数控十字工作台设计概述
数控十字工作台设计
目录
第一章绪论 (1)
1.1数控十字工作台概述 (1)
1.2数控十字工作台的应用 (1)
1.3设计任务 (1)
1.4总体设计方案分析 (2)
第二章机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计 (4)
2.1 XY工作台的设计 (4)
2.1.1主要设计参数及依据 (4)
2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析 (4)
2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量 (4)
2.2 Z轴随动系统设计 (5)
第三章滚珠丝杠传动系统的设计计算 (7)
3.1 滚珠丝杠副导程的确定 (7)
3.2 滚珠丝杠副的传动效率 (7)
第四章直线滚动导轨的选型 (9)
第五章步进电机及其传动机构的确定 (11)
5.1 步进电机的选用 (11)
5.1.1 脉冲当量和步距角 (11)
5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算 (11)
5.1.3确定步进电机最高工作频率 (12)
5.2齿轮传动机构的确定 (12)
5.2.1传动比的确定 (12)
5.2.2齿轮结构主要参数的确定 (12)
5.3步进电机惯性负载的计算 (13)
第六章传动系统刚度的确定 (15)
6.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 (15)
6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 (15)
第七章消隙方法与预紧 (17)
7.1消隙方法 (17)
7.1.1偏心轴套调整法 (17)
7.1.2锥度齿轮调整法 (18)
7.1.3双片齿轮错齿调整法 (18)
7.2预紧 (19)
第八章控制系统设计 (20)
8.1 确定机床控制系统方案 (20)
8.2 主要硬件配置 (20)
8.2.1主要芯片选择 (20)
8.2.2 主要管脚功能 (20)
8.2.3 EPROM的选用 (21)
8.2.4 RAM的选用 (22)
8.2.5 89C51存储器及I/O的扩展 (22)
8.2.6 8155工作方式查询 (23)
8.2.7状态查询 (24)
8.2.8 8155定时功能 (25)
8.2.9 芯片地址分配 (26)
8.3总体程序控制 (27)
8.3.1流程图 (27)
8.3.2总程序 (27)
8.4 键盘设计 (28)
8.4.1键盘定义及功能 (28)
8.4.2 键盘程序设计 (29)
8.5 显示器设计 (33)
8.5.1显示器显示方式的选用 (33)
8.5.2显示器接口 (34)
8.5.3 8155扩展I/O端口的初始化 (34)
8.6 插补原理 (35)
8.7光电隔离电路 (35)
8.8越界报警电路 (36)
第九章步进电机接口电路及驱动 (39)
第十章总结 (40)
致谢 (41)
参考文献 (42)
第一章绪论
1.1数控十字工作台概述
数控十字工作台，“十五”的主要工作是促进加工产业的发展，保持年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。
数控化与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为发展的一个重要趋势。
1.2数控十字工作台的应用
数控十字工作台是光、机、电一体化高度集成设备，科技含量高，与传统机加工相比，数控十字工作台的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低产品成本，减轻工人负担，对制造业来说，可以说是一场技术革命。
1.3设计任务
本次设计任务是设计一台单片机（89C51主控芯片）控制数控十字工作台床，主要设计对象是XY工作台部件及89C51单片机控制原理图。而对数控十字工作台其他部件如冷水机、激光器等不作为设计内容要求，只作一般了解。单片机对XY工作台的纵、横向进给脉冲当量0.001mm/ pluse。工作台部件主要构件为滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、步进电机、工作台等。设计时应兼顾两方向的安装尺寸和装配工艺。
1.4总体设计方案分析
参考数控数控十字工作台的有关技术资料，确定总体方案如下：
采用89C51主控芯片对数据进行计算处理，由I/O接口输出控制信号给驱动器，来驱动
步进电机，经齿轮机构减速后，带动滚珠丝杠转动，实现进给。其原理示意图1-1。
图1-1 系统总体原理图
微机控制线路图参考MCS －51系列单片机控制XY 工作台线路图。
步进电机参照RORZE 株式会社的产品样本选取，以保证质量和运行精度,同时驱动器也选用RORZE 的配套驱动器产品。
滚珠丝杠的生产厂家很多，本设计参照了汉江机床厂、南京工艺装备制造厂的样本资料，力求从技术性能、价格状况、通用互换性等各方面因素考虑，最后选用南京工艺装备厂的FFZD 系列滚珠丝杠，即内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠副。
本设计弃用Z80，而选用单片机。单片机体积小、抗干扰能力强，对环境要求不高，可靠性高，灵活性好，性价比大大超过了Z80。比较后选用89C51为主芯片。在使用过程中89C51虽有4K 的FLASH （E 2PROM ），但考虑实际情况需配备EPROM 和RAM ，并要求时序配备。选晶体频率为6MHz ，89C51读取时间约为3t ，则t ＝480ns ,常用EPROM 读取时间约为200~450ns 。89C51的读取时间应大于ROM 要求的读取时间。89C51的读写时间约为4T ，则TR ＝660ns ，TW=800ns ，常用RAM 读写时间为200ns 左右，均满足要求。根据需要，扩展I/O 接口8155，因显示数据主要为数字及部分功能字，为简化电路采用LED 显示器。键盘采用非编码式矩阵电路。为防止强电干扰，采用光电隔离电路。
控 制 器
驱 动 器
驱 动 器
步进 电机
步进 电机
X 向工作台
Y 向工作台
第二章机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计
2.1 XY工作台的设计
2.1.1主要设计参数及依据
1、设计可沿X向和Y向数控运动的工作台；
2、数控运动驱动力源可以采用步进电机或交流伺服电机驱动，但是所选电
机必须与该电机生产厂所列技术数据一致；
3、工作台尺寸400×250mm（X / Y）；
4、工作台工作行程为：300×150mm（X /Y）；
5、脉冲当量：X向0.01mm/脉冲；Y向0.01mm/脉冲；
6、 X/Y向最高工作进给速度：300mm/min；
7、 X/Y向最高空载快进速度：700mm/min；
8、 X/Y/Z向切削负载为：2000/2000/1000N；
9、工件最大重量（包括夹具）为：150KG；
10、工作寿命每天8小时，连续工作5年，250天/年
2.1.2XY工作台部件进给系统受力分析
因机床工件之间不直接接触,因此可以认为在加工过程中没有外力负载作用。其切削力为零。
XY工作台部件由工作台、中间滑台、底座等零部件组成,各自之间均以滚动直线导轨副相联,以保证相对运动精度。
设下底座的传动系统为横向传动系统，即X向，上导轨为纵向传动系统，即Y向。
一般来说,数控机床的滚动直线导轨的摩擦力可忽略不计,但滚珠丝杠副,以及齿轮之间的滑动摩擦不能忽略,这些摩擦力矩会影响电机的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、预紧措施,其产生的负载波动应控制在很小的范围。2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量
初定工作台，材料为HT200，估重为625N (W1)。
设中托座,材料为HT200，估重为250N（W2）。
另外估计其他零件的重量约为250N (W3)。
加上工件最大重量约为120Kg（1176N）(G)。
则下托座导轨副所承受的最大负载W为:
W=W1+W2+W3+G＝665+250+250+1176＝2301N
2.2Z轴随动系统设计
数控十字工作台对Z轴随动机构要求非常高。在切割中需随时检测和控制切割表面的不平度，通过伺服电机和滚珠丝杆调整高度，要求Z轴的检测精度高于0.010mm：同时，随动速度应大于5m/min。随动速度太快会造成切割头上下震荡，太慢又造成切割头跟不上的现象。目前。对加工板材的检测主要有电容、电感、电阻、激光、红外等几种方式。电感式和电阻式属于传感器，激光、红外及电容式属于非接触式传感器。电容式传感器在运动检测过程中不发生摩擦阻力，最适于金属板材和高速切割加工，而激光和红外位移传感器对加工材料的反射率很敏感，仅适用于一些特殊场合的切割加工(如强磁场、强干扰环境)。所以在选择传感器时，应注意检测精度和对切割材料的适应性，同时安装时还需要注意采取抗干扰措施。一般来说，普通数控数控十字工作台Z轴拖动重量在5kg以上时，应采用重力平衡设施。而高性能数控数控十字工作台的Z轴拖动重量在2kg以上就必须施加重力平衡设施，特别是在高速飞行光路设计中,这一点尤为重要。目前Z轴上的重力平衡设施使用较多的是采用气缸托动方式(图2-1)。该方式重量轻、体积小、易安装，还可根据要求调整气缸的平衡力。
第三章 滚珠丝杠传动系统的设计计算
（一） 根据机床的受力情况及结构尺寸，参照南京工艺装备厂的产品系列，选
用FFZD 内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆，具体型号如下：
X 向： FFZD 2504-3/490×500 Y 向： FFZD 2504-3/500×1100
（二） 因X 向的滚珠丝杆比Y 向的滚珠丝杆所受的负载大，现只计算X 向丝杆
的相关数据，Y 向根据X 向的结果相同选用即可满足要求。
（三） 具体计算如下。
3.1 滚珠丝杠副导程的确定
轴向负荷计算公式：
a F =F+UW （3.1）
式中F —— 切削力，F=0
W ——工件重量加工作台重量 W=2301N
U ——滚动导轨上的滚动摩擦系数（约为0.003-0.004），取U=0.004 则根据式（3.1）：
a F = 0.004×2301=92N
数控十字工作台滚珠丝杠是在低速条件下工作的。
故本处的 G o =（0.2-0.3），a F =18.4-27.6N 。对照样本参数,这里的G o 非常小，选定导程为4的滚珠丝杠副。
3.2 滚珠丝杠副的传动效率
滚珠丝杠副的传动效率为:
'/()tg tg ηψψρ=+ （3.2）
式中ψ—滚珠丝杠的螺纹升角
ρ＇—当量摩擦角
根据当量摩擦系数和当量摩擦角关系（见表3-1），前面已经定v=1m/s ，材料选择灰铸铁HRC≥45。
所以：ρ＇=4°00′，tg ρ＇=0.0025 ；
因为ψ=arctg （P h /πd ） （3.3）
式中:P h—导程，4mm
d——丝杠公称直径，25mm
则根据式（3.3）：
ψ＝2.91°
则根据式（3.2）得：η＝0.953。
表3-1 当量摩擦系数f＇和当量摩擦角ρ＇
齿圈材料锡青铜无锡青铜灰铸铁
齿面硬度HRC≥45其它HRC≥45HRC≥45其它
相对速度υs
m/s
f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇
0.01 0.05 0.10 0.25
0.50
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0 4 5 8 10 15 24 0.110
0.090
0.080
0.065
0.055
0.045
0.040
0.035
0.030
0.028
0.024
0.022
0.018
0.016
0.014
0.013
6°17′
5°09′
4°34′
3°43′
3°09′
2°35′
2°17′
2°00′
1°43′
1°36′
1°22′
1°16′
1°02′
0°55′
0°48′
0°45′
0.120
0.100
0.90
0.075
0.065
0.055
0.05
0.045
0.040
0.035
0.031
0.029
0.026
0.024
0.020
6°51′
5°43′
5°09′
4°17′
3°43′
3°09′
2°52′
2°35′
2°17′
2°00′
1°47′
1°40′
1°29′
1°22′
1°09′
0.180
0.140
0.130
0.100
0.090
0.070
0.065
0.055
0.05
0.045
0.040
0.035
0.03
10°12′
7°58′
7°24′
5°43′
5°09′
4°00′
3°43′
3°09′
2°52′
2°35′
2°17′
2°00′
1°43′
0.180
0.140
0.130
0.100
0.090
0.070
0.065
0.055
10°2′
7°58′
7°24′
5°43′
5°09′
4°00′
3°43′
3°09′
0.190
0.160
0.140
0.120
0.100
0.090
0.080
0.070
10°45
9°05
7°58′
6°51′
5°49′
5°09′
4°34′
4°00′
第四章直线滚动导轨的选型
导轨主要分为滚动导轨和滑动导轨两种，直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点：
①定位精度高
直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。
②降低机床造价并大幅度节约电力
采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。
③可提高机床的运动速度
直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率20～30%。
④可长期维持机床的高精度
对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小．滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。所以在结构上选用：开式直线滚动导轨。参照南京工艺装备厂的产品系列。
型号：选用GGB型四方向等载荷型滚动直线导轨副，如图4-1。
具体型号：X向选用GGB20BA2P，2 500-4
Y向选用GGB20AB2P，2 1100-4
图4-1 直线滚动导轨
第五章 步进电机及其传动机构的确定
5.1 步进电机的选用
5.1.1 脉冲当量和步距角
已知脉冲当量为1μm/STEP ，而步距角越小，则加工精度越高。初选为0.36o /STEP （二倍细分）。
5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算
电机起动力矩：
12M M M =+ （5.1）
式中: M 为滚珠丝杠所受总扭矩
M l 为外部负载产生的摩擦扭矩，有:
'1/2()a M F d tg ψρ=??+ （5.2）
=92×0.025/2×tg （2.91+0.14） =0.062N ·m
M 2为内部预紧所产生的摩擦扭矩，有：
2/2ao h M K F P π=?? （5.3）
式中: K —预紧时的摩擦系数，0.1—0.3
P h —导程，4cm Fao ——预紧力， 有：Fao=Fao 1+Fao 2
取Fao 1=0.04×Ca=0.04 ×1600=640N
Fao 2为轴承的预紧力，轴承型号为6004轻系列，预紧力为Fao 2＝130N 。故根据式（5.3）：
M 2=0.098 N ·m
齿轮传动比公式为：i=φ× P h /(360×δp )，故步进电机输出轴上起动矩近似地可估算为：
/q T M i η= （5.4）
=360×M ×δp /φ×η×P h
式中: δp =l μm/STEP=0.0001cm/STEP ；
M= M 1+ M 2= 0.16N φ=0.36o /STEP
q=0.85 P h ＝0.4cm η＝0.953
则根据式（5.4）：
Tq=360×0.16×0.0001/(3.6×0.85×0.4)=0.4 N ·m
因Tq/TJM=0.866(因为电机为五相运行)。则步进电机最大静转矩TJM=Tq/0.866=0.46 N ·m 5.1.3确定步进电机最高工作频率
参考有关数控数控十字工作台床的资料,可以知道步进电机最高工作频率不超过1000Hz 。
根据以上讨论并参照样本,确定选取M56853S 型步进电机，该电机的最大静止转矩为0.8 N ·m ，转动惯量为235g/cm 2
5.2齿轮传动机构的确定
5.2.1传动比的确定
要实现脉冲当量l μm/STEP 的设计要求，必须通过齿轮机构进行分度，其传动比为：
/(360
)h p i P φδ=?? （5.5） 式中：P h —为滚珠丝杠导程
φ—为步距角 δp —为脉冲当量
根据前面选定的几个参数，由式（5.4）得：
i =0.36×4/360×0.001
=4:1=Z 2/Z 1
根据结构要求,选用Z 1为30，Z 2为120 5.2.2齿轮结构主要参数的确定 ①齿轮类型：选择直齿加工方便。
②模数选择：本工作台负载相当轻,参考同类型的机床后,选择m ＝1齿轮传动侧
隙的消除。
③中心距的计算：
A=m ×（Z 1+ Z 2） （5.6）
=1×(30+120)/2=75mm
齿顶高为1mm ，齿根高为125mm ，齿宽为20mm 。 ④齿轮材料及热处理：
小齿轮Z 1采用40Cr ，齿面高频淬火; 大齿轮Z 2采用45号钢，调质处理。
5.3步进电机惯性负载的计算
由资料知，数控十字工作台的负载可以认为是惯性负载。机械机构的惯量对运动特性有直接的影响。不但对加速能力、加速时驱动力矩及动态的快速反应有关，在开环系统中对运动的平稳性也有很大的影响，因此要计算惯性负载。限于篇幅，在此仅对进给系统的负载进行计算。
惯性负载可由以下公式进行计算：
02D 112234m n J =J +J +(Z /Z )(J +J )+ J (V /)m D ω? （5.7）
式中：J D 为整个传动系统折算到电机轴上的惯性负载。
J 0为步进电机转子轴的转动惯量e J 1为齿轮Z l 的转动惯量 J 2为齿轮Z 2的转动惯量 J 3为齿轮Z 3的转动惯量 m n 为系统工作台质量 Vm 为工作台的最大移动速率
ωD 为折算成单轴系统电动机轴角速度 各项计算如下：
已知：
J 0＝0忽略不计， m n =112.5Kg
齿轮惯性转矩计算公式：
22J=m=G/g ρρ （5.8）
其中：
ρ为回转半径 G 为转件的重量
滚珠丝杠的惯性矩计算公式：
J=RLD/32 π （5.9）
最后计算可得：
J1=0.1×10-3Kg. m2
J2=1.32×10-3Kg. m2
J3=2.98×10-4Kg. m2
J4=1.14×10-5Kg. m2
Vm=12 m/s
ωD=2πrad/s
故惯性负载根据式（5.7）得：
J D=J0+J1+(Z l/Z2)（J2＋J3）+ J4 (Vm/ωD)2×m n
=17.3 Kg. cm2
此值为近似值故此值小于所选电机的转动惯量。
第六章 传动系统刚度的分析
数控十字工作台XY 工作台其实为一进给传动系统，其传动系统的刚度可根据不出现摩擦自振或保证微量进给灵敏度的条件来确定。
6.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度
传动系统中的当量刚度K 或当扭转刚度C 主要由最后传动件的刚度K 0或C 0
决定的，在估算时，取K=K 0，C=C 0
对滚珠丝杠传动,其变形主要包括： ①丝杠拉压变形 ②扭转变形
③丝杠和螺母的螺纹接触变形及螺母座的变形。 ④轴承和轴承座的变形。
在工程设计和近似计算时，一般将丝杠的拉压变形刚度的三分之一作为滚珠丝杠副的传动刚度K 0，根据支承形式可得：
3/3*10(/)o K EF L Kgf mm -= 式（6.1）
式中：E=2.06×10 -4(Kgf/ mm 2)
F=754.8mm 2 L=Ls ＝250 mm 则根据式（6.1）得：
K 0=203.2N/mm
传动系统刚度较大，可以满足要求。
6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度
此时传动系统的刚度应满足：
K △≥F 0/△ 式（6.2） 式中：K △—传动系统当量刚度
F 0—部件运动时的静摩擦力 N —正压力,N=W/g=230kgf F —静摩擦系数，取0.003-0.004 △ —部件调整时，所需的最小进给量
XY工作台 课程设计 数控
数控机床课程设计说明书 设计课题：X-Y数控工作台设计 院别： 专业班级： 学号： 姓名： 指导老师：
摘要...................................................................................................................................... I 一前言. (1) 二设计任务 (1) 三设计主要步骤 (2) （一）确定设计总体方案 (2) 1、初拟机械传动部件方案： (2) 2、方案对比分析： (2) 3、最终方案： (3) （二）机械传动部件的计算与选型 (3) 1 导轨上移动部件的重量估算。 (3) 2 计算切削力 (3) 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验 (5) 4 步进电机的传动计算及电动机的选用 (10) 5 滑动导轨的设计计算 (16) 6 其余部件的选取 (17) 结论 (20) 致谢 (21) 参考文献 (21)
21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，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：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机
xy数控工作台课程设计
X-Y 数控工作台课程设计 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 ＝185mm ×195mm ×27mm ； （2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝385mm ×385mm ×235mm ； （3）工作台加工范围X=115mm Y=115mm ； （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）负载重量G=235N ； （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1m/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总体方案的确定 图1-1 系统总体框图 （1）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±0.01mm 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
机电课程设计XY数控进给工作台设计
机电课程设计XY数控进给工作台设计
大学 课程设计（论文） 内容：X-Y数控进给工 作台设计 院(系)部：机械工程学院 学生姓名： 学号: 专业：机械电子工程 班级： 指导教师： 完成时间：2010-10-08
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
目录 第一章课程设计的目的、意义及要求 (4) 第一节课程设计的目的、意义 (4) 第二节课程设计的要求 (4) 第二章课程设计的内容 (5) 第一节课程设计的内容 (5) 第二节课程设计的内容 (5) 第四章数控系统总体方案的确定 (6) 第五章机械部分设计 (7) 第一节工作台外形尺寸及重量初步估算 (7) 第二节滚动导轨副的计算、选择 (8) 第三节滚珠丝杠计算、选择 (10) 第四节直流伺服电机的计算选择 (12) 第五节联轴器计算、设计 (14) 第六节限位开关的选择 (15) 第七节光电编码器的选择 (15) 第六章机床数控系统硬件电路设计 (15) 第一节设计内容 (17) 第二节设计步骤························
VNUM数控机床调试维修教学软件(Virtual+Nu...
VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）1.0技术方案书 一、总体介绍： “VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）”是为配合教育部于2009年新开设的“数控设备应用与维护”专业及人力资源与社会保障部于2007年颁布的新工种“数控机床装调维修工”的教学培训而专门研发的以培养优秀的数控设备维护维修人才为目标的仿真教学软件，同时也是CITTIC数控机床维修培训认证推荐使用软件。软件采用目前最先进的三维可视化编程技术开发；主要服务于“数控设备应用与维护”专业中“数控机床电气控制系统安装与调试、数控机床机械部件装配与调整、数控机床PLC控制与调试、数控系统连接与调试、数控机床故障诊断与维修”等五门核心课程相关专业技能实训以及“数控机床装调维修工”各级别相关专业技能要求技能培训之用。软件最大特点是按照工作过程为导向的任务驱动式教学法的思路，最大限度模拟企业真实工作环境与流程，采用典型数控机床与数控系统，将上述教学内容逐一分解成单项技能实训，使学生从单一技能学习起步，逐渐深入，逐渐综合，最终经历一个完整的数控设备装配、调试及维修的生产性训练过程。软件生动直观，学生使用该软件反复练习后，即可将全部流程以及其中的所有技能细节强化记忆，在脑海中形成牢固图示，为其今后进入相关职业岗位奠定坚实的技能基础。 二、分类介绍： VNUM数控机床调试维修教学软件（Virtual Numeral Unit of Maintain）分为服务端与客户端。服务端主要作用是用于该软件的管理和通信。客户端主要应用于专业实训，分六大功能模块，如下图：
X-Y双坐标数控工作台设计
本科毕业设计（论文）通过答辩 目录 绪论 (4) 第一章：总体方案设计 (4) 1.1 设计任务 (4) 1.2 总体方案确定 (6) 第二章：机械系统设计 (6) 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (7) 2.2滚动导轨的参数确定 (8) 2.3 滚珠丝杠的设计计算 (11) 2.4 电机的选用 (14) 2.5 伺服电机惯性负载的计算 (15) 2.6 轴承的选用 (15) 2.7 轴承的类型 (15) 2.8 轴承调隙、配合及润滑 (15) 2.9 滚动轴承的密封装置 (16) 2.10 本章小结 (16) 第三章控制系统硬件设计 (16) 3.1 CPU板 (16) 3.2 驱动系统 (19) 3.3 传感器及软硬件设计 (20) 第四章控制系统软件设计 (25) 4.1 总体方案 (25) 4.2 主流程图 (25) 4.3 INT0中断服务流程图 (26) 4.4 INT1中断服务流程图 (27) 第五章参考文献 (20)
任务书 班级：学号：姓名： 题目：双坐标数控工作台设计（200×200） 时间：2009年11月6日至2009年12月25日共6周 要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机） 具体任务： 1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）； 2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件； 3、机械部分装配图1张（A0）； 4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图1张（A1或A0）； 5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。 班级： 学生： 指导教师：
数控铣床XY工作台 毕业设计.doc
毕业设计
茂名职业技术学院 2011年12月21日 数控铣床X-Y工作台设计 【摘要】 本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的x-y 数控铣床工作台。X-Y数控工作台的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。它充分的利用了微机的软件与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。设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的，本设计充分体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。X-Y数控工作台设计包括总体方案的设计、步进电机的选用、传动装置的设计、电气控制部分的设计和相关软件的设计。本设计的经济型数控工作台精度并不高，采用开环系统；机械传动部分采用步进电机直接连接滚珠丝杠，从而驱动工作台进给。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即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。 关键词：X-Y数控工作台；设计任务；机械传动部件；控制系统
CNC XY table design Abstract The design is in the NC machine tool works on top of design a simple, economical CNC xy table. XY table CNC electromech anical system design is an open-loop control system, its structure is simple, convenient and can guarantee to achieve a certain degree of accuracy. Reduce costs, is a computer-controlled technology, the simplest applications. It is full advantage of the crisis in software and hardware capabilities in order to achieve the control of machine tools; to expand the scope of processing machines, precision and reliability, and further enhanced. Design task is completely around the NC machine tool works and carried out,this design fully reflects the CNC machine tools and electrical equipment, machinery and equipment part of the close combination of parts. CNC XY table design includes the overall program design, selection of stepper motors, gear design, electrical control part of the design and related software design. The design of the economy is not high-precision CNC table, using open-loop system; mechanical transmission part is directly connected to ball screw stepping motor, which drives table feed . Stepper motor is a pulse signal will be transferred into the angular displacement of the electromechanical DAC device. Its working principle is: each to a pulse will be generated in the stator circuit in a certain space rotating magnetic field; due to pass the three-phase stepper motors AC Therefore, the number of input pulses and the time interval is different from the rotation of the rotor rotation speed and the length of time are different. As the rotating magnetic field into which the power of both the rotor conductor cutting magnetic field lines when the role of a force, from the realization of the rotating magnetic field corresponding rotational force of rotor rotation, so the rotor can be achieved only lead screw rotor
数控机床工作台设计
目录 一、前言 (3) 二、总体方案的确定 (5) 1、设计参数 (5) 2、初选步进电动机和丝杠 (5) 3、选定工作台尺寸 (6) 4、系统组成框图 (7) 三、机械部分的设计 (8) 1、传动系统等效转动惯量的计算 (8) 2、工作载荷分析与计算 (8) 3、进给工作台工作载荷计算 (9) 4、滚珠丝杠螺母副的选型与校核 (9) 5、导轨的选型和计算 (13) 6、驱动电动机的选用 (13) 四、数控系统的设计 (17) 1、硬件设计 (17) 2、步进电动机开环伺服原理 (18) 3、步进电动机的控制框图 (19) 4、软件程序设计 (20) 五、心得体会 (23) 六、参考书目 (23)
课程设计III 任务书 要求：该工作台可安装在钻、铣床上用于钻孔或铣削加工。设计参数如下：Y方向的脉冲当量为：0.005㎜/STEP；最大钻孔直径10㎜，铣刀直径的D=20; 齿数为4；加工材料为碳钢； 工作台行程范围是：500㎜X450㎜,；最大快速移动速度为：3M/MIN, 具体任务： 1、确定总方案，绘制系统组成图一张（A3） 2、机械部分设计计算，选择适当的元器件； 3、画出X-Y工作台外形图和Y向机械部分装配图一张(A0) 4、设计控制系统硬件电路,画出控制系统硬件电路图一张（A1） 5、编写设计说明书1分，（不少于8000）
前言 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。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 设计要求 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形
数控机床仿真加工实训报告样本
设计课程: 机电一体化实训 学院: 职业技术学院 专业: 机电一体化技术 年级: 级 学生姓名: 贞丰有你 学号: 0226 3月15日
目录 数控综合实训 .................... 错误!未定义书签。第1章数控车床仿真加工实例...... 错误!未定义书签。 第1节数控车床仿真加工零件图.. 错误!未定义书签。 第2节零件加工工艺分析........ 错误!未定义书签。 1.2.1 设定工件坐标系......... 错误!未定义书签。 1.2.2刀具选择 ............... 错误!未定义书签。 第3节编写数控加工程序........ 错误!未定义书签。 第4节数控仿真软件的安装运行.. 错误!未定义书签。 第5节数控仿真加工过程........ 错误!未定义书签。 1.5.1 机床回零............... 错误!未定义书签。 1.5.2 安装零件............... 错误!未定义书签。 1.5.3 装刀具................. 错误!未定义书签。 1.5.4 对刀和设定刀补......... 错误!未定义书签。 1.5.6 输入NC程序............ 错误!未定义书签。 1.5.7 检查运行轨迹........... 错误!未定义书签。 1.5.8 仿真自动加工........... 错误!未定义书签。第2章数控铣床仿真加工.......... 错误!未定义书签。
第1节数控铣床仿真加工零件图.. 错误!未定义书签。 第2节数控铣床加工程序........ 错误!未定义书签。 第3节零件加工工艺分析........ 错误!未定义书签。 2.3.1 设定工件坐标系......... 错误!未定义书签。 2.3.2刀具选择 ............... 错误!未定义书签。 第4节数控铣床仿真加工........ 错误!未定义书签。 2.4.1 FANUC 0iM数控铣床操作面板错误!未定义书 签。 2.4.2 铣床回零、工件装夹、刀具选择错误!未定 义书签。 2.4.3 数控铣床对刀方法....... 错误!未定义书签。 2.4.4 仿真加工............... 错误!未定义书签。总结.......................... 错误!未定义书签。
数控十字工作台的设计全套
自考毕业设计 数控十字工作台 1 一. 引言： 二. 设计任务 三. 总体方案确定 四、机械部分设计 1、导轨副的选择 （1）、额定寿命计算 （2）、滚动导轨预紧方式的确定： 2、丝杠螺母副的选用 （1）、计算进给引力m F （2）、计算最大动负载C 及主要尺寸初选 3、滚珠丝杠螺母副的选型： （1）、传动效率计算 （2）、刚度验算 （I ）、丝杠的拉伸或压缩变形量1δ （II ）、滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ （III ）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3δ （VI ）滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不做稳定性校核 4、确定齿轮传动比 5、步进电机的选用 （1）、步进电机力矩计算： （I ）空载启动转矩M 起 (II) 快速移动时间所需力矩M 快 (III) 最大切削负载时所需力矩M 切 五、心得体会 六、[参考书目]
自考毕业设计数控十字工作台一.引言： 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。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 二.设计任务 设计一个数控X-Y工作台。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0.02mm。 设计主要技术要求如下：台面尺寸长×宽＝400mm×250mm；工作台行程为：X=300mm，Y=150mm；脉冲当量：X 、Y都是0.01 mm；X /Y最高工作进给速度为300 mm /min；X /Y 最高空载进给速度为700 mm /min；X/Y/Z向切削负载为：2000/2000/1000N（力不用计算）；工件最大重量（包括夹头）为：150KG；工作寿命为每天8小时，连续工作5年，250天/年。进给机械系统均采用滚动（珠）丝杠副和滚动（珠）导轨副；所设计的工作台应结构合理、设计参数与上述要求符合；设计装配图应表达正确，完整，技术标注规范、全面； 三. 总体方案确定 X - Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动,系统中不设置传感与检测设备;半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动,并在电机输出轴端设置传感与检测设备;闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动,但检测与传感设备设置在工作台末端。本文所设计的X - Y 工作台开环伺服系统,通过控制器控制步进电机的驱动,经传动机构带动工作台运动,其总体框图如下: 带动工作台运动,其总体框图如下: 2
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) 3.5.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq (7) 3.5.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (8) eq 3.5.3 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)
立式数控铣床X-Y数控工作台课程设计
课程设计 课程名称：数控技术课程设计 学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号： 年级：任课教师： 2012年 1 月 16 日
课程设计任务书
课程设计（论文）任务书 学生姓名：指导教师： 任务书发出时间2011年12月25日 设计时间2011年12月26日——2012年1月16日 设计（论文）题目数控技术课程设计 设计（论文）内容 ①结合设计任务的要求拟定总体机械和电气控制设计方案。 ②根据拟定的机械设计方案进行二坐标数控工作台的机械结构设计计算和元件的 选用。 ③根据拟定的电气设计方案进行数控系统控制电路的框图设计及驱动控制电路的 计算和元件选用。 ④根据指定要求进行有关软件的流程图设计。 ⑤对指定的软件程序进行编写。 ⑥进行机械结构的工程图和电气原理图的绘制。 ⑦编写设计说明书。 设计（论文）的要求（含说明书页数、图纸份量） ①方案拟定正确。 ②设计计算根据来源可靠，计算数据准确无误。 ③元气件选用正确规范符合国家颁布标准。 ④机械结构图纸绘制视图完整、符合最新国家标准，图面整洁、质量高。 ⑤电气部份图纸要求符合国家标准，图面布局合理、整洁、质量高。 ⑥机械和电气部份图纸总量为 1.5 张“0”号图量，其中含机械装配图1～2张、 电气控制原理框图及计算机I/O接口和驱动控制电路等电气原理图1～2张。 ⑦课程设计说明书应阐述整个设计内容：如课题来源现实意义、总体方案确定、 系统框图分析、电气执行元件的选用说明、机械传动和驱动电路的设计计算以 及机械和电气的其它部分。说明书要突出重点和特色，图文并茂、文字通畅、 计算正确、字迹清晰、内容完整。说明书页数不少于 20 页
XY工作台 课程设计 数控
数控机床课程设计说明书 设计课题： X-Y数控工作台设计 院别： 专业班级： 学号： 姓名： 指导老师：
摘要II 一前言1 二设计任务1 三设计主要步骤2 （一）确定设计总体方案2 1、初拟机械传动部件方案：2 2、方案对比分析：2 3、最终方案：3 （二）机械传动部件的计算与选型3 1 导轨上移动部件的重量估算。3 2 计算切削力3 3 滚珠丝杠传动设计计算及校验5 4 步进电机的传动计算及电动机的选用10 5 滑动导轨的设计计算16 6 其余部件的选取17 结论20 致谢21 参考文献21
21世纪以来，人类经济高速发展，人们生活发生了日新月异的变化，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：十字工作台；滚珠丝杠；滚动导轨；步进电机
Since the 21st century, the human economy has developed high speed, the people live have had the change which changes with each new day, 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: Cross table Ball screw Rolling guide Stepper motor
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 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 ②PLC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。 系统总体方案结构框图
数控铣床工作台设计
目录 设计任务 (3) 一.系统总体方案设计 (3) (一)机械系统 (3) (二)接口设计 (3) (三)伺服系统设计 (4) (四)控制系统设计 (4) 二.机械系统的设计计算 (4) (一) 滚珠丝杠的选型与计算 (4) (二) 滚动直线导轨的选型与计算 (7) (三) 电机的选择 (8) (四)光电开关的选择 (10) (五)限位开关的选择 (10) 三控制系统设计 (12) 1.操作面板的布置图 (12) 2.操作面板功能介绍 (12) 3.控制系统原理框图 (15) 5、光电开关和限位开关信号采集原理 (15) 6、键盘、显示器接口电路分析 (15) 四程序 (16) 五参考文献 (19) 设计任务: X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm
平均切削力:1500N 平均切削进给速度:600mm/min 最高运动速度:6m/min 定位精度:0.02mm 工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一.系统总体方案设计 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 2.导向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)采用键盘作为输入 (2)采用LED作为指示标志 (3)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动机驱动电路的接口,实现电气隔离. (三)伺服系统设计 采用开环控制 (四)控制系统设计 二.机械系统的设计计算 (一)滚珠丝杠的选型与计算 由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm, 工作寿命8250816000h L h =??=,传动精度要求0.02mm σ=± 设导程P=5 mm ,则 max 600 120/min 5 60001200/min 5 m n r n r ==== (1) 求计算载荷 1.21.01.016001 C F H A M F K K K K N ==???= 由条件,查《机电一体化系统设计》表2-6取F K =1.2, 查表2-6取H K =1.2, 表2-4取 D 精度, 查表2-6取A K =1.0, (2)计算额定动载荷计算值Ca`由式 (2-4) 19209336Ca F N '===
技术报告 数控十字滑台的控制(DOC)
西安文理学院物理与机械电子工程学院机械专业技能拓展训练（设计） 题目数控十字滑台的控制 学生姓名乔旭罗纳德 指导教师韦炜、焦艳梅 设计所在单位西安文理学院 2014年12月
摘要 摘要:本篇文章主要进行西门子的可编程序控制器的十字滑台控制系统的设计。通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程序控制器来控制步进电机，以达到十字滑台的工作效果。主要内容有十字滑台控制系统介绍、十字滑台控制系统硬件选择、梯形图与I/O分配。 关键字：可编程序控制器；步进电机；十字滑台
目录 摘要 (2) 1 十字滑台控制系统介绍 (2) 1.1 系统构成 (2) 1.2 位置传感器 (3) 1.3 电机与驱动装置 (5) 2 十字滑台控制系统硬件选择 (6) 2.1 基本结构 (6) 2.1.1 电源 (6) 2.1.2 中央处理单元(CPU) (6) 2.1.3存储器 (7) 2.1.4 输入输出接口电路 (7) 2.1.5功能模块 (7) 2.2 编辑本段工作原理 (7) 2.2.1 输入输出（I/O）点数的估算 (10) 2.2.2存储器容量的估算 (11) 2.2.3控制功能的选择 (11) 2.2.4可编程逻辑控制器的类型 (14) 2.2.5 PLC输入/输出类型 (14) 2.2.6转换原理 (15) 3 十字滑台运动原理 (17) 3.1 实验原理 (17) 3.2实验设备及仪器 (18) 3.3关于步进电机模块的介绍 (18) 参考文献 (23)
1 十字滑台控制系统介绍 十字滑台是许多数控加工设备和电子加工设备。如：数控车床的纵横进刀装置数控铣床和数控钻床的XY 工作台，激光加工设备工作台，表面贴装设备等。 1.1 系统构成 十字滑台控制系统主要由plc运动控制器，伺服（步进）电机及相关软件等组成。控制计算机可以是普通的PlC机。运动控制器是安装在计算机总线扩充槽内的电机运动控制卡。如图所示为十字滑台机械本体。它由两个直线运动单元组成，每个直线运动单元主要包括：工作台面，滚珠丝杆，导轨，轴承座，基座等部分。通过两个直线运动单元的组合运动，可以使工作台面产生两个自由度 XY 轴方向的平面运动。 图1-1
数控十字工作台的设计——毕业设计
毕业设计 数控十字工作台 1 一. 引言： 二. 设计任务 三. 总体方案确定 四、机械部分设计 1、导轨副的选择 （1）、额定寿命计算 （2）、滚动导轨预紧方式的确定： 2、丝杠螺母副的选用 （1）、计算进给引力m F （2）、计算最大动负载C 及主要尺寸初选 3、滚珠丝杠螺母副的选型： （1）、传动效率计算 （2）、刚度验算 （I ）、丝杠的拉伸或压缩变形量1δ （II ）、滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ （III ）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3δ （VI ）滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不做稳定性校核 4、确定齿轮传动比 5、步进电机的选用 （1）、步进电机力矩计算： （I ）空载启动转矩M 起 (II) 快速移动时间所需力矩M 快 (III) 最大切削负载时所需力矩M 切 五、心得体会 六、[参考书目]
毕业设计数控十字工作台 一.引言： 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。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 二.设计任务 设计一个数控X-Y工作台。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0.02mm。 设计主要技术要求如下：台面尺寸长×宽＝400mm×250mm；工作台行程为：X=300mm，Y=150mm；脉冲当量：X 、Y都是0.01 mm；X /Y最高工作进给速度为300 mm /min；X /Y 最高空载进给速度为700 mm /min；X/Y/Z向切削负载为：2000/2000/1000N（力不用计算）；工件最大重量（包括夹头）为：150KG；工作寿命为每天8小时，连续工作5年，250天/年。进给机械系统均采用滚动（珠）丝杠副和滚动（珠）导轨副；所设计的工作台应结构合理、设计参数与上述要求符合；设计装配图应表达正确，完整，技术标注规范、全面； 三. 总体方案确定 X - Y工作台的机电一体化系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动,系统中不设置传感与检测设备;半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动,并在电机输出轴端设置传感与检测设备;闭环的伺服系统中也是采用交流或直流伺服电机驱动,但检测与传感设备设置在工作台末端。本文所设计的X - Y 工作台开环伺服系统,通过控制器控制步进电机的驱动,经传动机构带动工作台运动,其总体框图如下: 2
专业课程设计-xy数控工作台
本科生专业课程设计( 201１届） 学生姓名： 学号: 专业名称： 班级: 指导教师： 201０年11月20日
目录 任务书....................................................................................................... 错误!未定义书签。 二、总体方案的确定....................................................................................... 错误!未定义书签。 三、机械传动部件的计算与选型................................................................... 错误!未定义书签。 四、工作台机械装配图的绘制?错误!未定义书签。 五、工作台控制系统的设计........................................................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................................... 错误!未定义书签。附件1 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。附件2?错误!未定义书签。 附件3?错误!未定义书签。 附件4 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。
铣床的数控X-Y工作台设计
论文（设计）任务书 注：本表按自然班填写。于动员时发给学生。不够纸请另附页。
前言 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。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。 设计要求 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。 该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。 2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。 4.学会使用手册及图表资料。 1.总体方案的确定 1.1设计参数 系统分辨率为0.01mm，其它设计参数如下表。