XY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)
四、设计总结 (30)
参考文献 (31)
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：P
b L i δθ3600
=
（参考文献【1】式2－1） 其中：b θ为步进电机的步距角，0L 为滚珠丝杠导程，P δ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
.03604
9.03600=??==
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 ＝250mm ，Y ＝200mm 。工作台尺寸一般为工作台加工范围的1.1倍。所以：X ＝250×1.1＝275mm, Y ＝200×1.1＝220mm ，其厚度初定为30mm 。
选择工作台的型槽为T 型槽，查电子版《袖珍机械设计师手册》中的T 型槽和相应螺栓(摘自GB/T158-1996) 表3-25T 型槽和相应螺栓尺寸，可得所选T 型槽的参数：
A ＝10mm
B ＝18mm
C ＝8mm H ＝21mm 间距取50mm
p
δ
一取工作台厚度为T 型槽厚度的2倍，即2×21＝42mm 。
工作台质量：3333
07.8102751022010421019.82M kg ρν---==???????=,即纵
向丝杠所承受的质量。
在工作台上的工件和夹具的质量估计为160M kg =
所以总的移动部件的重量为0119.826079.8280M M M kg kg kg =+=+=≈
3、工作载荷分析及计算
3.1销削力的分析与计算
铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转,进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给(键槽铣刀可沿轴线进给).铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式,此选用莫氏锥柄立铣刀,铣刀材料选择高速钢.根据工件材料为碳钢可确定铣削力的计算公式：
F Z =9.81C Fz ·a e 0.86·a f 0.72·d 0-0.86·a p ·Z （参考文献【1】表2-1）
式中各参数如下:
C Fz ———铣削力系数，C Fz =68.2（参考文献【1】表2-3） a e ———最大铣削宽度，本设计为10mm a p ———背吃刀量，本设计为5mm
Z ———铣刀齿数，选择粗齿，齿数取3（参考文献【2】表3-23） d 0 ———铣刀直径，查得d 0= 20mm(已知) a f ———每齿进给量（mm/齿），即铣刀每转一个齿间角时，工件与铣刀的相对
移动量，查得a f =0.04mm/齿（参考文献【2】表5-6）
故 ：
F Z =9.81×68.2×100.86×0.040.72×20-0.86×5×3=545 N 由表2－1和表2－2中f a 表示每齿进给量)/(齿mm ，即铣刀每转一个齿间角时，工件与铣刀的相对移动量，每齿进给量f a 、每转进给量)/(r mm f 和工作台进给速度v 三者之间的关系为 m i n /(mm zn a v f = 式中z 为铣刀齿数，n 为铣刀转速min)/(r
可得工作台进给速度min)/(72min)/(600304.0mm mm zn a v f =??==
3.2进给工作台工作载荷计算
作用在工作台上的合力F '与铣刀刀齿上受到的铣削力的合力F 大小相同，方向相反，合力F '就是设计和校核工作台进给系统时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台纵向进给力方向载荷L F ，工作台横向进给方向载荷C F 和工作台垂直进给方向载荷V F 。
工作台工作载荷L F 、C F 和V F 与铣刀的切向铣削力z F 之间有一定的经验比值。因此，根据参考文献【1】表2-4，查工作台载荷与切向铣削力的经验比值：
求出z F 后，根据最大的经验比算，即可计算出工作台的计算载荷L F 、V F 和C F 。
N F F Z L 54554511=?=?=
N F F Z C 1095452.02.0=?=?= N F F Z V 2185454.04.0=?=?=
4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核
4.1滚珠丝杠螺母副类型选择
4.1.1主要类型
采用回珠器处在螺母之内的钢珠内循环方式，另外，为了消除间隙和提高滚珠丝杠副的钢度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，初步选用垫片预紧式。 4.1.2主要参数及代号 4.1.2.1滚珠丝杠副的主要参数
①公称直径m d ，数控机床常用的进给丝杠的公称直径m d 为mm 30φ至mm 80φ，但这是X-Y 工作台，m d 不用太大，初选020d mm =。
②基本导程(螺距)0L ，由步距角?=9.0b θ、脉冲当量脉冲/01.0mm P =δ和传动比
1=i 确定mm i L b p 4/3600==θδ。
③精度等级，一般选用4级~7级，数控机床及精密机械可选用2级~3级。它是滚珠丝杠副的重要指标，直接影响定位精度、承载能力和接触刚度。
4.1.2.2滚珠丝杠副的标注
参考【2】表2-6，初步选择滚珠丝杠副为FDM1604-3，导轨面的硬度为58~64HRC 。参考【3】 表12-1-17 查出其具体参数如下：
4.2滚珠丝杠螺母副的型号选择及校核步骤
4.2.1最大工作载荷（计算进给牵引力F m （N ））
滚珠丝杠上的工作载荷F m (N)是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。选用矩形导轨，计算公式（参考文献【1】式2-10）：
F m =KF L ＋f ，(F v ＋F c ＋G)
式中K ———考虑颠覆力矩影响的实验系数，矩形导轨K=1.1
f '———滚动导轨摩擦系数:0.0025～0.005；这里取0.005
G ———移动部件的重力（N ）：G=800N
F L ———工作台纵向进给方向载荷N F L 545=
F c ———工作台横向进给方向载荷 N F C 109= F v ———工作台垂直进给方向载荷N F V 218=
故：
F m =1.1×545＋0.005×（109＋218＋800）=605N
4.2.2最大动负载C 的计算及主要尺寸初选 滚动丝杠最大动载荷C 可用下式计算：
m m F f L C 3= 参考【1】
（2-14） 式中：L 为工作寿命，单位为r 610，610/60nt L =；n 为丝杠转速min)/(r ，
0/1000L v n =；v 为最大切削力条件下的进给速度min)/(m ，0L 为所预选的滚珠丝杠的导程，待刚度验算后再确定；t 为额定使用寿命（h ），可取t=15000h ；m f 为运转状态系数，无冲击取1~1.2，一般情况取1.2~1.5，有冲击振动取1.5~2.5；m F 为滚珠丝杠工作载荷（N ）
。 初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷a C 不得小于最大动载荷C ；
C C a >。
取1.1=m f ，而工作台进给速度min)/(72mm v =，则工作寿命L ：
)10(2.16410/150********/10006010/6066066r L vt nt L =???=?==）（ 则N F f L C m 16846051.12.163m 3=??==
因为8.2a C kN C =>，所以所选滚珠丝杠螺母副符合最大动载荷要求。
4.2.3传动效率计算
滚珠丝杠螺母副的传动效率η为：)
tan(tan ?λλ
η+=
参考【1】（2-15）
其中，λ为丝杠螺旋升角，可由000209.120
4
arctan tan a =?=?=
ππλd L rc ，?为摩擦
角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数004.0~003.0=f ，其摩擦角约等于'10。
%88.87%100)
'10209.1tan(209.1tan %100)tan(tan 00
=?+=?+=?λλη
滚珠丝杠副的传动效率较高，一般取0.8~0.9之间，可知，上式传动效率计算有
效。
4.2.4刚度验算
4.2.4.1丝杠的拉压变形量1δ
滚珠丝杠计算满载时拉压变形量：EA
L
F m ±
=1δ 参考【1】（2-15） 其中：1δ为在工作载荷m F 作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量)(m m ，m F 为丝杠的工作载荷)(N ，L 为滚珠丝杠在支承件的受力长度)(m m ，取mm L 400=，E 为材料弹性模量，对钢Mpa E 4106.20?=，A 为滚珠丝杠按内径确定的截面积
)(2mm ，
mm A 14.143)2
5.13(2d 2
2=?==ππ）（，“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。 则 mm EA L F 00821.014
.143106.20400
6054m 1=???±
=±=δ 4.2.4.2滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2δ
该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。有预紧时，可以使用下式计算：
)(0013
.03
2
2mm Z
F D F YJ w m ∑
=δ 参考【1】
（2-17） 其中：w D 为滚珠直径)(m m ，∑Z 为滚珠总数量列数圈数??=∑Z Z ，Z 为一圈的滚珠数，，)(3)/(0内循环＝-w D d Z π，0d 为滚珠丝杠的公称直径)(m m ，YJ F 为预
紧力)8.91(N kgf kgf =，
，m F 为滚珠丝杠的工作载荷)8.91(N kgf kgf =， 查表可得381.2=w D
111.183381.2/16)(3/d w 0=-?=-=ππ内循环）（D Z 666.10823111.18≈??=??=∑列数圈数Z Z
kgf kgf F 5.6010/605m ==， kgf kgf F F YJ 17.205.603
1
31m ===
mm Z F D F YJ w 00095.0666
.10817.20381.25
.600013.00013
.03
2
3
2
m 2=???
==∑
δ
由于当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的1/3时，2δ值可减少一半左右。
4.2.4.3滚珠丝杠副刚度的验算
丝杠的总变形量21δδδ+=应小于允许的变形量。一般δ不应大于机床进给系统规定的定位精度值的一半。或者，由丝杠精度等级查出规定长度上允许的螺距误差，则相应长度上的变形量应该比它小。否则，应考虑选用较大公称直径的滚珠丝杠。
查机械设计手册，滚珠丝杠副行程精度，表12-1-19，在效行程L 内平均行程变动量，根据机床的定位精度为可得为0.023mm ，
mm mm 00115.000916.000095.000821.021<=+=+=δδδ。因此所选的滚珠丝杠
副刚度符合要求。
4.2.5压杆稳定性验算 滚珠丝杠长度确定
根据经验公式 其余行程l L l l ++= 其中L 由1604-3丝杠副中取L=65mm. 故 x L =250+65+50=365mm 圆整x L =365mm y L =200+65+50=320mm 圆整y L =320mm
滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定而产生纵向屈曲，即失去稳定。失稳时的载荷K F 为：
2
L EI
f F z K π=
参考【1】（2-18） 其中：E 为丝杠材料弹性模量，对钢Mpa E 4106.20?=，I 为截面惯性矩，对丝杠圆截面444
1mm 89.268964/3.1564/=?==ππd I ，0.2=z f （丝杠承载方式系数，选用一端固定，一端简支方式）
则较验较长的丝杠： N L EI f F x
z K 42
42102636589.2689106.200.2?=????==ππ
临界载荷K F 与丝杠工作载荷m F 之比称为稳定性安全系数k n ，如果k n 大于需用稳定安全系数[]k n ，则该滚珠丝杠就不会失稳。因此，滚珠丝杠的压杆稳定条件为：
4][8.429605
10264
k =>>=?==k m K n F F n
因此，所选滚珠丝杠符合稳定性要求。 4.2.6滚珠丝杠螺母副安装连接尺寸
在确定丝杠副类型及型号及进行了传动效率、刚度和稳定性校核后，还需要考虑其他一些设计事项。比如：避免丝杠外露；螺母在有效行程内配置限位装置，以免越程滚珠流失；滚珠丝杠必须润滑，常用锂树脂；丝杠副螺母安装连接尺寸等。 参考【4】根据表2-12和图2-12内循环滚珠丝杠副（包括浮动反向器及固定反向器）滚珠螺母安装、连接尺寸：
5、导轨的选型和计算
5.1滚动导轨
本设计采用整体型直线滚动导轨，因为它是根据预紧订货，不需要自己调整。
5.2、直线滚动导轨副的计算
参考【1】表2-16列出了上海组合夹具厂两种型号（SGDA 和SGDB ）直线滚动导轨副的主要参数，其中a C 为额定动载荷，a C 0为额定静载荷)(kN 。
初选GDA20滚动导轨，根据指导书表2-16可得其导轨参数，其额定动载荷
kN C a 4.12=。
这个行走距离称为滚动导轨的距离额定寿命，它可根据滚动导轨的额定动载荷
a C 用下列公式进行计算：
3
50???
?
??=W C T H a f f f f F C L 参考【1】（2-20） 其中：L 为滚动导轨副的距离寿命)(km ，F 为每个滑块上的工作载荷)(N ，
N G F F v 5.2544
800
2184=+=+=
，H f 为硬度系数，导轨面的硬度为58~64HRC 时，H f ＝1.0，T f 为温度系数，当工作温度不超过C ?100时，1=T f ，C f 为接触系数，每根导轨条上装两个滑块时81.0=C f ，W f 为载荷/速度系数，无冲出振动或min /15m v ≤时5.1~1=W f ，取2.1=W f 。 则滚动导轨副的距离寿命L ：
km f f f f F C L W C T H 6.17782.181.0115.254104.1250503
33
a =????
??????=???
? ??= 从产品样本中选定了滚动导轨副的型号，计算距离寿命L 或小时额定寿命h L ，若L 或h L 大于滚动导轨的期望寿命时，则满足设计要求，初选的滚动导轨副即可采用。
由于km km L 506.1778>>=，所以初选的滚动导轨副满足要求。
6、联轴器的选择及计算
参考【5】初步选用LK 系列夹紧螺丝固定微型刚性联轴器，其特点：重量轻、超低惯性和灵敏度铝合金和不锈钢材料夹紧螺丝固定。
初选：LK13-C32-□□□□ ，其中：GH2表示系列号，19表示外径为42mm 。注: 口口口口表示两边孔径。系列号后面不带C 为顶紧固定方式 外型尺寸:(单位为mm)
LK13-C32-1014，1014由计算得出，其中一个为丝杠跟联轴器连接尺寸，另一个为
电机轴跟联轴器的配合尺寸。已知可做最大内径为14，则选丝杠端与联轴器配合尺寸为14mm 。
7、传动系统等效转动惯量计算
由于传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴的折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。
7.1转动惯量的计算基本公式
对于轴、轴承、联轴器、丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式，当钢材材料密度为)(108.723cm kg ??-时，有)(1078.0234cm kg L D J ??=- 参考【1】（2-3）P7 其中：D 为圆柱体直径)(cm ，L 为圆柱体长度)(cm 。
7.2、转动惯量折算
7.2.1滚珠丝杠转动惯量S J 折算
根据滚珠丝杠惯量S J 折算到电机轴上为：2/i J S ，i 为丝杠与电机轴之间的总传动比。
根据滚珠丝杠的公称直径mm 160=d ，其长度400L mm = 则)(204.010406.178.01078.023434cm kg L D J S ?=???=?=-- 7.2.2工作台等效转动惯量G J 折算
工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴（图2-2）上的转动惯量G J 可
按下式进行：)(2L 22
0cm kg M J G ???
?
??π＝ 参考【1】（2-6）P8
其中：0L 为丝杠导程)(cm ，M 为工作台质量)(kg 。则其等效工作台转动惯量G J ：
22
2
0L 0.4800.324()22G J M kg cm ππ????=?=? ? ??????＝
7.2.3联轴器等效转动惯量L J 折算
对于联轴器按其外径计算mm 1.38=D ，长度为mm 1.38=L ，则其等效转动惯量
L J ：
)(626.01081.381.378.01078.023434cm kg L D J L ?=???=?=-- 7.2.4传动系统各部件折算到电机上的总等效转动惯量∑J ： 则)(154.1626.0324.0204.02cm kg J J J J L G S ?=++=++=∑
8、步进电机的选用
根据步进电机的优点，输出转角（步距角）无长期积累误差，每转一圈积累误差会自动消失。启动、停止、反转及其他运行方式的改变，都可以在少量的脉冲周期内完成并且具有定位转矩。
8.1步距角的选择
定位精度要求较高，运行范围较广的控制系统，应选用步距角较小，运行频率较高的步进电机。已知脉冲当量脉冲/01.0mm P =δ，丝杠的导程0L =4mm
由公式2-23 00.94
0.013601360
b P
P L i θδδ??≤==??代入数据得 即步进电机的步距角?=9.0b θ
8.2步进电机输出转矩的选择
步进电机最大静转矩max j M 是指步进电机的定位转矩（静止状态），是选择步进电机的最基本的参数。步进电机空载启动转矩可按下式计算
0M M M M kf ka kq ++= (2-24)
其中kq M 为空载启动力矩)(cm N ?；ka M 为空载启动时运动部件由静止上升到最大快进速度时，折算到电机上的力矩)(cm N ?；kf M 为空载时折算到电机轴上的
摩擦力矩)(cm N ?；0M 为由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩
)(cm N ?。
①加速度力矩 由 m i n )/(750360
01.09
.03000360max max r v n P b =??==
δθ 初设运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间s t 2.0=。 则
加
速
度
力
矩
)(532.4102
.060750
2154.11060222max cm N t n J J M ka ?=?????=?==--∑
∑ππε ②空载摩擦力距 空载摩擦力矩kf M ： )(20
'cm N ni
L Gf M kf
?=π 参考【1】(2-27) 式中：G 为运动部件的总重量（N ），N G 1080?=；'f 为导轨摩擦系数，004.0'=f ；η为传动系统总效率，一般取η=0.7~0.85。
则'080100.0044
2.546()220.801kf Gf L M N cm i πηπ???===????
③附加摩擦力距0M 附加摩擦力距0M ： ))(1(220
0cm N i
L F M YJ ?-=
ηπη 专业课课程设计指导书(2-28) 其中：YJ F 为滚珠丝杠预加载荷，即预紧力，一般取m F 的1/3；η为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取9.0≥η。则：
）（）（）（cm 14.292.0192
.024
.07.201122200?=-????=-=
N i L F M YJ πηπη 步进电机空载启动转矩为：
)cm (218.914.2546.2532.40?=++=++=N M M M M kf ka kq 根据表2-17步进电机启动转矩kq M 与最大静转矩1max j M 关系
选取步进电机为四相八拍式，算出步进电机空载启动时所需的最大静转矩max j M 则 )(038.13707.0/1max j cm N M M kq ?==
8.3总负载转矩fq M 的计算
运动部件正常工作，电动机的启动为带负载启动，其总负载转矩fq M 可按下式计算：'0F kf ka fq M M M M M +++= 参考【1】(2-20) 其中：'F M 为作用在工作台的合力F 折算到电机上的转矩。
）（cm 713.371
92.024
.054520?=????==
N i FL M F ππη )cm (931.46713.3714.2546.2532.40f ?=+++=+++=N M M M M M F kf ka q 根据下式算出运动部件正常运行时所需的最大静转矩2max j M ：
)c (328.1175
.0~3.02max m N M M fq j ?==
按1max j M 和2max j M 中的较大者选取步进电机的最大静转矩max j M ，并要求
{}2max 1max max max j j j M M M ，≥
根据最大静转矩和步距角在表2-18 BF 反应式步进电动机技术参数表中初选电动
8.4启动矩频特性校核
步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。 8.4.1启动矩频特性进行校核
前面进行是对初选电机后检查电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机
在快速启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。
如右图所以为90BF001步进电机的启动矩步特性曲线。 已知空载启动力矩
)(425.7cm N M kq ?=找得对应的允许启动频率
yq
f ，
)s /(2000步>yq f 。
由于90BF001步进电机的最高空
载启动频率为2000)/(s 步，所以yq q f f <，即电机不失步。
8.4.2运行矩频特性校核
要对快速进给运行和工作进给运行两种工况分别校核，确保快进和工进时均不丢步。如右图所示为90BF001步进电机运行矩频特性曲线。 1、快速进给运行矩频特性校核 步进电机的最高快进运行频率KJ f 可按式(2-33)
Hz v f P KJ 500001
.0603
1000601000max =??==
δ快速进给时已经不存在加速力矩项ka M ，并
且一般快进时处于空载状态，故快进力矩KJ M 的计算公式只保留了
0M M M kf KJ +=，则快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩02.5464.9027.448(
)
K J k f M M M N c m =+=+
=? 从90BF001步进电机运行矩频特性曲线，根据KJ M 可找得Hz f yKJ 8000>，而实际步进电机的最高快进运行频率yKJ KJ f Hz f <=5000，所以，快进时电机不丢步。 8.4.3工进运行矩频特性校核
工进时步进电机的运行频率Hz v f p G GJ 21001
.060126
.010********=??==
δ 摩擦力矩0()0.004(651.478010)0.4
0.402()220.92
v f f F G L M N cm i πηπ'+?+??=
==???
工作负载力矩折算到电机上的力矩0977.210.4
67.62()220.921
t t F L M N cm i πηπ?=
==???? 工进时电机运行力矩0 1.9020.40267.6272.924()GJ f t M M M M N cm =++=++=? 根据工进频率Hz f GJ 210=，查90BF001步进电机运行矩频特性曲线，得)(4m N M yG J ?>，而电机72.924()0.73(/)GJ M N cm N m =?=?，所以步进电机在驱动工作台时不会失步。
8.4.4验算惯量匹配
电动机轴上的总当量负载转矩惯量d J 与电机轴自身转动惯量m J 的比值应该控制在一定的范围内，既不应太大，也不应太少，即伺服系统的动态特性主要取决于负载特性，由于工作条件的变化而引起的负载质量、刚度、阻尼等的变化，将导致系统动态特性也随之产生较大变化，使伺服系统综合性能变差，或给控制系统设计造成困难。如果该比值太小，说明电动机选择或传动比设计不太合理，经济性较差。为使该系统惯量达到较合理的匹配，一般应将比值控制在1~4
1
之间。
)(764.12cm kg J m ?=
20.0320.3240.6370.913()S G L J J J J kg cm ∑=++=++=?
0.9130.5171.764d m J J =≈，由此可见，141<≤m
d J J ，符合惯量匹配要求。
8.5步进电机的安装尺寸
步进电机的安装比较简单，不带机座，用定位止扣进行安装定位，以保证步进电机安装的同轴度。小尺寸电机的安装面上有螺孔供安装，大尺寸电机的安装面上有通孔供安装。
三、控制系统设计
1、控制系统硬件的基本组成
1.1 微处理器选择
在以单片机为核心的控制系统中，大多数采用MCS-51系列单片机的8031芯片，经过扩展存储器、接口和面板操作开关等，组成功能较完善、抗干扰性能较强的控制系统。8031内部包含一个8位CPU，128字节的RAM，两个16位的定时器，四个8位并行口，一个全双工串行口，可扩展的程序和数据存储器各64K，有5个中断源。
1.2 系统扩展
系统中采用键盘实现输入，并采用LED显示器，它们均需要占用较多芯片口线，所以该系统需要进行系统扩展。可编程并行接口8255A是一种应用广泛的并行接口扩展器件。它具有三个8位并行口PA、PB、PC，由此提供了24条口线。
1.3 显示模块与键盘连接
如图3-2，通过P1口及译码器的键盘和显示接口电路。这里由P1口的准双向口功能可以实现一口多用。
首先，使P1口的低4位输出字形代码；P1口的高4位输出一个位扫描字，经3—8译码器后显示某一位，并持续1ms。各位扫描一遍之后，关掉显示。
其次，使P1口的高4位转为输入方式，使P1口的低4位输出键扫描信号，有键按下时，转入键译码和处理程序。
图3—2 通过P1口及译码器的键盘和显示接口电路
1.4 步进电机驱动电路设计
步进电机的驱动电路设计主要涉及脉冲分配器的选择问题和驱动电路的选择问题。
时下脉冲分配器主要有两种：一种是硬件脉冲分配器（国内主要有YB系列），另外一种是软件脉冲分配器。软件脉冲分配器不需要额外的电路，相应的降低了系统的成本，虽然这种方法占用了一定的计算机运行时间，但是在该设备中计算机有足够的资源来担当买中分配任务。该系统采用软件来经行脉冲分配更为合理。单片机与步进电机的接口电路如图3—3。
图3—3 单片机与步进电机的接口电路
2、接口程序初始化及步进电机控制程序
2.1 8255A初始化程序
INTT: MOV DX, 8255A控制端口
MOV AL, 86H
OUT DX, AL
MOV AL, 05H
OUT DX, AL
2.2 40H类型中断服务程序
MOV DX, 8255A
IN AL, DX
IRET
2.3 步进电机驱动程序
2.3.1 电机的控制电路原理及控制字
设电机总的运行步数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志位F1（D5）中，当F1为0时，电机正转，为1时则反转。正转时P1端口的输出控制字01H,03H,02H,06H,04H,05H存放在片内数据存储单元20H~27H中，28H中存放结束标志00H，在29H~2EH的存储单元内反转时P1端口的输出控制字
01H,05H,04H,06H,02H,03H,在2DH单元内存放结束标志00H。
2.3.2电机正反转及转速控制程序
PUSH A ；保护现场
MOV R4, #N ；设步长计数器
CLR C；
ORL C, D5H ；转向标志为1转移
JC ROTE；
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························
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
XY数控工作台设计_开题报告
机械学院 毕业设计（论文）开题报告 题目X-Y数控工作台设计 学生姓名 学号 院 (系) 专业机械设计制造及自动化 指导教师王振 报告日期2010年11月20日
毕业设计（论文）题目X-Y数控工作台设计 题目来源（请在有关项目下作√记号）科研实践教学学生自拟 √ 题目类别（请在有关项目下作√记号）设计论文其它√ 毕业设计（论文）起止时间2009年10月22日——2009年4月30日 X-Y数控工作台设计 一、设计依据及设计意义： 1，依据：数控机床是用数控指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它广泛应用于机械制造和自动化领域，数控机床的应用不但给传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控机床的不断发展和应用领域的扩大，所以X-Y数控工作台设计对国计民生的一些重要行业（IT 汽车轻工医疗等）的发展起着越来越重要的作用。 2，意义：目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控冲床系统，其加工速度慢、编程复杂、人机界面不友好，因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制和开发一套基于双单片机的X-Y数控冲床数控系统，用于装配新冲床或对经济型数控冲床进行改造，能够有效的改善人机界面、提高加工速度、方便操作人员编写用户加工程序，对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义,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。 3，国际机床市场的消费主流是数控机床。1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控机床、数控铣床为主转数向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。世界X-Y数控工作台发展动向纳为下述几点：工序复合化、精密化的高速化、低价格化。
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
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：P b L i δθ3600 = 专业课课程设计指导书（2－1） 其中：b θ为步进电机的步距角，0L 为滚珠丝杠导程，P δ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 .03604 9.03600=??== 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 。工作台尺寸一般为工作台加工范 p δ
XY 工作台课程设计说明书
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 姓名：胡忠钦 学号： 10901313 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
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。
XY工作台设计示例1分解
机械部分改装设计计算示例1 1、初步确定工作台的尺寸及其重量 根据设计要求，所取的能够加工的最大面积为2190210mm ?，最大工件的重量为150kg 。因此我初定工作台的320230230mm ??。工作台的材料为45号钢，其密度为337.810/kg m ?。（取kg N g /10=）因此： 1.1、工作台（X 向托板） 重量=体积×密度 93123023020107.8101090G N -=??????≈ 1.2、取Y 向托板=X 向托板 N G 902= 1.3、上导轨座（连电机）重量 初步取导轨座的长mm 400，宽为mm 200，高为mm 30。因此 93340020030107.81010190G N -=??????≈ 所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量 为： N G G G G 370190290321=+?=++=动 根据要求所知，其最大加工工件为150kg ，因此： 150103701870G N =?+=总 2、传动系统设计 2.1、脉冲当量是一个进给指令时工作台的位移量，应该小于等于工作台的位置精度的1/2，由于定位精度在mm 02.0±内，因此： 1 0.020.012 mm δ=?=， 2.2、取联轴器传动，因此它的传动比为1=i ,取丝杠的导程为4P mm =。
取步距角β为0.9度，所以 脉冲当量0.01360 Pi mm β δ== 3、滚珠丝杠的设计计算及选择 3.1求丝杠的静载荷c F 已知其计算公式c d H M F f f F = 《数控机床系统设计》110P 公式5-2 式中的, H f -硬度系数，取1.0 《数控机床系统设计》110P 表5-2 d f -载荷系数，取1.5 《数控机床系统设计》110P 表5-2 M F ：丝杠工作时的轴向阻力 根据： 0.0031870 5.6M Z F F N μ==?= 其中μ为0.003-0.004 因此： 1.51 5.68.4c F N =??= 3.2、确定动载荷及其使用寿命 根据丝杠动载荷公式：H d eq C f F = 式中：C ：额定动载荷 d f ：动载荷系数，轻微冲击取1 H f ：硬度系数，HRC 58≥取1 eq F ：当量动载荷，N 'L ：寿命 根据：使用寿命使用寿命6300814400L h =??= 所以'6660/106050014400/10432L nT h ==??= 式中的n 丝杠的最高转速，因题目中所给其工作台快进的速度为 2/min m ，因此其计算为： max 1000/10002/4500/min n V P r ==?=
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a e 20mm ； 10）最大被吃刀量a p 10mm 。 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
1.3 设计的基本要求 系统总体方案结构框图 （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。 XY 数控工作台结构 Y 方向传动机构 微 型机 机 电 接口 工作台 步 进 电 动机 减速器 人机接口 驱 动电 路 滚珠丝杠 减 速 器 滚 步 进 电 珠 动机 丝 杠 X 方向传动机构
xy数控工作台课程设计样本
本科生专业课程设计 学生姓名: 学号: 专业名称: 班级: 指导教师: 5 月
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。
第五组xy工作台控制电路设计
一.控制系统硬件设计 X-Y数控工作台控制系统硬件主要包括CPU、传动驱动、传感器、人机交互界面。 硬件系统设计时，应注意几点：电机运转平稳、响应性能好、造价低、可维护性、人机 交互界面可操作性比较好。 1. CPU板 1.1 CPU的选择 随着微电子技术水平的不断提高，单片微型计算机有了飞跃的发展。单片机的型号很多，而目前市场上应用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比较多，如目前应用最广的8位单片机89C51，价格低廉，而性能优良，功能强大。 在一些复杂的系统中就不得不考虑使用16位单片机，MCS-96系列单片机广泛应用于 伺服系统，变频调速等各类要求实时处理的控制系统，它具有较强的运算和扩展能力。但是 定位合理的单片机可以节约资源，获得较高的性价比。 从要设计的系统来看，选用较老的8051单片机需要拓展程序存储器和数据存储器，无 疑提高了设计价格，而选用高性能的16位MCS-96又显得过于浪费。生产基于51为内核的 单片机的厂家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生产领域ATMEL公司的工艺 和封装技术一直处于领先地位。ATMEL公司的AT89系列单片机内含Flash存储器，在程 序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电也不影响信息的保存；它和80C51 插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。 因此硬件CPU选用AT89S51，AT表示ATMEL公司的产品，9表示内含Flash存储器，S表示含有串行下载Flash存储器。 AT89S51的性能参数为：Flash存储器容量为4KB、16位定时器2个、中断源6个（看门狗 中断、接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0和定时器1中断）、RAM为128B、14位的计数器WDT、I/O口共有32个。 1.2 CPU接口设计 CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示： （行程开关）前向通道 传动驱动 （电磁铁） （步进电机） 人机界面 传感器 AT89S51 （键盘、LED） 后向通道
XY工作台设计说明书资料
专业课课程设计设计说明书设计题目：数控X-Y工作台设计 学生：洪炎丰 学号：200611411208 班级：机制1062 指导教师：张健、李伟洪 广东海洋大学工程学院机械系 2010年2 月28 日
目录 序言 (3) 摘要 (4) 设计目的 (4) 设计要求 (4) 总体方案设计 (5) 机械系统设计计算 (6) 1、确定脉冲当量 (6) 2、确定传动比 (6) 3、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (7) 4、步进电动机的选型和计算 (11) 5、导轨的选型和计算 (13) 6、启动矩频特性校核 (14) 控制系统设计 (18) 第一节控制系统硬件的基本组成 (18) 第二节步进电机控制电路 (18) 步进电机控制程序设计 (20) 其它电路辅助设计 (24) 设计总结 (24) 参考文献 (25)
序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；"柔性强；#易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。
XY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 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与零部件选型的依据,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。 步进电 动机 减 速 器 滚珠丝 杠 步进电动机 减速器 工作台 滚珠丝杠 X 方向传动机构 Y 方向传动机构 微 型 机 机电接 口 驱 动 电 路 人机接口 系统总体方案结构框图
XY数控工作台机电系统设计
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
数控铣床XY工作台研发设计
数控铣床X-Y工作台设计 目录 1.引言： (3) 2.设计任务 (4) 3.总体方案的确定 (4) 3.1 机械传动部件的选择 (4) 3.1.1导轨副的选用 3.1.2丝杠螺母副的选用 3.1.3减速装置的选用 3.1.4伺服电动机的选用 3.1.5检测装置的选用 3.2 控制系统的设计 (4) 3.3 绘制总体方案图 (6) 4.机械传动部件的计算与选型 (6) 4.1 导轨上移动部件的重量估算 (6) 4.2 铣削力的计算 (6) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (7) F的计算及导轨型号的选取 4.3.1 块承受工作载荷m ax 4.3.2 距离额定寿命L的计算 4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型................. 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 4.4.3 初选型号 4.4.4 传动效率η的计算 4.4.5 刚度的验算 4.4.6 压杆稳定性校核 4.5 步进电动机减速箱的选用 (9) 4.6 步进电动机的计算与选型 (8) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq 4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 4.6.4 步进电动机的性能校核 5.增量式旋转编码器的选用 (12)
6. 绘制进给传动系统示意图 (14) 7．工作台控制系统的设计 (15) 8．步进电动机的驱动电源选用 (16) 9.致谢 (17) 参考文献 (18)
1.引言： 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。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。
数控X-Y工作台设计
数控X-Y工作台设计
机电一体化课程设计说明书 题目：X-Y数控工作台机电系统设计 班级：11级机械2班 姓名：xxq 学号 指导老师： 日期：2014年6月30日
X-Y 数控工作台机电系统设计 任务书 题目：X-Y 数控工作台机电系统设计 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 设计要求： 1、每6人一组数据，要求独立完成。 2、图纸要求：机械系统设计图纸2张（A 2），控制原理图一张（A 1） 3、设计计算说明书1份（手写或电子版） 第八组主要参数： 1. 立铣刀最大直径的d=12mm ； 2. 立铣刀齿数Z=2; 3. 最大铣削宽度e a =10mm; 4. 最大背吃刀量p a =8mm; 5. 加工材料为碳钢。 6. X 、Y 方向的脉冲当量x σ=0.01 mm/脉冲，y σ=0.005mm/脉冲; 7. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm; 8. 工作台导轨长度为900mm ; 9.工作台空载进给最快移动速度：v x =3000 mm/min ，v y =6000mm/min ; 10.工作台进给最快移动速度: min /800min,/400max max mm v mm v fy fx ==; 11.移动部件总重量为960N ； 12.丝杠有效行程为950mm ；
目录 1.引言： (6) 2.设计任务 (6) 3.总体方案的确定 (4) 3.1 机械传动部件的选择 (4) 3.1.1导轨副的选用 3.1.2丝杠螺母副的选用 3.1.3减速装置的选用 3.1.4伺服电动机的选用 3.1.5检测装置的选用 3.2 控制系统的设计 (4) 3.3 绘制总体方案图 (8) 4.机械传动部件的计算与选型 (8) 4.1 导轨上移动部件的重量估算 (8) 4.2 铣削力的计算 (8) 4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (9) F的计算及导轨型号的选取 4.3.1 块承受工作载荷max 4.3.2 距离额定寿命L的计算 4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7) 4.4.1 最大工作载荷Fm的计算 4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算 4.4.3 初选型号 4.4.4 传动效率η的计算 4.4.5 刚度的验算 4.4.6 压杆稳定性校核 4.5 步进电动机减速箱的选用 (11) 4.6 步进电动机的计算与选型 (8) 4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq
课程设计数控立式铣床XY工作台机电系统设计说明书
《机电一体化》 课程设计 数控立式铣床XY工作台机电系统设计 院系：汽车学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机电一班 组长：雷博文 组员：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成 指导教师：蒋强
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.......................................................................... . (3) (1) 导轨副的选用 (4) (2) 伺服电动机的选用 (4) (3) 工作台的选用 (4) 2、控制系统的设计 (4) 3、绘制总体方案图 (5) 四、直线伺服电机的计算与选型 (5) 1、导轨上移动部件的重量 (4) 2、铣削力的计算 (4) 3、载荷的计算 (7) 4、初选型号 (7) 5、直线伺服电机可用性验算 (8) 五、直线滚动导轨副的计算与选型 (8) 1、直线滚动导轨选择理由 (8) 2、直线导轨额定寿命L的计算和选型 (10) 3、光栅尺的选择 (11) 4、工作台的选型 (12) 六、PLC选型 (13) 七、伺服放大器选型 (18)
八、控制系统硬件电路设计 (20) 结束语 (21) 参考文献 (22)
一、设计目的 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PLC 及电机的工作原理、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。 二、设计任务 任务：设计一种供立式数控铣床使用的数控工作台。 主要参数如下： 1）立铣刀最大直径d=30mm ； 2）立铣刀齿数Z=4； 3）最大铣削宽度mm a e 18=； 4）最大背吃刀量mm a p 10=； 5）加工材料为碳素钢； 6）X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲； 7）X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±；
XY运动工作台控制系统设计
数控专业方向综合课程设计说明书“X-Y运动工作台控制系统设计”课程设计 学院机械工程学院 专业机械工程及自动化 班级 学生姓名 指导老师 2013年 12 月27日
课程设计任务书 兹发给班学生课程设计任务书，内容如下： 1．设计题目：X-Y运动工作台控制系统设计 2．应完成的项目： （1）原始资料：该X-Y工作台图样，小批量生产； （2）熟悉X-Y工作台图样，绘制装配图一张； （3）编写控制系统程序； （4）撰写说明书。 3．参考资料以及说明： [1]李洪主编.实用机床设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999 [2]郑堤主编.数控机床与编程.北京：机械工业出版社， [3]机械加工技术手册编写组.机械加工技术手册.北京：北京出版社，1993 [4]何立民.单片机应用系统设计【M】北京：北京航空航天大学出版社，1990 [5]周开勤主编.机械零件手册.北京：高等教育出版社，1999 [6]冯辛安主编.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，1999 [7]吴振彪.机电综合设计指导.北京：机械工业出版社，1997 [8]李洪.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，1990 4．本设计任务书于2013年12月16日发出，应于2013年12月27日前完成，然后进行答辩。 指导教师签发2013 年12 月16 日
课程设计评语： 课程设计总评成绩： 指导教师签字： 年月
目录 摘要 第一章绪论 (3) 1.1 引言 (3) 1.2 课程设计的目的、意义及要求 (3) 第二章课程设计的内容 (4) 2.1 课程设计题目 (4) 2.2 课程设计的内容 (4) 第三章数控系统总体方案的确定 (5) 3.1 系统运动方式确定 (5) 3.2 伺服系统选择 (5) 3.2 计算机系统选择 (5) 3.4 X-Y工作台传送方式 (5) 第四章机械部分设计 (6) 4.1 确定系统脉冲当量 (6) 4.2 工作台外形尺寸及重量初步估算 (6) 4.3 滚动导轨副的计算、选择 (7) 4.4 滚珠丝杠计算、选择 (8) 4.5 齿轮计算、设计 (10) 4.6 步进电机惯性负载的计算 (11) 4.7 步进电机的计算选择 (11) 第五章机床数控系统硬件电路设计 (13) 5.1 CPU板 (13) 5.2 驱动系统 (14) 5.3 电磁铁驱动电路 (16) 5.4 电源设计 (16) 第六章系统控制软件设计 (17) 6.1 总体方案 (17) 6.2 主流程图 (17) 6.3 X轴电机点动正转程序图 (18) 6.4 步进电机控制程序设计 (20) 第七章设计总结 (22) 参考文献 (23)