一维工作台设计说明书
工台设计说明书(终)
设计组号： 1机电一体化系统综合课程设计X-Y数控工作台设计说明学校名称：广东海洋大学设计队员：林鑫其、朱金恒、倪洪、李健辉、蔡贤锋指导老师：陆兵日期：2013 年 1 月２目录前言 (2)一、总体方案设计 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 总体方案确定 (4)二、机械系统设计 (5)2.1工作台外形尺寸及重量估算 (5)2.1.1 进给工作台工作载荷计算 (6)2.2滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (7)2.2.1最大工作载荷的计算 (7)2.2.2最大动负载C的计算及主要尺寸初选 (8)2.2.3传动效率计算 (8)2.2.4刚度验算 (8)2.2.5压杆稳压性验算 (9)2.3、滚动导轨的参数确定 (10)2.3.1导轨的选型和计算 (10)2.4、步进电机的选用 (10)2.4.1步距角的选择 (10)2.4.2步进电机输出转矩的选择 (10)2.4.3 启动矩频特性校核 (12)2.4.4工进运行矩频特性校核 (13)三、控制系统硬件设计 (13)3.1 CPU板 (13)3.1.1 CPU的选择 (13)3.1.2 CPU接口设计 (14)3.2 驱动系统 (15)3.2.1 步进电机驱动电路和工作原理 (16)3.2.2电磁铁驱动电路 (17)3.2.3 电源设计 (17)3.3 传感器和人机界面 (17)3.4 本章小节 (18)四、控制系统软件设计 (18)4.1 总体方案 (18)4.2 主流程图 (19)4.3 INT0中断服务流程图 (20)4.4 INT1中断服务流程图 (21)4.4.1 复位程序流程图 (22)4.4.2 X轴电机点动正转程序流程图 (23)4.4.3 绘制圆弧程序流程图 (24)4.4.4 步进电机步进一步程序流程图 (25)五、附录 (26)前言一、设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。
一维工作台设计说明书
电子精密机械设计课程设计一维伺服移动工作台设计说明书（仅供参考)目录课程设计任务2设计任务介绍2设计内容2 一、分析工作条件和设计要求 3 二、电机选型3三、滚珠丝杠的选型4四、联轴器的选型9五、转矩讨论10六、电机的校核12七、联轴器校核13八、导轨选型13九、轴承的校核14十、轴承的校核18十一、系统谐振频率计算18十二、光栅的选型19附录20课程设计任务一、设计任务介绍:一维伺服移动工作台整体结构为完成一维伺服移动工作台的设计，需设计的机械系统包括：伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、直线导轨、光栅传感器等。
设计内容一维工作台整体结构：一维工作台整体结构由于工件重量(100N），工作台轴向载荷（300N)均很小，初选不考虑减速器。
一、分析工作条件和设计要求给定参数:工作台承重载荷:=100N,工作台轴向载荷:=300N，工作台最大移动速度：=0。
5m/s,有效行程:S=900 mm，加速时间常数：t=0.1s,加速度：a===5m/，重力加速度g=9。
8N/kg.1.工作台设计尺寸为：400×200×20mm，选用2A11，根据结构设计，工作台质量：=kg,∴载荷=+g=100+56.99=156.99N，∴根据经验，暂定采用双导轨4滑块，滑块质量为0.4kg。
二、电机选型整体质量M=++=100÷9。
8++1。
113=17.13kg,a.摩擦力，滚动导轨摩擦系数μ∈[0。
003，0。
005］,取μ=0.005；=Mgμ=17。
13×9。
8×0。
005=0。
84N，b.惯性力=M=17.13×=85.665N，最大轴向力=++=0。
84+85.665+300=386。
505N,最大功率==386。
505N×0.5=193。
25W,查机械设计手册P579：取，,,取安全系数为2电机所需功率,选择电机，见松下电机手册P57：AC200 V用，额定转速3000r/4500额定转矩为2。
课程设计：一维伺服移动工作台设计说明书
电子精密机械设计课程设计一维伺服移动工作台设计说明书学校名称：上海大学学院专业：机自学院精密机械系设计队员：指导老师：二〇〇一一年十二月目录课程设计概述 (2)课程设计任务 (2)1.设计任务介绍： (2)2.设计参数 (3)3.设计内容简介 (3)课程设计 (4)1一维工作台整体结构 (4)2.各部分选型 (4)1)电机的选型 (4)2)滚珠丝杆的选型 (7)3)支撑单元选择 (16)4)联轴器选择 (17)5)转矩探讨 (17)6)电机的校核 (20)7)联轴器校核 (20)8)导轨的选型 (21)9)轴承的校核 (22)10)系统精度计算 (25)11)系统谐振频率计算 (27)12)光栅的选型 (27)附录 (28)课程设计概述本次专业课程设计要求我们掌握电子精密机械设计方面的基础知识，并能独立运营电子精密机械设计的基本理论、基本方法、进行有关电子精密机械方面的设计。
通过本次专业课程设计使我们熟悉机械系统的方案论证过程，包括取得方式比较、传动形式的确定等；学会采用AUTOCAD进行机械设计，达到较熟悉程度；利用学过的基础理论，在设计实践中进行载荷的分析计算、电机的选择、传感器的选择、传动链的分析计算、传动系统的精度、谐振分析；综合运用有关课程如机械制图、公差与技术测量、热处理、机械设计、机械原理传感器技术等所学的知识来解决工程实际问题。
从而培养我们的自学能力、独立工作能力、协作精神和创新精神，为以后的毕业设计打好基础。
课程设计任务1.设计任务介绍：图1-1 一维伺服移动工作台整体结构为完成一维伺服移动工作台的设计，需设计的机械系统包括：伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠副、直线导轨、光栅传感器等。
2.设计参数工作台的承重载荷0300G N =；工作台的轴向载荷060F N =；工作台的最大移动速度max 0.2/V m s =；工作台的有效行程S 600mm =；加减速时间常数0.15t s =；2a 1.33m/s ⇒=加速度 重力加速度g 取9.8N/kg3.设计内容简介一维工作台整体结构 电机的选型 滚珠丝杆的选型 支撑单元选择 联轴器选择 转矩探讨 电机的校核 联轴器校核 导轨的选型 轴承的校核 系统精度计算 系统谐振频率计算 光栅的选型课程设计1一维工作台整体结构考虑到工件重量（300N ）,工作台轴向载荷（60N ）J 均很小，初选不考虑减速器。
工作台设计说明书
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)参考文献 (30)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X 轴与Y 轴的传动系统简图都如图所示二、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=专业课课程设计指导书（2－1）其中：为步进电机的步距角，为滚珠丝杠导程，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 ＝200mm ，Y ＝150mm 。
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)参考文献 (30)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X 轴与Y 轴的传动系统简图都如图所示二、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=专业课课程设计指导书（2－1） 其中：为步进电机的步距角，为滚珠丝杠导程，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 ＝200mm ，Y ＝150mm 。
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。
数控工作台课程设计说明书电子教案
数控工作台课程设计说明书设计组号：A8课题号： 08机电一体化系统综合课程设计课题名称：Ｘ－Ｙ数控工作台设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化设计成员：指导老师：日期： 2011年3月7日目录一、总体方案设计11.1设计任务11.2总体方案确定11.2.1方案确定思想11.2.2 方案对比分析与确定21.2.3 总体方案系统组成3二、机械系统设计32.1 工作台外形尺寸及重量估算32.2 导轨参数确定42.3 滚珠丝杆的设计计算42.4步进电动机减速箱设计52.5 步进电机的选型与计算52.6 机械系统结构设计7三、控制系统硬件设计83.1 控制系统硬件组成83.2 控制系统硬件选型83.3 控制系统硬件接口电路设计103.4 驱动系统设计错误!未定义书签。
3.4.1步进电机的驱动电路错误!未定义书签。
3.4.2电磁铁驱动电路错误!未定义书签。
3.4.3电源转换错误!未定义书签。
四、控制系统软件错误!未定义书签。
4.1控制系统软件总体方案设计错误!未定义书签。
4.2主流程设计错误!未定义书签。
4.3 INT0中断服务流程错误!未定义书签。
4.4 INT1中断服务流程图错误!未定义书签。
4.4.3 绘制图弧程序流程图204.4.4 步进电机步进一步程序流程图错误!未定义书签。
五、总结错误!未定义书签。
六、参考文献28七、附录281、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=500×500×184mm；最大长度L=628mm；工作台加工范围X=250mm；Y=250mm；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（1：1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。
新型一维位移工作台的设计及特性分析
第14卷 第3期2006年6月光学精密工程O ptics and Precisio n Eng ineer ingVo l.14 N o.3 Jun.2006收稿日期:2005 07 14;修订日期:2006 04 10. 基金项目:国家自然科学基金项目(N o.50175037)文章编号 1004 924X(2006)03 0428 06新型一维位移工作台的设计及特性分析戴 蓉1,2,谢铁邦1(1.华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉430074;2.武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070)摘要:研究开发了一种能实现大量程位移和纳米级定位精度的一维位移工作台。
工作台采用粗、精两级定位机构,以精密衍射光栅传感器组成工作台位移的闭环检测系统。
工作台可以实现0~6mm 的位移及1nm 的定位分辨力。
文中建立了由压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的精定位机构的机电耦合模型,进行了精定位机构的模态分析和静力学分析,并采用A NSY S 软件进行了有限元仿真运算。
最后给出了工作台在表面三维微观形貌测量仪中的应用结果。
关 键 词:微定位工作台;柔性铰链;P ZT 驱动器;有限元分析;模态分析中图分类号:T H 703.6 文献标识码:ADesign and analysis of 1 DOF nano positioning stageDAI Rong 1,2,XIE T ie bang 1(1.School of M echanical S cience &Eng ineer ing ,H uaz hong Univer sity ofS cience and T echnology ,Wuhan 430074,China;2.School of M echantr onic E ngineer ing ,Wuhan Univer sity of Technology ,Wuhan 430070,China)Abstract:A no vel 1 DOF displacem ent stage w ith larg e motion rang e and nano positioning precision w as developed.T he stage is a set of tw o grades m echanism by coarse and fine positioning,and a dif fraction g rating is fix ed to the stag e to form a clo se lo op displacement measuring sy stem.The dis placement rang e of the stage is 0~6mm and the positioning resolution is 1nm.A electrom echanicelcoupling mo dal o f PZT actuated and flexure hinge g uided fine po sitio ning m echanism w as established,its m odel and mechanics analysis w as perform ed.T he finite element analysis soft ANSYS w as also used to sim ulate the behav io r o f the stag e and an application example w as presented at the last of the paper.Key w ords:nano positioning stag e;flexure hinge;PZT actuator;finite element analysis;model analysis1 引 言微电子工程、计量科学与技术、精密加工、纳米科学与技术等科技领域的发展,使微位移机构得到越来越广泛的应用。
一维数控工作台设计
一维数控工作台设计一维数控工作台是一种工业设备，用于在一维平面上进行各种加工工作。
它通过计算机控制系统，可以自动进行加工操作，具有高精度、高效率和稳定性等特点。
设计一维数控工作台需要考虑加工需求、机械结构、控制系统和人机交互等方面。
首先，设计一维数控工作台需要确定加工需求，即确定需要加工的工件材料和形状。
不同的工件材料和形状对加工设备的要求不同，需要根据具体的加工需求来确定一维数控工作台的规格和功能。
接下来，设计机械结构是设计一维数控工作台的关键。
机械结构包括机床床身、导轨、滑块、传动系统等部分。
机床床身应具有足够的刚度和稳定性，以保证加工过程中的精度和稳定性。
导轨和滑块应具有低摩擦、高精度和高刚度，以保证加工过程中的运动平稳和精度。
传动系统可以采用丝杆传动、齿轮传动或皮带传动等方式，根据加工需求和要求选择合适的传动系统。
设计控制系统是实现数控操作的关键。
控制系统由计算机、数控软件、运动控制卡和执行器等部分组成。
计算机通过数控软件生成加工程序，将加工程序传输给数控系统，数控系统通过运动控制卡控制执行器实现运动控制。
控制系统需要具有可编程性、精度高和稳定性好的特点，以满足不同加工需求和加工要求。
最后，设计人机交互界面是保证操作方便和安全的关键。
人机交互界面包括显示屏、键盘、鼠标和控制按钮等部分。
显示屏用于显示加工程序和加工过程，操作人员可以通过键盘、鼠标和控制按钮进行操作控制。
人机交互界面需要设计合理、直观易用，以提高操作效率和操作便利性。
总结来说，设计一维数控工作台需要考虑加工需求、机械结构、控制系统和人机交互等方面。
通过合理的设计和配置，可以实现高精度、高效率和稳定性的加工操作，提高生产效率和产品质量。
一维数控工作台设计
一．总体方案设计
1.1 设计任务
其他设计参数如下： 工作台面板150×200 承受载荷 Pz = 12Kg , Px = 15Kg ,Py = 6Kg 最大移动距离 300mm 最大移动速度 2.5m/min 采用联轴器传动
一．总体方案设计
1.2 系总体方案确定
统 总 体 基 本 思 想
一．总体方案设计
五．光学部分设计
5.2 参数计算
设计要求：检测丝杠转角， 步进电机走一步，编码器输出 不小于5个脉冲信号，确定主 要参数。
五．光学部分设计
5.2 参数计算
(1).光源采用LED 型号：SST-R-3528-85105-C-12
五．光学部分设计
5.2 参数计算
(2).透镜 通光口径 : 焦 直 距: 径: d=1~3mm f =10cm D=25mm
110
112
16
6.5
查表选用110BYG250型步进电机
二．机械系统设计
2.5确定传动比 确定传动比
因步进电机步距角 距 t = 4mm ，脉冲当量 δ p = 0.01mm / step 系统传动比：
，
θb = 1.5o ，滚珠丝杠螺
旋转工作台设计任务说明书
旋转工作台设计任务说明书
一、目的
本次课程设计是《精密机械设计》课的重要组成部分，是打好技术基础和进行技能训练的重要环节。
其目的是：
1．巩固《精密机械设计》课程所学内容，综合运用所学课程的知识进行设计，培养分析和解决实际工程问题的能力；
2．学习仪器结构设计的一般方法和步骤，提高机械设计水平，树立正确的设计思想；3．扩大知识范围，学会运用各类技术资料，包括技术标准、手册等。
二、设计目标
设计一高度可调的维旋转工作台，主要设计参数如下：
总体尺寸150⨯150⨯300；
高度调节范围：100mm；
高度调节灵敏度：1 mm；
旋转范围：360°；
旋转微调范围：5°；
旋转微调灵敏度：2＇；
图1为其示意图。
图1旋转工作台示意图
图1. 旋转工作台示意图
三、设计要求
要求完成的任务：
1．总体结构设计、部件结构设计、主要零件设计；
2．运动及精度计算；
3．画出总装配图、部件图和主要零件图；
4．撰写设计说明书
四、设计说明书内容及要求
内容包括：
1．对设计任务的说明；
2．结构设计说明（各部分结构方案选择及理由）；
3．主要参数计算过程及结果；
4．其它技术说明（如使用、保养、装卸等注意事项）；
5．改进设想；
6．设计小结；
7．参考资料目录。
说明书各部分应有标题，前面应有总目录。
论述中尽量利用插图，说明问题简明扼要。
总要求可归纳为：论述清楚、语言通顺、插图得当、计算正确、书写整洁。
一维伺服工作台
应用技术学院一维伺服工作台设计班级：学号：姓名：指导老师：成绩：机械工程实验教学中心目录一、设计参数 (2)二、工作台的外形尺寸和质量估算以及相关数据处理 (2)三、滚动导轨的参数确定 (2)四、滚珠丝杠副的选取 (3)五、步进电机的选用 (5)六、轴承和联轴器的选取 (9)七、工作台机械部分 (12)八、步进电机驱动电路设计 (12)九、结论 (20)附录一 (21)附录二 (22)一、设计参数：（1） 工作台的轴向载荷F=100N ；（2） 工作台的最大移动速度Vmax ≤40mm/s ； （3） 脉冲当量 mm 01.0≤δ （4） 工作台的有效行程L=450mm ；二、工作台的外形尺寸和质量估算以及相关数据处理： 体积：V=长×宽×高= 150mm ×150mm ×20mm=34105.4m -⨯。
重量：选用工作台材料为铸铁，密度337.810/kg m ρ=⨯,取重力加速度g9.8/N kg=，则工作台质量Kg m m Kg V M 51.3105.4/108.73433=⨯⨯⨯==-ρ。
工作台运动部分的总重量:N Kg N Kg Mg G 4.34/8.951.3=⨯==。
三、滚动导轨的参数确定：⑴、导轨型式：这里选择闭式滚珠导轨，闭式滚珠导轨承载能力较小，但方向精度高，摩擦力小，耐磨性较好，对温度变化不敏感，符合本设计要求。
⑵、导轨长度:工作台大小为150×150mm 2，同时设计要求最大移动距离为450mm ，工作时的余量留20mm ，因此初选导轨长度为620mm 。
（3）导轨的选型：通过查表，我们最终选择TBR16型号的导轨。
四、滚珠丝杠副的选取：（1）初选滚珠丝杠副的导程：由于工作台的最大移动速度Vmax=40mm/s，而一般步进电机的步距角为0.9度和1.8度居多，经过对有关滚珠丝杆资料的查询，我们初选滚珠丝杆的螺距h P =4mm ，且额定寿命为t=15000h 。
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3三、总体方案的确定31、机械传动部件的选择32、控制系统设计4四、机械传动部件的计算与选型41、导轨上移动部件的重量估算42、铣削力的计算43、直线滚动导轨副的计算与选型74、滚珠丝杠螺母副的计算与选型95、步进电机减速箱的选用126、步进电动机的计算与选型137、增量式旋转编码器的选用17五、工作台机械装配图的绘制18六、工作台控制系统电路图绘制18七、步进电动机驱动电源的选择18总结 (18)参考文献 (19)附录：201、操作控制面板202、控制程序21X-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。
机电一体化课程设计的目的主要包括以下几个方面：（1）培养学生综合运用所学的理论知识与实践技能，解决实际问题的能力；树立正确的设计思想，掌握机电一体化产品设计的一般方法和规律，提高机电一体化产品设计的能力。
数控机床工作台设计说明书
《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：机电一体化教研室2010年6 月目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三．总体方案的确定 (4)1、机械传动部件的选择......................................................................... . (4)(1)丝杠螺母副的选用 (4)(2)导轨副的选用 (4)(3)伺服电动机的选用 (5)2、控制系统的设计 (5)3、绘制总体方案图 (5)四、机械传动部件的计算与选型 (5)1、导轨上移动部件的重量估算 (5)2、铣削力的计算 (6)五、步进电动机的计算与选型 (9)1、传动计算 (9)2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq (10)3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq (10)4、步进电动机最大静转矩的选定 (12)六、直线滚动导轨副的计算与选型 (14)1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (14)2、距离额定寿命L的计算 (14)七、绘制进给传动系统示意图 (15)八、控制系统硬件电路设计 (15)九、步进电动机的驱动电源选用 (18)结束语 (18)参考文献 (20)一、设计目的《数控机床》课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：1）通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。
2）通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件得工作原理、设计计算方法及选用原则。
3）通过伺服系统得设计，掌握常用伺服电机得工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
4）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。
5）锻炼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。
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的丝杠旋转,分别使得X、Y工作台进给。
数控系统由单片机、键盘、变频检测系统构成，具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝自动处理等主要功能.线切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及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。
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电子精密机械设计课程设计一维伺服移动工作台设计说明书（仅供参考）目录课程设计任务2设计任务介绍2设计内容2 一、分析工作条件和设计要求 3 二、电机选型3三、滚珠丝杠的选型4四、联轴器的选型9五、转矩讨论10六、电机的校核12七、联轴器校核13八、导轨选型13九、轴承的校核14十、轴承的校核18十一、系统谐振频率计算18十二、光栅的选型19附录20课程设计任务一、设计任务介绍：一维伺服移动工作台整体结构为完成一维伺服移动工作台的设计，需设计的机械系统包括：伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、直线导轨、光栅传感器等。
设计内容一维工作台整体结构：一维工作台整体结构由丁工件重量(100N),工作台轴向载荷(300N)均很小，初选不考虑减速器一、分析工作条件和设计要求给定参数：工作台承重载荷：G[)=100N ,D I工作台轴向载荷：知=300N ,工作台最大移动速度：^E=0.5m/s ,有效行程：S=900 mm ,加速时间常数：t=0.1s ,4 —丝丝一J I■?加速度：a= t =0.l=5m/ S*, 重力加速度g=9.8N/kg.1. 工作台设计尺寸为：400 X 200 X 20mm，选用2A11,根据结构设计，工作台质量： 5.816kg,『「缶缶吨I. •载荷5= *0+ ・g=100+56.99=156.99N ,.••根据经验，暂定采用双导轨4滑块，滑块质量为0.4kg.二、电机选型IH T IH A Dla rgi£整体质量M= —+ + '=100+ 9.8+ ------------ '+1.113=17.13kg,仍I a.摩擦力f ，滚动导轨摩擦系数卜€ [0.003,0.005],取氏0.005;F(l=Mg p =17.13 X 9.8 X 0.005=0.84N,b.P" !惯性力fi=M t=17.13 XO1=85.665N,最大轴向力最大功率-0.84+85.665+300=386.505N,.._ = *&妒E=386.505N X 0.5=193.25W,查机械设计手册P579取嘛印98蠕印9。
3取安全系数为2电机所需功率P =「荒呵=笋5X2= 45030W临0.98 X 0S9 3x叫选择电机，见松下电机手册P57:•容许负载翠七¥•HP.1B3)•制动耕规格举情苗见P」&4)f是保持制动密一磁危立即恐放占暇注l--5i?^^P.182,P.183o奈路寒外股尺寸图请参照P.4孟+ 1毛机申号中的□表示电机构造.* 2躯即新的型号末尾带E的产品为脉律专用型.*3适用引珀盎的型号中m表沮系列*习美扫号的详蚂内容理替用P】氏P"50WAC200 V 用，额定转速3000r/4500额定转矩为2.4N m惯量比为20倍以下三、滚珠丝杠的选型:运动方向：水平、一、g 虹 * 1。
地E 送质重：' -:一行程长度：.'「"•， 操作速度：’工 ■-,加速度时间：,.-"---：,0,9X01X0,5X0,5X2 …工、V 等速时间：加速度:a 二…*f导程精度：按［一般机械］选择高精度L转子转动惯量L=0.97X104kg'm z=0.1 X 05 X 05 = 0.025m = 25mm h = 850mm ； lq5mm—^=15.79加速距离: 等速距离: 减速距离:每分钟往返次数：英1+址*可） 次/min导向摩擦系数：0.003 导向面摩擦阻力: 轴向外部载荷:希望寿命（转数）： 0.005,取 =0.005,后 084N卜3岫 L =葱项T= 1.7s1.计算轴向载荷，以足，则其他满足,的丝杠，沟槽谷径的丝杠，沟槽谷径018最小，即若018满= 164mmn Ug v・O.SX 1000X60 nPt, = ------ X1=—————=10mmi=T]壬口导程：.••丝杠导程应大丁或等丁10mm ,选取「】一根据THK滚珠丝杠手册A-692 ,①选择①18或020,再根据《机电一体化设计》P36,选择支承方式为：固定-支撑3000挠性载荷：Pl = % X 节x 10, = 10 X 忌X 10+ = 5772*0 > F max = 411610N其中固定支撑的m=1°, L为安装距离（估为1000mm),,中=与安装方法相关的系数固定一自由T|i=O 25n==i- 3固定一支撑中=2T|3= 10PJ/E—固正qi=4中=20P-二116X1552 = 27869 涎恤丝杠轴的容许拉伸压缩载荷- .一,2. 容许转速:N 曲二 3000rpm丝杠最N _ H .............. = a = 3000rpm p h iol.di T 21 iN ］二板 ± 10’ =15.1 X 赢yX 10 =3171rpm>N= 3000rpmVffljgX&OXiOmax 转 速_ 0.5x60x10'10DN 值认定的许用转速根据 THK 手册，B-650~B-657 ,L 『100m 岫=21.40101,^=26.3mm竺tL 轴25o 100 &Q0 0?O 0 63Q 55。
50 。
4钮 40 fl 3630◎ 28<? 2S 0 200 18。
1 安 015 0 14<? 12 0 10 418 06旋择逐度(«in )取025时,N：静态安全系数:_ c版其中■* [Flmax =寿命计算a) 去程加33 2?[Hmac3.™ 二4942.97 rpm > 膈⑶二33虬取卜25=112kN>F imax等速运行时速运行F1=F I+F f+F t t=0184+85.61+300=386.51N [A1J=25- ,& = 虾啪300顼硼1广850,速运行时F3 = F a+F r F t?=0.84+ 300-85.66 = 215.18N13=25L“.b)回程加等速运行时速运行时F4 = F a-F f-F g=300-0.84-85.67 = 2M14=25,顷・0,8E99珊15= 850速Ffi =Pa "ff =300-0.84+85.67 = 38WN,F — 3I Fl 3Xh +F ：+F] 3 ^13+F43 xk+ F J 3 Xlj +Ffi 3Xls正 ， =301.36N,负：—"F a = Li 二 3 )136NLxFt= 3S7xirxl ° = 2272L58h >10000 ft 2X60X0X15 2x60x15.79x900"丝杠寿命符合要求。
为确定定位精度，需较好刚度，取 ①25,即BIF 2510A-5 ,h = 100 mm以此讨论支撑单元,见THK 滚珠丝杠手册A-804:L= .满壬)3X1°6 弭 87X10*ev>L8X109rev【固定例用】__________________ ________________________________方形EK型方形BK型尺寸衰*752方形BF型Rtgfrjso减小安装尺寸取BK17 BF17四、联轴器的选型:丝杠轴段长23mm，轴径为①15,电机MSNID 750W轴段长32mm，轴径为①19,根据MISUMI联轴器手册，选择联轴器型号为MISUMI SCXW4Q相关参数:容许扭矩：101Nlm,最高转速：瞄-顶°°1例, 转动惯量肾mi。
-斯.五、转矩讨论T转矩由三部分计算：负载转矩‘1,滚珠丝杠预压引起转矩1. 负载转矩R一，F=F a+Fr300H-84= 300.84N,300.84X10T]二-- 504.06 N* mm2^x0,95x12.预压转矩1T2 =0.05(tanp)F・2n预压载荷：根据THK滚珠丝杠手册A-758，预压载荷取0.05 %,F ao=0.05C a= 0.05 X 15.8 X 103 =790N；gKN,10M = -4-itxdp itx2&3T2 =0.05 X（^ X = = 180.70 N-rnm9精度，见THK滚珠丝杠手册A-689:t 扭矩变动率为 ±45%:,T 2 = 18070 X （l±45%）= 18070 + 8132 N 5L=T 帼= 262.02 N ・nm - ... .3. 惯性转矩 b查表得丝杠转动惯量•一,10=17.13 X（房）2 X 10-6+3.01 X IO -3 X 10一4 X 1119= 3302X10-4 加疝 ,C 地二*芸141,59前眼, ,角加速度’,-丁3=（〕+九+原）,3=（3J02X10"4+0.97 X IO" +4,70 X 1（T S） X 3141.59 二m ，.,其中，h 为电机转子惯量，为097X10弋赋，好为联轴器转动惯量，为4,70 X 10 5kg'm\5 加速时：T k = T t +T 2+T 3 = 504.06+262.02+1646.82=2412.9『mm b =以匀速时： Tt =Ti +T 2=504.45 + 262D2=766.08 N • mm h -°‘h 减速时：所以60Xti 60X0,1L = L +T广T；二504.0(} 262.02 -1646.82 =- 880.74 N1mm 1 b v 六、电机的校核最高使用转速：二•上，马达额定转速：•••—--二•上，所需最大转矩-1 - ■■1■ ■■,L = 7100 N *11101电机瞬时最大转矩：. ,有效转矩：JT fc2 q+T； -t2+T g -t3 _ 1675.5730.1+ 766,083<L7+143.41^0.1ti+12+tg p 0.1+17+0,1=820.94「m ■:',T =2400N,mm>T.ffl.电机额定转矩 , ,l,=]+L = 1.455 X 10“+4J0X10"5= 1.925 X 104 kg * m: 负载惯量电机转子惯量•.1■:J - L98M 1.98<20 满足要求(J 图见松下电机手册P60)七、联轴器校核La -虹叮，由《机械设计与制造简明手册》表13-2, 土 E [1品・0],工作情况系数轴器界K=L25.被带动的转动愦量小^荷平稳K 取较小也由丁选取刚性联轴器，所以取较大T 取""，T Ca = K A XT= 2,0 X 1824.56= 3.65N*ni<10W'jn ,N m < 10000 rpm ■ ,a 13-2•容许鱼景^详情说誓见P.也3)•制面器规格：乞上够见P.1B4}I 是琅将制动器，勘邮立即群放。