x52k铣床数控改造设计
X52K型立式铣床电气控制系统的PLC改造设计课程设计
本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。
摘要铣床的PLC改造主要是方便工业自动化生产，减轻劳动强度和提高工作效率。
过去有不少人对铣床进行改造设计，并取得了不错的成绩，例如采用三菱控制软件控制的PLC设计等。
X52K型立式铣床的PLC控制设计采用了西门子软件S7-200，这是一款小型的控制系统。
设计过程中充分考虑工厂生产实际情况和铣床的运动要求、加工精度等一些列条件，采用S7-200软件进行仿真，满足设计的各项要求。
改造后的系统便于柔性生产的需要，在工厂有更强的适应力。
如生产任务或工艺发生变化，普通X52K机床需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。
PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。
当生产工艺和任务发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序，因而该控制系统更具灵活性。
且PLC控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。
通过对X52K型立式铣床进行改造,并用S7-200软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。
关键词 PLC,电气控制系统,X52K,S7-200ABSTRACTThe Milling machine PLC transformation mainly is convenient industrial automation production, reduce labor intensity and improve work efficiency. In the past, there was a lot of people to milling machine modification design, and has made the good progress, such as the control software of PLC control design, etc.X52K type vertical milling machine PLC control software was designed using Siemens S7-200, it's a small control system. The design process of fully considering the actual production condition of the factory and on the movement of the milling machine, machining accuracy and other terms and conditions, the S7-200 software simulation, meet the design requirements. After the transformation of the system to the needs of the production of the soft, in the factory has stronger adaptability. Such as production task or process changes, ordinary X52K machine need to change the hardware structure, resulting in the waste of time and money.PLC is a new type of industrial automation control device, the control function is achieved through software programming. When the production process and task change, don't need to change the PLC hardware equipment, just change the PLC program, thus the control system more flexibility. PLC control system and small size, high reliability and easier to maintain.Through the X52K type vertical milling machine modification, and S7-200 software simulation, realized the automation control, which can improve the electrical control system performance.Keywords PLC, electric control system, X52K, S7-200目录摘要 (II)ABSTRACT (III)第1章铣床简介 (1)1.1铣床介绍 (1)1.2 X52K型立式铣床简介 (1)第2章 X52K型铣床控制系统分析 (6)2.1 X52K电气原理图 (6)2.2 主轴电动机的控制 (6)2.2.1 主轴启动 (7)2.2.2 主轴停止 (7)2.2.3 主轴变速时的瞬时点动 (7)2.3 进给运动的电气控制 (7)2.3.1 工作台纵向进给运动控制 (7)2.3.2 工作台横向、升降进给运动控制 (8)2.3.3 工作台快速移动、进给变速瞬时点动控制 (8)2.3.4 圆形工作台的控制 (8)第3章 PLC简介 (10)3.1 PLC的简史 (10)3.2 PLC的基本组成及特点 (11)3.3 PLC的基本工作原理 (12)第4章 PLC输入输出地址分配 (14)4.1改造的目的 (14)4.2 PLC设计方案的确定 (14)4.3 PLC的选择 (15)4.4 地址分配 (15)第5章 PLC电器元件选择 (18)第6章 PLC编程 (20)6.1 PLC梯形图 (20)6.2 PLC语句表 (21)第7章 PLC程序仿真 (23)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章铣床简介1.1铣床介绍在机器的的制造业中用锻造、铸造、压力加工等方法制成的金属毛坯都是很粗糙的，而且形状和尺寸也不太准确。
X52K立式铣床的改造
X52K⽴式铣床的改造国家职业资格全省统⼀鉴定维修电⼯技师（国家职业资格⼆级）论⽂题⽬： X52K⽴式铣床的改造姓名：傅兴⾝份证号： 320721************ 所在省市：江苏省常州市所在单位：江苏省常州技师学院⽬录第⼀章X52K⽴式铣床的简介222222222222222221 第⼀节X52K⽴式铣床222222222222222222222222221 第⼆节X52K⽴式铣床的结构特点222222222222222222222 第三节X52K⽴式铣床的主电路分析2222222222222222224 第四节X52K⽴式铣床的控制电路分析222222222222222225第⼆章：X52K⽴式铣床的电⽓系统的硬件改造2210 第⼀节改造的⽬的22222222222222222222222222222210 第⼆节传感器的选⽤222222222222222222222222222210 第三节PLC的选⽤2222222222222222222222222222213第四节PLC输⼊输出分配表2222222222222222222222215 第五节PLC接线图2222222222222222222222222222216 第三章：X52K⽴式铣床电⽓系统的软件设计222217 第⼀节主要程序编写222222222222222222222222222217 第⼆节改造后的优点222222222222222222222222222219 论⽂的总结222222222222222222222222222222222219 答谢词2222222222222222222222222222222222222220 参考⽂献22222222222222222222222222222222222220X52K型⽴式升降铣床的改造摘要：X52K型⽴式升降铣床是⼀种早期的⽴式铣床，是⼀种应⽤范围很⼴的机床。
X52K铣床X向进给系统数控改造
目录1.引言： (3)2.设计任务 (4)3.总体方案的确定................................................. ..5 3.1 机械传动部件的选择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伺服电机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计 (7)3.3 绘制总体方案图 (7)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） (8)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷max4.3.2 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 (9)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 (11)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 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 (14)6. 绘制进给传动系统示意图 (14)7．工作台控制系统的设计 (14)8．步进电动机的驱动电源选用 (17)9.选择AT89S52单片机的控制系统计 (18)10.致谢 (19)参考文献 (20)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。
X52K铣床的数控化改造设计
X52K铣床的数控化改造设计1. 引言随着科技的发展，数控铣床在工业生产中的应用越来越广泛。
X52K 铣床作为一种传统的铣床设备，其在自动化程度和精度方面存在一些不足。
为了提高生产效率和产品质量，本文将对X52K铣床进行数控化改造设计，以实现更高程度的自动化和更精准的加工。
2. 改造目标•提高生产效率：通过数控化改造，实现自动化操作，减少人力参与，提高生产效率•提高加工精度：引入数控系统，实现精确的切削和定位，提高加工精度•提高产品质量：数字化的加工过程可以减少误差和缺陷，提高产品质量3. 数控化改造的步骤3.1 检查现有设备首先，我们需要对X52K铣床进行全面的检查，了解其结构和工作原理。
确定其是否适合进行数控化改造。
3.2 更换控制系统针对X52K铣床的数控化改造，我们需要选择适合的数控系统。
常见的数控系统有伺服控制系统和步进控制系统。
我们需要根据铣床的具体要求选择合适的控制系统。
3.3 安装电机及传感器在数控化改造中，我们需要安装适当的电机和传感器。
电机用于驱动铣床的工作台和刀架，传感器用于感知和反馈机床的运动状态，以实现精确的控制。
3.4 编写数控程序数控铣床的核心是数控程序，通过编写程序，控制机床按照要求进行加工。
在编写程序时，需要考虑加工路径、切削参数以及安全性等因素。
3.5 进行试运行和调试在数控化改造完成后，需要进行试运行和调试。
通过实际操作和测试，验证改造效果，并进行必要的调整和优化。
4. 数控化改造后的优势4.1 提高生产效率数控化改造后，X52K铣床将实现自动化操作，减少人力参与，大幅提高生产效率。
4.2 提高加工精度数控系统可以精确控制铣床的运动轨迹和切削速度，从而大大提高加工精度。
4.3 提高产品质量数字化的加工过程可以减少人为误差和缺陷，提高产品质量，降低废品率。
5. 总结通过对X52K铣床进行数控化改造设计，可以实现自动化操作和精确控制，从而显著提高生产效率和产品质量。
普通铣床X52K纵向进给传动机构设计
1 引言随着现代工业的迅猛发展，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求，数控机床已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。
目前中国大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是普通机床，机床数控化率远低于美国、日本等国家。
如果大量添置全新的数控机床，不仅资金投入量大、成本高，而且又会造成原有设备的闲置浪费。
把普通机床改造为数控机床则不失为一条提高数控化率的有效途径。
普通机床的数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。
这种机床改造花费少，改造针对性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题，生产效率高，尤其适合中国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。
经调查显示在实际生产过程中普通铣床主要用于加工平面或成型表面。
若要在普通铣床上加工圆弧、凸轮等特殊类平面时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行整体调整。
加工精度较低，基础调整工作费事[1]。
所以，为提高工件的加工精度，保证产品质量，便于加工圆弧面和凸轮的曲面等，可以利用数控方法对铣床进行数控化改造。
本设计是对普通铣床X52K纵向进给传动机构数控化改造的设计。
由于普通铣床X52K传动机构系统加工零件的效率较低，如若对其纵向数控化改造后不仅可以实现复杂零件的自动铣削，并且大大缩短了加工时间，提高了零件的加工精度及生产效率。
1.1 机床数控化改造的现状及发展趋势数控技术是运用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，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、集成化和智能化起着举足轻重的作用。
它是当今工业产品自动化发展中处于核心地位的一种高技术。
而数控系统已成为我国机械制造工业和国民经济的重要装备，其发展直接关系到我国的多个领域[2]。
1.1.1 机床数控化改造的现状长期以来，我国的数控系统以传统的封闭式体系结构为主。
在传统的封闭式结构中，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。
X502铣床机械部分数控改造设计
滚珠丝杠受工作负载 Ｐｍ 引起的导程变化量
ΔＬｉ
＝
Ｐｍｌ０ ＥＦ
＝１．２６×１０－ ５＝０．１２６μｍ
ｌ０ 为滚珠丝杠的基本导程， ｍｍ； Ｅ 为弹性模量， 钢的弹性 模量 Ｅ＝２１０ ＧＰａ； Ｆ 为滚珠丝杠截面积； 滚珠丝杠受扭矩
引起的导程变化量 Δｌ２ 很小，可忽略， 因此 Δｌ＝Δｌ１， 所以 导
ＣＡＤ／ＣＡＭ 等领域的教学与科研工作。
收稿日期： ２００６－ ０３－ ２２
７０ 机械工程师 ２００６ 年第 ９ 期
３结语
２．３ 横向减速齿轮的选用
对机床进行了机械部 分 的 改 造 以 后 ， 再配 以 ＪＷＫ－
根 据 前 面 确 定 的 步 距 角 θｂ＝１．５°／ｓｔｅｐ ， 脉 冲 当 量
δｐ＝０．０１ｍｍ／ｓｔｅｐ， 以 及滚 珠 丝 杠 螺 距 ｔ＝５ｍｍ， 得 到 Ｘ 向 减
速 齿 轮 的 传 动 比 ｉ＝ ３６０δｐ ＝ ３６０×０．０１ ＝０．４８。 选 择 齿 数
２．２ 步进电机选用
２．２．１ 确定脉冲当量 δｐ、步距角 θｂ 脉冲当量 δｐ 可选 ０．０１ ｍｍ／ｓｔｅｐ； 初步定步距角 θｂ 为
１．５°／ｓｔｅｐ。
２．２．２ 步进电机转矩上启动力矩的计算
Ｔｑ
＝
３６δ［ｐ
Ｆｓ＋μ（ Ｇ＋Ｆｚ） ２πθｂη
］
＝１５９Ｎｍｍ
式中， Ｆｓ： 运动方向的切削抗力， Ｆｓ＝１．１×２９８８＝３２８６．８ Ｎ；
最大动载荷 Ｑ＝ !３ Ｌｉ ｆｗ ｆＨＰｍ
式中， 取 ｆｗ＝１．２， ｆＨ＝１；
则， Ｑ＝ !３ Ｌｉ
ｆ
ｗ
ｆ
Ｈ
Ｐｍ＝
３
!
９
X52K型立式铣床电气控制系统的PLC改造设计课程设计
本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。
摘要铣床的PLC改造主要是方便工业自动化生产，减轻劳动强度和提高工作效率。
过去有不少人对铣床进行改造设计，并取得了不错的成绩，例如采用三菱控制软件控制的PLC设计等。
X52K型立式铣床的PLC控制设计采用了西门子软件S7-200，这是一款小型的控制系统。
设计过程中充分考虑工厂生产实际情况和铣床的运动要求、加工精度等一些列条件，采用S7-200软件进行仿真，满足设计的各项要求。
改造后的系统便于柔性生产的需要，在工厂有更强的适应力。
如生产任务或工艺发生变化，普通X52K机床需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。
PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。
当生产工艺和任务发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序，因而该控制系统更具灵活性。
且PLC控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。
通过对X52K型立式铣床进行改造,并用S7-200软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。
关键词 PLC,电气控制系统,X52K,S7-200ABSTRACTThe Milling machine PLC transformation mainly is convenient industrial automation production, reduce labor intensity and improve work efficiency. In the past, there was a lot of people to milling machine modification design, and has made the good progress, such as the control software of PLC control design, etc.X52K type vertical milling machine PLC control software was designed using Siemens S7-200, it's a small control system. The design process of fully considering the actual production condition of the factory and on the movement of the milling machine, machining accuracy and other terms and conditions, the S7-200 software simulation, meet the design requirements. After the transformation of the system to the needs of the production of the soft, in the factory has stronger adaptability. Such as production task or process changes, ordinary X52K machine need to change the hardware structure, resulting in the waste of time and money.PLC is a new type of industrial automation control device, the control function is achieved through software programming. When the production process and task change, don't need to change the PLC hardware equipment, just change the PLC program, thus the control system more flexibility. PLC control system and small size, high reliability and easier to maintain.Through the X52K type vertical milling machine modification, and S7-200 software simulation, realized the automation control, which can improve the electrical control system performance.Keywords PLC, electric control system, X52K, S7-200目录摘要 (II)ABSTRACT (III)第1章铣床简介 (1)1.1铣床介绍 (1)1.2 X52K型立式铣床简介 (1)第2章 X52K型铣床控制系统分析 (6)2.1 X52K电气原理图 (6)2.2 主轴电动机的控制 (6)2.2.1 主轴启动 (7)2.2.2 主轴停止 (7)2.2.3 主轴变速时的瞬时点动 (7)2.3 进给运动的电气控制 (7)2.3.1 工作台纵向进给运动控制 (7)2.3.2 工作台横向、升降进给运动控制 (8)2.3.3 工作台快速移动、进给变速瞬时点动控制 (8)2.3.4 圆形工作台的控制 (8)第3章 PLC简介 (10)3.1 PLC的简史 (10)3.2 PLC的基本组成及特点 (11)3.3 PLC的基本工作原理 (12)第4章 PLC输入输出地址分配 (14)4.1改造的目的 (14)4.2 PLC设计方案的确定 (14)4.3 PLC的选择 (15)4.4 地址分配 (15)第5章 PLC电器元件选择 (18)第6章 PLC编程 (20)6.1 PLC梯形图 (20)6.2 PLC语句表 (21)第7章 PLC程序仿真 (23)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章铣床简介1.1铣床介绍在机器的的制造业中用锻造、铸造、压力加工等方法制成的金属毛坯都是很粗糙的，而且形状和尺寸也不太准确。
X52立式升降台铣床数控化改造
技术路线技术路线选用国外数控系统。该技术路线的优 点是技术成熟，风险小，可靠性有保证。可选择的国外 数控系统有SIEMENS810C数控
系统和FANUC-OiMC数控系统。据掌握的资料，这两种数 控系统在技术成熟度和可靠性基本相当。该技术路线的 缺点是设备改造总费用较高。
改造后，一旦设备的使用时间超出保修期，其维修、技 术服务的费用相当昂责。技术路线二：选用华中HNC21M 型数控单元+华中伺服单元+登奇
的基础部件和结构件是否仍然完好；考察各坐标轴的机 械传动结构及导轨副的形式等是否适用；测量机床目前 的各项精度并与出厂精度进行对比，看是
否存在差距；综合总结目前机床存在的故障和历史上出 现过的重大故障。根据分析的结果，对照改造目标和典 型工件，编写改造设计说明书，做到改造
后的机床达到一定的先进性和实用性。下面以X52立式升 降台铣床的数控化改造为例，介绍旧机床改造的技术方 案设计。2铣床数控化改造技术方案
机床的状态及工艺要求来选择数控系统。首先是选择数 控制造厂商，目前世界上性能及信誉较好的有：西门子 （德国）、发那科（曰本）、三菱（曰本
）、NUM（法国）、FAGOR（西班牙）等。用户可在洋 细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标的 基础上，选择一个比较适合的数控
系统。其次是根据机床的功能要求选择相应控制系统的 类型，做到既能满足机床全部功能要求又不提高标准。 在选择数控系统方面，要特别注意以下两
使用方便容易。成本低。总费用较技术路线的总费用低， 且当设备的使用时间超出保修期，其维修、购买配件、 得到技术服务的费用同采用国外系统相
比低得多。综合以上考虑，选择技术方案二。4华中数控 系统结构详析华中数控系统硬件结构如所示，系统由数 控单元、控制电柜和机床三部分组成。
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本科毕业设计（论文）通过答辩1.引言： (5)2.设计任务 (5)3.总体方案的确定................................................. ..63.1.1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 (6)3.3 绘制总体方案图 (7)4.机械传动部件的计算与选型 (7)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (7)4.2 铣削力的计算 (7)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (8)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷max4.3.2 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 (9)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 (10)4.6 步进电动机的计算与选型 (10)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 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 (14)6. 绘制进给传动系统示意图 (14)7．工作台控制系统的设计 (14)8．步进电动机的驱动电源选用 (16)9.选择AT89S52单片机的控制系统计 (17)10.控制软件设计 (19)11.致谢 (21)参考文献 (21)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。
x52k 铣床数控改造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x52k 铣床数控改造，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。
2.设计任务题目：数控X-Y 工作台设计任务：设计一种供应式数控铣床使用的x52k 铣床数控改造，主要参数如下：1. 立铣刀最大直径的d=15mm ；2. 立铣刀齿数Z=3;3. 最大铣削宽度e a =15mm;4. 最大背吃刀量p a =5mm;5. 每齿进给量fz=0.4mm6. 加工材料为碳素钢活有色金属。
7. X 、Y 方向的脉冲当量x y δδ==0.004mm;8. X 、Z 方向的定位精度均为01.0±mm;9. 加工范围为200×150㎜;10.工作台空载进给最快移动速度：max max 3000mm/min x z V V ==; 11.工作台进给最快移动速度:max max 400mm/min x f z f V V ==;3.总体方案的确定3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用腰设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，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。
3.1.2丝杠螺母副的选用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，需要满足0.004mm 冲当量和01.0 mm 的定位精度，滑动丝杠副为能为力，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、预紧后可消除反向间隙。
3.1.3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，选用无间隙齿轮传动减速箱。
3.1.4伺服电动机的选用任务书规定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因此3000mm/min ，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。
以降低成本，提高性价比。
3.1.5检测装置的选用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。
任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。
增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。
考虑到X 、Y 两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X 、Y 两个坐标的导轨副、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。
3.2 控制系统的设计1）设计的X-Z 工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。
2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU ，能够满足任务书给定的相关指标。
3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU 之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，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。
3.3 绘制总体方案图总体方案图如图所示。
人机接口机电接口步进电机步进电机Y方向传动机构X方向传动机构型机驱动电路微总体方案图4.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、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N4.2 铣削力的计算设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。
则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为：0.850.750.73 1.00.13c e z p 118a fd a n Z F -= (6-11)今选择铣刀的直径为d=15mm ，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度为e a 15mm =，背吃刀量p a =5mm ，每齿进给量z f 0.4mm =，铣刀转速n 300r/min =。
则由式（6-11）求的最大铣削力：0.850.750.73 1.00.13c 118150.41553003N 2586N F -=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≈（1）主切削力错误！未找到引用源。
，总切削力F 在铣刀主运动方向上的分力，即沿铣刀外圆切线方向上的分力，是主要消耗功率的力（2）进给力错误！未找到引用源。
,总切削力错误！未找到引用源。
在纵向进给方向上的分力（3）横向进给力错误！未找到引用源。
,总切削力错误！未找到引用源。
在横向进给方向上的分力（4）垂直进给力错误！未找到引用源。
，总切削力错误！未找到引用源。
在垂直进给方向上的分力采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表查得，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：f c F 1.1F 2845N =≈,e c F 0.38F 983N =≈，fn c F 0.25F 647N =≈。
图3-4a 为卧铣情况，现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力z e F F 983N ==，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 F F 2845N ==，径向铣削力为y fn F F 647N ==4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）4.3.1 块承受工作载荷max F 的计算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。
考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：max GF F 4=+ (6-12)其中，移动部件重量Ｇ＝800N ，外加载荷z F=F 983N =，代入式（6-12），得最大工作载荷max F =1183N=1.183kN 。
查表根据工作载荷max F =1.183kN ，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG15型，其额定动载荷a C 7.94kN =，额定静载荷0a C 9.5kN =。
任务书规定加工范围为200×150㎜，考虑工作行程应留有一定余量，查表选取导轨的长度为520mm 。
4.3.2 距离额定寿命L 的计算上述所取的KL 系列JSA-LG15系列导轨副的滚道硬度为60HRC ，工作温度不超过100C ，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。
分别取硬度系数f H =1.0，温度系数f T =1.00，接触系数f c =0.81，精度系数f R =0.9，载荷系数f w =1.5，代入式（3-33），得距离寿命：L=Km F C f f f f f a w r c t h 562550)(3max≈⨯⨯⨯⨯⨯远大于期望值50Km ，故距离额定寿命满足要求。
4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型4.4.1 最大工作载荷Fm 的计算如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=2845N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=647N ，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=983N.已知移动部件总重量G=800N ，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数μ=0.005。
求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：Fm=KFx+μ(Fz+Fy+G)=[1.1⨯2845+0.005⨯(983+647+800)]N ≈3142N4.4.2 最大动工作载荷FQ 的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min ，初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=80r/min 。
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106r ）。
查表，取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC 时，取硬度系数fH=1.0,代入式（3-23），求得最大动载荷：F Q =N F f f L m H w 1568530≈4.4.3 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G 系列4006-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为40mm ，导程为5mm ，循环滚珠为3圈*1系列，精度等级取5级，额定动载荷为15960N ，大于F Q ，满足要求。