数 Z =20； 该型号丝杠为单螺母，滚珠的“圈数×列 数”为3×1，代入公式：
Z ＝ Z ×圈数×列数， 得滚珠总数量 Z =60。
三、机械传动部件的计算与选型
丝杠预紧时，取轴向预紧力：
FYJ = Fm /3=593 N。
XY数控工作台机电系统设计
第七章 X-Y数控工作台机电系统设计
➢ 引言 ➢ 1 设计任务 ➢ 2 总体方案的确定 ➢ 3 具体设计
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。
二、总体方案的确定
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。
二、总体方案的确定
（5）检测装置的选用
应用环境：
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。
二、总体方案的确定
1．机械传动部件的选择
（1）导轨副的选用
X-Y数控工作台机电系统设计
09级毕业设计说明书设计课题名称：X-Y数控工作台机电系统设计专业班级：机电一体化设计人：学号：指导教师：目录前言 (1)第一章绪论................................................ .（2）1-1设计任务和设计内容 (3)1-2设计的目的和意义 (4)1-3设计项目发展情况 (5)1-4设计原理 (6)第二章机械设计部分 (7)2-1 工作台外形结构 (8)2-2滚动导轨副的选择 (9)2-3滚珠丝杠副的选择 (10)2-4滚动轴承的选用 (11)2-5传动原理 (12)2-6单片机控制系统设计 (13)3-1硬件部分设计 (14)3-2 软件部分设计 (15)第三章步进电机驱动电路设计 (16)第四章设计小结 (17)第五章参考文献 (18)第六章总结体会和致谢 (19)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。
降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。
它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。
X-Y数控工作台机电系统设计是利用AT89C51单片机,在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。
X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。
步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。
其工作原理是：每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场；由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。
由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。
本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用。
关键词：X-Y数控工作台；机电系统；AT89C51单片机前言机电一体化系统是综合多个学科的系统,包括机械技术,传感器技术,测试技术,电子技术和控制技术,信息与计算机技术。
毕业设计---X-Y数控工作台机电系统设计
毕业设计说明书题目：X-Y数控工作台机电系统设计----Y向工作台三维绘图学院：电气信息系专业：机电一体化摘要目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控铣床系统，其工作台是机床上必不可少的部件，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产率。
随着经济的发展，机械行业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和生产率，而且能有效的适应多种品种，小批量的市场需求，使之更有效的发挥经济效益和设计效益。
本课题设计了X-Y数控工作台，该平台由两个一维平台叠加实现，其中一维平台由电机带动滚珠丝杠旋转，从而带动螺母副和工作平台完成直线运动，具体实现时先要确定工作平台的各个参数让其能满足题目的要求，再通过精密计算导轨上移动部件的重量估算、铣削力、直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副等来确定要制作的数控工作平台，最后通过SolidWorks画出设计的工作平台。
本论文的主要设计内容重点是SolidWorks三维建模，根据设计的机械零部件尺寸完成Y方向工作台零件的三维造型，SolidWorks绘图过程中，先画出单个的零部件，其主要通过一些简单的绘图、拉伸、剪切、扫描、阵列等工具进行建模，然后对这些零件进行一系列的装配，主要通过一些面、线的重合、平行、同心等过程进行装配，从而直观清晰的显示出Y方向工作台的内部结构。
关键词 X-Y数控工作台 直线滚动导轨副SolidWorks目录第一章绪论 (5)1.1、目的和意义 (5)1.2、国内外现状 (5)1.3、本设计的主要内容和任务 (6)第二章总体方案的确定 (7)2.1 总体方案 (7)2.2 机械传动部件的选择 (7)第三章机械传动部件的计算与选型 (9)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (9)3.2 铣削力的计算 (9)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (10)第四章 SolidWorks制图 (15)4.1 SolidWorks介绍 (15)4.2 SolidWorks制图 (16)第五章总结与展望 (19)参考文献 (21)致谢 (21)第一章绪论1.1目的和意义本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理是通过MCS-51单片机来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。
X-Y数控工作台机电系统设计
X-Y数控工作台机电系统设计简介本文档旨在介绍X-Y数控工作台的机电系统设计方案。
X-Y数控工作台是一种能够实现在二维平面上进行精密定位和移动的工作台，通常用于加工、装配和检测等工作场景。
机电系统是该工作台的核心组成部分，负责控制工作台的运动和定位。
机械结构X-Y数控工作台的机械结构采用传统的XY平面结构，其中X轴和Y轴分别对应水平方向和垂直方向的移动。
工作台通过导轨、丝杠和电机实现位置的精密控制。
机械结构的设计需要考虑以下几个方面：1.刚性：机械结构需要具备足够的刚性，以保证工作台在运动和加工过程中的稳定性和精度。
2.导轨选型：导轨是机械结构的关键组成部分，需要选择高精度、低摩擦的导轨，以实现工作台的准确定位。
3.丝杠传动：为了保证工作台的高速运动和高精度定位，通常采用丝杠传动和步进电机驱动的方式。
丝杠需要选择精度高、承载能力强的型号，并考虑到丝杠的进给速度和负载特性。
4.电机选型：电机是工作台实现运动的关键，需要选择合适的步进电机或伺服电机。
选取电机时需要考虑到运动速度、加速度、精度要求和负载特性等因素。
电气控制系统电气控制系统是X-Y数控工作台的关键组成部分，负责实现机械系统的运动控制和位置定位。
电气控制系统的设计需要考虑以下几个方面：1.控制器：选择合适的数控控制器，如PLC、CNC等，能够满足工作台运动控制的要求，包括速度、加速度、精度和多轴控制等。
2.编码器：为了实现位置的准确度，可以在电机和丝杠之间增加编码器，通过反馈信号实时检测位置，从而调整电机的控制信号。
3.电气线路：设计合理的电气线路，包括电源线路、信号线路和电机驱动器连接线路等。
电源线路需要满足工作台电气设备的功率需求，而信号线路需要保证稳定和可靠的传输控制信号。
4.驱动器：选择适合的电机驱动器，根据电机类型和工作台运动需求确定驱动器的性能指标，如控制精度、输出功率和最大电流等。
软件控制系统软件控制系统是X-Y数控工作台的核心，通过编程实现工作台的运动控制和位置定位。
xy工作台课程设计xy数控工作台机电系统设计
课程设计题目： X-Y数控工作台机电系统设计专业：机械电子工程班级： 11机电1班姓名：学号：指导教师：2014年12月5日目录第一章概述 (3)1.1 数控工作台简介 (3)1.2 设计任务 (3)1.3 设计思路及意义 (4)1.3.1 设计思路 (4)1.3.2 设计意义 (4)第2章总体方案的确定 (4)2.1 机械传动部件的选择 (4)2.1.1 导轨副的选用 (4)2.1.2 丝杠螺母副的选用 (4)2.1.3 减速装置的选用 (5)2.1.4 伺服电动机的选用 (5)2.1.5 检测装置的选用 (5)2.2 控制系统的设计 (6)第3章X-Y机械部分设计 (6)3.1 确定系统脉冲当量 (6)3.2 导轨上移动部件的重量估算 (7)3.3 铣削力的计算 (7)3.4 直线滚动导轨副的计算与选型 (8)3.4.1 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (8)3.4.2 距离额定寿命的计算 (8)3.5 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)3.5.1 最大工作载荷F m的计算 (9)3.5.2 最大动载荷F Q的计算 (9)3.5.3 初选型号 (9)3.5.4 传动效率η的计算 (10)3.5.5 刚度的验算 (10)3.5.6 压杆稳定性校核 (11)3.6 步进电动机减速箱的选用 (11)3.7步进电机的计算与选型 (12)3.8 增量式旋转编码器的选用 (17)第四章X-Y数控系统设计............................................................... 错误！未定义书签。
4.1 绘制进给传动示意图................................................................错误！未定义书签。
4.2 控制系统设计 (18)4.3 步进电动机驱动电源的选用 (19)结论 (20)参考文献 (21)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。
X-Y数控工作台机电系统设计说明书
X-Y数控工作台机电系统设计xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx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：机电一体化的基础控制自动化系统化1引言机电一体化是多学科领域综合交叉的技术密集型系统工程，它是融合检测传感技术，信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术和系统总体技术等多种技术于一体的新兴综合性学科。
随着机电一体化技术的产生和发展，在世界范围内掀起的机电一体化热潮，使机电一体化越来越显示出强大的威力，它使机械产品向着高技术密集——机电一体化的方向发展。
机电一体化课程设计在机电一体化专业教学中占有重要位置，它关系到学生知识的综合运用和学生动手能力的培养及机电产品开发的能力。
因此设计内容选择很重要。
基于微型计算机控制的X-Y工作台是典型的机电一体化系统，以此为设计内容有较强的教学研究意义。
培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到了设计的作用。
通过对X-Y工作台的设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计.计算控制系统硬件电路的设计以及数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。
从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。
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。
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。
X-Y数控工作台设计(机电一体化系统综合课程设计)
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--⨯⨯⨯⨯⨯≈NY 向拖板（下拖板）尺寸： 14516050⨯⨯ 重量：约90N 。
XY数控工作台机电系统设计
XY数控工作台机电系统设计
一、引言：
XY数控工作台是一种数控加工装备，广泛应用于金属加工、装配生
产线等工业领域。
机电系统是XY数控工作台的重要组成部分，包括电机、传感器、控制器等设备，对机械运动和加工过程起着关键作用。
在本文中，将详细介绍XY数控工作台机电系统的设计内容。
二、XY数控工作台机电系统设计：
1.电机选择：
2.动力系统设计：
3.传感器选择：
4.控制系统设计：
XY数控工作台的控制系统主要包括控制器、运动控制算法和界面。
控制器接收传感器反馈的信号，通过运动控制算法计算出控制信号，控制
电机和传动装置的运动。
界面用于人机交互，操作员可以通过界面控制工
作台的运动和参数设置。
5.安全系统设计：
6.散热与防尘设计：
7.维修和维护设计：
为方便日常维护和维修，XY数控工作台的机电系统设计要考虑易于
拆装、易于检修、易于替换零部件等因素。
合理的维修和维护设计能够减
少停工时间，提高设备利用率。
8.整体布局设计：
三、总结：
XY数控工作台机电系统设计是一个复杂而关键的任务，设计好的机电系统能够提高设备的性能和可靠性，提高加工效率。
在设计过程中需考虑电机的选择、动力系统设计、传感器的选择、控制系统设计、安全系统设计、散热与防尘设计、维修和维护设计以及整体布局设计等方面。
通过合理的设计和优化，能够满足需求，提高工作台的性能和可靠性。
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XY数控工作台机电系统设计《数控机床》课程设计说明书设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计班级：姓名：指导教师：广西工学院机电一体化教研室2010年6 月名目一、《数控机床》课程设计目的 (3)二、设计任务 (3)三、设计要紧步骤 (3)1、确定设计总体方案 (4)（1）、机械传动部件的选择 (4)（2）、操纵系统的设计 (4)2、机械传动部件的运算与选型 (5)（1）、导轨上移动部件的重量估算 (5)（2）、运算切削力 (5)（3）、滚珠丝杠传动的设计运算及校验 (6)（4）、步进电机的传动运算及电动机的选用 (9)（5）、滚动导轨的设计运算 (15)3、其余附件的选择 (16)四、操纵系统的设计 (17)五、机械部分装配图的绘制 (19)六、参考文献 (20)七、总结体会 (20)一、设计的目的《数控机床》课程设计是一个重要的时刻性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，要紧目的：1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和把握数控机床的差不多组成及其想怪知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。
2、通过对机械系统的设计，把握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计运算及选用的方式 3、通过对机械系统的设计，把握常用伺服电机的工作原理、运算操纵方法与操纵驱动方式 4、 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想 5、 锤炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力二、设计任务设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，要紧参数如下：1、立铣刀最大直径的d=15mm ，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度c a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm ，加工材料为碳素钢或有色金属。
2、X 、Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。
3、工作台面尺寸为230mm 230mm ⨯，加工范畴为250mm 250mm ⨯;4、工作台空载进给最快移动速度：max max 3000mm /min x y V V ==，工作台进给最快移动速度:max ymax 400mm /min x f f V V ==，加减速0.4s 。
三、设计要紧步骤1、确定设计总方案 ⑴、机械传动部件的选择①、 丝杠螺母副的选择步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.01mm 脉冲当量，因为定位精度±0.02mm ，关于机械传动要有一定的精度缺失，大约是1/3-1/2的定位精度，现取为1/2，即是±0.01mm和±0.02mm的定位精度，滑动丝杠副无法做到，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可排除反向间隙。
同时选用内循环的形式，因为如此摩擦缺失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。
由于定位精度不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，刚性好，装卸方便。
由于工作台最快的移动速度max ymax 3000mm/minxV V==，所需的转速不高，故能够采纳一样的安装方法，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。
②、导轨副的选用要设计数控铣床工作台，需要承担的载荷不大，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。
③、伺服电机的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环操纵，也可选闭环操纵。
任务书所给的精度关于步进电动机来说依旧偏低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的阻碍而失步，决定采纳开环操纵，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min,故本设计不必采纳高档次的伺服电机，因此能够选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。
④、减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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，假如要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。
⑵、操纵系统的设计①、设计的X-Y工作台预备用在数控铣床上，其操纵系统应该具有轮廓操纵，两坐标直线插补与圆弧插补的差不多功能，因此操纵系统设计成连续操纵型。
②、关于步进电动机的开环操纵系统，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为操纵系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。
③、要设计一台完整的操纵系统，在选择CPU之后，还要扩展程序储备器，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。
2、机械传动部件的运算和选择（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、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估量重量约为800N 。
（2）、运算切削力依照设计任务，加工材料为碳素钢或有色金属及如下参数： 立铣刀 最大直径的d=15mm ，立铣刀齿数Z=3， 最大切削宽度e a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm ，设零件的加工方式为立式加工，采纳硬质合金铣刀，工件材料为碳素钢。
由【5】中P13页的表中，可知d=15mm 的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下：每齿进给量fz=0.1mm 铣刀转速n=300r/min由【2】中P200,查得立铣时切削力运算公式为：0.850.750.73 1.00.10c e z p 118a fd a n Z F -=代如上式得： 0.850.750.73 1.00.10c 118150.11583003N 1229N F -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈采纳立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由【2】中查得，各铣削力之间的比值范畴如下：f F /c F =(1.0~1.2) 取1.1 fn F /c F =(0.2~0.3) 取0.25 e F /c F =（0.35~0.4） 取0.38考虑逆铣时的情形，因为逆铣的情形的受力最大的情形，为了安全考虑这种最危险的工况。
由此可估算三个方向的铣削力分别为：f c F 1.1F 1356N =≈e c F 0.38F 468N =≈fn c F 0.25F 308N =≈考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力z F ，受到水平方向的铣削力分别为f F 和fn F今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力x F ，径向铣削力为y F 。
x f F F 1352N == y fn F F 307N ==z e F F 467N ==（3）、滚珠丝杠传动设计运算及校验①、最大工作载荷的运算已知移动部件总重量G=800N ，按滚动导轨运算，由【3】中P389，取颠覆力阻碍系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数查【1】中P194可知u=0.0025—0.005,现取u=0.005，求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：x F F (F F )eq y Z k u G =+++=1.1×1352+0.005×(307+467+800)=1500N②、最大运算动载荷的确定设工作台在承担最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min ，初选丝杠导程P=5mm,则现在丝杠转速eq n =v/P=80r/min 。
估量滚珠丝杠的工作五年,每天工作八小时，由此得使用寿命为T=5×360 ×8=14400h ，依照【1】中P110，公式5—4得：'66010eq n T T ==610N -其中 T ——使用寿命 14400 h N ——循环次数eq n ——滚珠丝杠的当量转速 80r/min求得：'660801440010T ⨯⨯=≈72 （610r ） 查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等冲击载荷取值范畴 1.2~1.5d f =，现取 1.3d f =，滚道硬度为60HRC 时，硬度阻碍系数取值 1.0h f =，由【1】中P109，式5-3 3c d h eq C f F =代入数据得：3 1.3 1.01495C=⨯⨯≈8112Nc②、规格型号的初选依照运算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查网上生产该型号的生产厂家的资料，选择济宁博特周密丝杠制造生产的GDM系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈×2系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于最大运算动载荷C=7971，满足要求。
c参考网址： :// jsinfo .cn/3ji.asp?id=37滚珠丝杠螺母副几何参数（单位mm）3.1750.52=表一④、传动效率的运算=20mm,导程P=5mm,代入λ=arctan[P/(∏d0)]，得丝杠螺旋升角将公称直径dλ=4°33′。
将摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。
⑤、刚度的验算X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采纳“一端固定，一端游动”的轴承配置形式。
由【1】中P109，可知这种安装适用于较高精度、中等载荷的丝杠，一端采纳深沟球轴承，一端采纳一对背对背角接触球轴承,如此能承担集中力偶。
丝杠螺母的刚度的验算能够用接触量来校核。
a 、滚珠丝杠滚道间的接触变δ，查【3】中相关公式，依照公式0/W Z d d π=，求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数⨯列数为3⨯2，代入公式Z ∑=Z ⨯圈数⨯列数，得滚珠总数量Z ∑=120。
丝杠预紧时，取轴向预紧力eq Fy F =/3=498N 。
查【3】中相关公式，得， 滚珠与螺纹滚道间接触变形 310.0013/Pa δ=式中 Pa=310.0013/Pa δ==30.00131495/0.0014⨯=。
因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，因此实际变形量能够减少一半，取1δ=0.0007mm 。
b 、丝杠在工作载荷max F 作用下的抗拉压变形2δ丝杠采纳的是一端采纳深沟球轴承，一端采纳一对背对背角接触球轴承的配置形式，轴承的中心距a=560mm,钢的弹性模量E=2.1⨯105MPa,由表一中可知，滚珠直径w d =3.175mm,丝杠底径2d =16.2mm ，则丝杠的截面积S=22d /4π=206.122mm ,由【7】中，式3-352F /eq a ES δ=其中， 最大工作载荷F eq =1495N中心距a=560mm 弹性模量E=2.1⨯105MPa截面积S=22d /4π=206.122mm代入以上数据，得 2δ=0.019mmd 、则120.00070.0190.019719.7mm um δδδ=+=+==总本例中，丝杠的有效行程为500mm ，由【3】中知，5级精度滚珠丝杠有效行程在400~500mm 时，行程偏差承诺达到30m μ，可见丝杠刚度足够。