XY数控工作台设计说明书[1]
X-Y数控工作台设计说明书(最终版)
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。
（3）减速装置的选用
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。为此，本设计决定采用无间
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
伺服系统实现位置伺服控制有开环、闭环、半闭环3种控制方式。开环控制的伺服系统存在着控制
精度不能达到较高水平的基本问题，但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差
不会积累；转速和输入脉冲频率严格的对应关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、
环境条件的波动而变化的特点。并且步进电机控制的开环系统由于不存在位置检测与反馈控制的问题，
X-Y双坐标联动数控工作台课程设计说明书
目录1。
课程设计目的 (1)2。
课程设计任务 (1)2.1设计题目： (1)2。
2技术数据 (1)2。
3技术要求 (1)3。
总体结构设计 (1)3.1滚珠丝杠设计 (2)3.2滚珠丝杠副的选取 (3)3。
3稳定性运算 (4)3。
4压杆稳定性计算 (5)4.滚动导轨 (6)4。
1计算行程长度寿命 Ts (6)4。
2计算动载荷 (6)5。
步进电机的选择 (8)5.1步距角的确定 (9)5.2步进电机转矩校核 (10)5.3频率校核 (12)6.总结 (12)7。
参考文献 (13)1。
课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上，进行机电系统设计的初等训练，掌握手册、标准、规范等资料的使用方法，培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.2.课程设计任务2。
1设计题目：X—Y双坐标联动数控工作台设计2。
2技术数据工作台长×宽（mm)：450×310工作台重量(N)：3300行程（mm）：ΔX=60－100；ΔY=50－100脉冲当量:0。
05-0。
08mm/p2。
3技术要求(1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋结构（2)滚珠丝杠支撑方式：双锥-简支型（3）驱动电机为反应式步进电机（4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速要求消除齿轮间隙3.总体结构设计数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台，工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联，它上面固定X向导轨，中拖板在下拖板的导轨上横向运动，其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动。
X、Y导轨方向互相垂直。
3。
1滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类，其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。
XY工作台说明书
XY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。
2．在保证⼀定加⼯性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。
因此进给伺服统采⽤伺服电机开环控制系统。
3．纵向和横向进给是两套独⽴的传动链，它们各⾃由各的伺服电动机、联轴器、丝杠螺母副组成。
开环控制的数控XY工作台 课程设计说明书
目录第一章设计内容及计算 (2)1.1 设计的目的 (2)1.2 设计要求 (2)1.3 完成内容 (2)1.4 技术参数 (2)1.5 总体方案的确定; (2)第二章机械部分设计 (3)2.1 工作台部分的形状及材料选择 (3)2.2 工作台外形尺寸及重量估算： (3)2.3 铣削力P Z1的计算 (4)2.4 铣削力PZ2的计算 (4)2.5 滑动导轨的参数确定 (4)2.6 滚珠丝杠的负荷计算 (4)2.6.1 滚动体尺寸与数目的确定 (5)2.6.2 传动功率计算 (5)2.6.3 步进电机的选择 (5)2.7 齿轮传动设计计算 (6)第三章机床数控系统硬件电路设计 (7)3.1 键盘、显示器 (7)3.2 步进电机驱动电路 (7)3.2.1 其它辅助电路设计 (8)3.2.2 硬件电路设计说明 (8)3.3 系统控制的软件设计 (9)3.3.1 系统控制软件的主要内容 (9)3.3.2 程序设计要求 (9)3.4 系统软件设计说明 (10)3.4.1 系统功能控制分析 (10)3.4.2 系统管理程序设计： (11)53.4.3自动加工程序设计 (12)参考文献 (17)第一章设计内容及计算1.1 设计的目的1）正确运用机电一体化系统设计课程的基本理论与有关知识，学会设备比较分析及进行必要计算。
2）通过对设备改造部分的机械设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确结构设计方法。
3）通过数控系统硬件和软件设计，掌握简单的设计方法。
4）通过课程设计，树立设计思想，培养分析、解决问题的能力。
5）提高学生应用手册、标准与编写文件资料的能力。
1.2 设计要求设计一台步进电机驱动的开环控制的X-Y工作台，该工作台可安装在立式铣床上，用于钻孔和铣削加工。
所用刀具均为高速刚刀具，加工材料为青铜、铝、有机玻璃等其它易加工材料。
最大钻孔直径d=5.0;mm，最大铣削刀具直a=3mm，最大铣削深度a p=10mm.要求采用径为 15mm，最大铣削余量eMCS-51单片机作为数控系统的控制主机。
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。
(完整版)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数控机床设计说明书
《数控机床》课程设计说明书设计题目：X-Y数控机床工作台设计学院：机械工程学院专业：机械自动化班级：机自Y126学号： 8003姓名：王舒恒指导老师：李冰摘?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：机电一体化组成要素滚珠丝杠滚动导轨步进电机AbstractNow the world electronic technology rapidly expand, 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: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.目录第一章前言 (1)第二章设计主要步骤 (2)第一节确定设计总体方案 (2)一、机械传动部件的选择 (2)二、方案的比较及确定 (2)第二节机械传动部件的计算与选型 (3)一、导轨上移动部件的重量估算 (3)二、计算切削力 (4)三、滚珠丝杆传动的设计计算及效验 (5)四、步进电动机的传动计算及电机选用 (10)五、滚动导轨的设计计算 (17)六、其余附件的选择 (18)第三章致谢 (21)参考文献 (21)第一章前言当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
x-y数控工作台说明书
数控台铣X-Y工作台进给伺服系统设计指导老师:班别:姓名:学号:目录第一章系统的总体方案设计 (2)第二章机械系统设计 (3)2.1 脉冲当量和传动比的确定 (3)2.2 传动系统等效转矩惯量计算 (3)2.3 工作载荷分析及计算 (4)2.4 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (5)2.5 导轨的选型和计算 (8)2.6 驱动电机的选择 (9)第三章控制系统设计 (12)3.1 控制系统硬件的基本组成 (12)3.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 (15)3.3 直线圆弧插补程序设计 (16)参考文献 (23)原始数据设计一个数控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。
设计参数如下： 最大铣刀直径mm 最大铣削宽度 最大铣削深度 加工材料 工作台加工范围（mm ） 最大移动速度 32 mm16mm6mm碳钢X=500，Y=4503 m/min第一章 系统的总体方案设计图1-1 系统总体方案由设计任务书可知，本次设计可以采取一下方案：1.1 机械系统1.1.1 传动系统采用滚珠丝杠和联轴器传动 1.1.2 导向系统采用滚珠直线导轨 1.1.3 执行电机采用步进电动机1.2 传感系统本次设计的系统精度不高，载荷不大，因此采用开环控制。
1.3 控制系统采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。
因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有着正比关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。
因此通常在精确度要求不是很高时，采用步进电机是合理的。
当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。
ea pa图1-2开环控制流程图第二章 机械系统设计2.1 脉冲当量和传动比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 。
根据脉冲当量和系统总体方案，还有混合式步进电动机的优点，在网上（/docc/product.htm ）暂选57BYG4504型的步进电动机。
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=1.0.，代入得滚动丝杠最大动载荷
≈24.4N
（3）初选型号
根据计算出的动载荷和丝杆导程，查表选择G系列2005—3型滚珠丝杆副,为内循环固定反向器螺母式,其公称直径为2０mｍ，导程为5mm,循环滚珠为3圈×1列,精度等级取５级,额定动载荷为9309N,大于FＱ，满足要求。
缺点：
同步带工作时候有温度要求,安装精度要求较高,中心间距要求较高，有时候需要张紧,安装麻烦。无刷直流电机启动时有震动,控制器要求高，价格高。采用开环精度较低。
方案三:
机械部分
传动:齿轮齿条
支撑：直线导轨
控制部分
控制器件:单片机
控制方式：闭环控制
伺服电机:直流无刷电机
优点：
齿轮齿条传动功率大，精度高，稳定性好,响应速度快。单片机控制直流无刷电机,无刷直流电机启动时有震动,控制器要求高,价格高。采用开环精度较低。采用闭环控制，精度高。双线导轨稳定。
2.2 直线滚动导轨副的计算与选型
(１)滑块承受工作载荷Fmａx的计算方法及导轨型号的选取
工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的Ｘ-Ｙ工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。单滑块所承受的最大垂直方向载荷为;
Ｆmaｘ= ＝2２5Ｎ
查表，根据工作载荷Fmax=0.22５kN,初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JAＳ-ＬG15型,其额定动载荷Ca=7.９４ｋN,额定静载荷C0a=９.5kN。
控制方式：开环控制
伺服电机:步进电动机
优点:
采用滚珠丝杠螺母副，可实现旋转运动与直线运动相互转换,在具有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。优点是摩擦系数小,传动效率高,灵敏度高，传动平稳，不易产生滑行，传动精度和定位精度高;磨损小，使用寿命长,精度保持性好。双推式支撑实现高精度传动,采用单片机控制步进电动机,响应快速而准确。
Ｘ-Y数控工作台设计说明书［1]
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ﻩ
1、总体方案设计
1.1 设计任务
课程设计任务：设计两轴联动的数控X-Ｙ运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程,根据实验条件进行调试,完成整个开发系统。
（4）传动效率η的计算
将公称直径d0=20mm,导程Ph＝5mm,传动效率
（5）刚度的验算
1)丝杠左右支承德中心距约为a=600ｍm;滚珠直径DW＝3.175mｍ；丝杆底径D2=1６.２ｍｍ；丝杆截面积S=206.1２ｍm²。滚珠丝杆满载时拉压变形量:
;
2)根据Z＝(πd０／DW)-３，得单圈滚珠数Ｚ=20;该型号丝杆为单螺母,滚珠的圈数×列数为3×1,ＦＹＪ＝FＭ/3=1．２N。得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量
缺点:
齿轮齿条无自锁,需要外加自锁机构。噪音大，磨损较快。
1.2．2方案对比分析与确定
综合课程设计要求,精度为０.04ｍm，最大载荷是５０0N,相比同步带和齿轮齿条传动，滚珠丝杠传动更符合精度要求,因为丝杠传的动的精度可以达到±0.01mm,而同步带传动时会产生弹性变形,具有一定的蠕变性。齿轮齿条传动精度和滚轴丝杠精度相当，但是安装较麻烦,安装精度要求高。
主要参数见下表：
系列型号
行程
台面尺寸
底座外形尺寸
最大长度
L
负载重量
Ｎ
XY最大移动速度
重复定位
定位精度
X
Y
C
B
H
Ｃ１
B1
H1HBiblioteka Y-４0254778
500
1Ｍ/分
±0.02
0.04
1．2 总体方案确定
１.2.1方案确定思想
方案一:
机械部分
传动:滚珠丝杠螺母副
支撑：双推－双推式 滑动导轨
控制部分
控制器件:单片机
缺点：
滚珠丝杠螺母副的不足在于制造工艺复杂，成本高,不能自锁,故需附加制动装置。开环控制精度比较低。
方案二:
机械部分
传动:同步带传动
支撑:滑动导轨
控制部分
控制器件：单片机
控制方式:开环控制
伺服电机：直流无刷电机
优点：
同步带传动无相对滑动,传动比准确,传动精度高，齿形带的强度高，厚度小、重量轻，故可用于高速传动；传动比恒定,同步带无需特别涨紧,因而作用于轴和轴承等上的载荷小，传动效率高。单片机控制直流无刷电机,空载电流小,效率高。
远远大于50km，故距离额定寿命满足要求。
2.3 滚珠丝杠螺母副的选型与校核
（1）最大工作载荷Ｆm的计算
已知移动部件总重量Ｇ＝90０Ｎ，滚动导轨上的摩擦因素u＝0．004。求得滚珠丝杆副的最大工作载荷：Ｆm=μＧ=0.004×900=３．6N
（2）最大动载荷FQ的计算
该工作台的最快进给速度v=1０00mm/min，初选丝杆导程Ph＝5mm，则此时丝杆转数n＝v／Ｐh＝200r／ｍin,取滚珠丝杆的使用寿命Ｔ=1５000h,代入
3) 总＝+ 2=0 1.3ｕm
丝杆行程为315—４０0mm，允许到25uｍ,故丝杆刚度足够。
任务书规定工作台面尺寸为２40ｍm×2５4mｍ,加工范围为４0０mm×250mm,查表,按标准系列选取导轨的长度为640mm。
（２）距离额定寿命L的计算
所选导轨副的滚道硬度为60HRC,工作温度不超过100℃，精度为４级。查表取硬度系数fH=1．０、温度系数fT=1．００、接触系数fC=０.81、精度系数fR=0．9、载荷系数fＷ=１.5，代入式子
1.2.3总体方案系统组成
机械系统由滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副、步进电机、单列角接触球轴承等组成。控制系统由单片机和计算机等组成。
2、机械系统设计
２．１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、滚珠丝杆副、直线滚动导轨副、导轨座等,估计重量约为9０0N。
步进电动机和直流无刷电机相比,步进电动机控制简单，启动稳定，而直流无刷电机控制要求高，成本高,课程设计要求精度未达到微米级别,空载转速要求为1ｍ/min,因此采用低档的步进电动机就能满足要求。
开环控制结构简单控制容易，稳定性好,一般用于轻载变化不大的场合,根据最大载荷5０0N的要求，可以满足。
综合以上分析，决定选择第一种方案。采用单片机控制步进电动机提供动力，滚轴丝杠传递动力,总体采用开环控制。