二维工作台课程设计【优秀】
CNC二维工作平台的设计-机电一体化课程设计方案
CNC二维工作平台的设计-机电一体化课程设计方案设计方案：CNC二维工作平台的设计一、课程设计目标：通过机电一体化课程设计，学生应能够完成CNC二维工作平台的设计，掌握相关的机电一体化知识和技能，熟悉CNC技术的应用。
二、设计内容：1. 了解CNC技术的基本原理和应用领域；2. 分析CNC二维工作平台的功能需求和设计要求；3. 进行CNC二维工作平台的机构设计，包括框架结构、运动导向和传动机构等；4. 进行CNC控制系统的设计，包括控制器的选型和布置、传感器的应用和接口设计等；5. 进行CNC二维工作平台的电气设计，包括电源和驱动电路的设计、信号线路的设计等；6. 进行CNC二维工作平台的编程设计，包括运动路径规划、速度控制和加工程序编写等；7. 进行CNC二维工作平台的组装调试，包括系统的安装和连接、参数的设置和校准等；8. 基于CNC二维工作平台进行加工实验和性能测试；9. 完成相应的课程设计报告和展示。
三、设计步骤：1. 学习CNC技术的基本原理和应用领域，了解CNC二维工作平台的功能需求和设计要求；2. 进行CNC二维工作平台的机构设计，包括框架结构、运动导向和传动机构等，可以采用标准件和自制件相结合的方式；3. 进行CNC控制系统的设计，选择合适的控制器，并设计相应的接口电路和传感器应用；4. 进行CNC二维工作平台的电气设计，包括电源和驱动电路的设计、信号线路的设计等；5. 进行CNC二维工作平台的编程设计，根据加工需求进行运动路径规划、速度控制和加工程序编写等；6. 进行CNC二维工作平台的组装调试，安装控制系统和电气装置，进行参数的设置和校准等；7. 基于CNC二维工作平台进行加工实验和性能测试，测试其运动精度和加工能力等；8. 撰写课程设计报告，总结设计过程和结果，并进行设计展示。
四、设计要求：1. 设计过程中注意机电一体化的原则，力求机械结构、电气系统和控制系统的紧密结合和协调工作；2. 设计的CNC二维工作平台应具有良好的运动精度和稳定性，能够实现目标加工要求；3. 设计报告应包括设计目标、设计过程、设计结果和性能测试等内容，并附上相关的设计图纸和实验数据。
数控钻床二维工作台设计毕业设计
毕业设计（论文）数控钻床二维工作台设计姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）学生开题报告课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型摘要伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备，大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。
数控机床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”课程后应用的，它是培养我们能力的重要步骤。
本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，从而培养我们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。
AbstractWith the industry machining the continuous improvement of product requirements and rapid development of NC technology, CNC machine tools with high precision, high efficiency and low labor intensity, and many other general machine tools can not match advantage, become the mainstream of manufacturing and processing equipment, Most of the production machine for the general machine tools, production equipment, outdated, Use this equipment out of the prevailing poor quality products, low precision, high cost, long lead and other issues, can no longer suited to today's enterprises face the need for competition. CNC Mechatronics curriculum design is an important teaching practice link, Xueshengxuewan technical courses and specialized courses Especially the "numerical control technology," the application of course, it is to train students to integrate theory with practice, solving practical problems important step. The course design is based on a typical mechatronic system design topics --- CNC program development as the main line, numerical control system design by developing the overall program, into the mechanical design of the servo system Composite applications enable students to have learned the mechanical, electronic and computer knowledge, to conduct a mechanical and electrical integration of all aspects of training, which students have the computing power and the preliminary design analysis and process of production capacity of the problems encountered .Keywords：general Milling NC mechanical parts servo system design transformation目录摘要 (i)Abstract (ii)绪论 (1)1 概述 (2)1.1 数控铣床工作台（X-Y）轴参数 (2)1.2 总体方案设计 (2)2 设计计算 (5)2.1计算切削分力及其额定功率 (5)2.2导轨摩擦力的计算 (6)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (6)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (6)2.4.1确定滚珠丝杠的导程 (6)2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 (6)2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率 (7)2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 (7)2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (8)2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 (8)2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力 (8)2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号 (9)3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10)3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (10)3.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 (10)3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验 (11)4 计算机械传动系统的刚度 (11)4.1机械传动系统的刚度计算 (11)4.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12)5 驱动电动机的选用与计算 (13)5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (13)5.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (13)5.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (14)5.4.选择驱动电动机的型号 (15)6 机械传动系统的动态分析 (16)6.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (16)6.2计算扭转振动系统的最低固有频率 (16)7 机械传动系统的误差计算与分析 (17)7.1.计算机械传动系统的反向死区 (17)7.2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (17)7.3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (17)8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (18)8.1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (18)8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (19)9 数控系统 (19)9.1 硬件设计 (19)9.2 步进电机开环伺服原理 (20)9.3 步进电机控制框图 (21)9.4 软件程序设计 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)绪论进入21世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭受到进入WTO后激烈的市场竞争的压力，从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。
二维运动平台课程设计
二维运动平台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解二维运动平台的基本概念，掌握其在物理运动中的应用。
2. 学生能运用公式计算二维运动平台的速度、加速度和位移。
3. 学生能解释二维运动中的力的合成与分解，理解牛顿运动定律在二维运动中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用物理知识分析并解决二维运动平台的相关问题。
2. 学生通过实际操作，培养动手能力和团队合作能力，提高解决实际问题的能力。
3. 学生能够运用数学工具，如坐标系、图形等，进行二维运动轨迹的描述和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理科学的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生在学习过程中，树立正确的科学态度，尊重事实，严谨求证。
3. 学生通过团队合作，学会倾听、沟通与协作，培养集体荣誉感和责任感。
课程性质分析：本课程为物理学科，针对学生年级特点，注重理论与实践相结合，提高学生的物理素养和解决实际问题的能力。
学生特点分析：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的阶段，具备一定的物理和数学基础，但需要引导他们将知识应用于实际问题。
教学要求：1. 教师需采用生动有趣的教学方法，激发学生学习兴趣。
2. 教学过程中注重培养学生的动手能力和团队合作精神。
3. 教师应关注学生个体差异，给予个性化指导，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 二维运动平台基本概念：介绍二维运动平台的定义、构成和应用场景，使学生理解其在现实生活中的重要性。
- 教材章节：第二章第二节2. 二维运动平台的运动学分析：- 速度、加速度和位移的计算公式；- 运用坐标系描述二维运动轨迹；- 教材章节：第三章第一节、第二节3. 力的合成与分解在二维运动中的应用：- 牛顿运动定律在二维运动中的体现；- 合力与分力的计算方法；- 教材章节：第四章第一节、第二节4. 实际操作与案例分析：- 设计二维运动平台实验，让学生亲自动手操作，观察和分析实验现象；- 分析典型案例，使学生掌握解决实际问题的方法；- 教材章节：第五章5. 数学工具在二维运动中的应用：- 坐标系、图形等数学工具在二维运动轨迹描述和分析中的作用；- 教材章节：第六章教学安排与进度：本教学内容共计10课时，具体安排如下：1-2课时：二维运动平台基本概念；3-4课时：二维运动平台的运动学分析；5-6课时：力的合成与分解在二维运动中的应用；7-8课时：实际操作与案例分析；9-10课时：数学工具在二维运动中的应用。
课程设计--二维数控精密工作台
精密机械与仪器设计课程设计说明书二维数控精密工作台姓名：学号：专业班级：指导教师：2012.7.5目录1.绪论 (3)课程设计的设计要求 (3)本课题设计内容 (4)本课题设计的目的和意义 (4)2.总体设计方案 (5)设计任务 (5)总体方案确定 (5)2.1二维数控精密工作台的原理 (6)2.2设计的整体方案 (7)2.2.1工作台总体结构的确定 (7)2.2.2传动方案的确定 (7)2.3绘制总体方案图 (7)3.机械系统的设计计算 (8)3.1滚珠丝杆选择 (8)3.1.1滚珠丝杆工作长度计算 (8)3.1.2工作台外形尺寸及重量估算 (9)3.1.3计算载荷 (10)3.1.4额定动载荷计算 (12)3.1.5稳定性校核 (13)3.1.6滚珠丝杆副的刚度计算 (14)3.2滚动直线导轨选择 (14)3.2.1导轨额定寿命计算 (14)3.2.2导轨工作载荷计算 (15)3.3联轴器的选择 (16)3.3.2联轴器的选定 (17)3.4轴承选择 (17)3.5步进电机的计算与选型 (18)3.6系统整体性能计算 (19)3.6.1步进电机轴上总当量负载转动惯量计算 (19)3.6.2系统刚度计算 (20)3.6.3系统固有频率计算 (21)3.6.4系统死区误差计算 (21)3.6.5由系统刚度变化引起的定位误差计算 (21)4.零件图 (22)4. 1滚珠丝杠 (22)4.2导轨 (23)5.总结 (24)6.参考文献 (25)1.绪论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。
二维工作台课程设计【优秀】讲解
二维工作台课程设计【优秀】讲解机电一体化系统设计课程设计报告设计题目：学院：姓名：班级（学号）：指导老师：时间： 2013年6月目录一、总体方案设计 (1)1.1、设计任务 (1)1.2、总体方案确定 (1)二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4)2.1、工作台（X向托板） (4)2.2、工作台（Y向托板） (4)2.3、上导轨座（连电机）重量 (4)三、滚动导轨的计算与选择 (5)3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5) 3.2、导轨的寿命计算 (5)3.3、导轨额定动负载的核算 (6)四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6)F的计算 (6)4.1、滚珠丝杠最大工作载荷max4.2、滚珠丝杠静载荷c F的计算 (7)F的计算 (7)4.3、滚珠丝杠动载荷Q4.4、丝杠型号的确定 (8)4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8)4.6、丝杠刚度的验算 (9)五、电机的计算与选择 (10)5.1、电机步距角的计算 (10)5.2、负载惯量的计算 (10)5.3、负载转矩的计算 (11)5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12)5.5、步进电动机的确定 (13)5.6、步进电动机的性能校核 (13)六、联轴器的选择 (14)6.1、联轴器的介绍 (14)6.2、联轴器的选择 (14)七、轴承的选择 (15)八、控制系统硬件设计 (15)九、控制系统的设计 (21)十、参考文献 (28)一、总体方案设计1.1 设计任务题目：CNC 二维工作平台的设计任务：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，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350N N =；2）工作台面尺寸为C B H 355mm 370mm 32mm ＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420mm 430mm 32mm ＝；4）加工范围X 125mm Y 120mm ==，；5）工作台最大移动速度max 1.5/min V m =； 6）X,Y 方向的定位精度为0.025mm ±； 7）X,Y 方向的脉冲单量为0.015mm/step .1.2 总体方案确定1.2.1方案确定思想该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。
内工大通用二维工作平台设计
专业综合设计II题目：通用二维运动平台设计姓名：王恒峰学号：201020102152 班级：机电10-3 指导教师：贺向新目录2014年1月10日学校代码： 10128学号：201020102152课程设计说明书题目：通用二维运动平台设计学生姓名：王恒峰学院：机械学院班级：机电10-3指导教师：贺向新2014年 1 月10 日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：专业综合设计二 __ 学院：机械学院班级：学生姓名： ___ 学号： _ 指导教师：摘要摘要：X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。
数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。
机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。
本文通过对X-Y工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。
本次课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。
确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。
利用8031、6264、2764、373、8155、8255等MCS—51单片机设计其硬件电路图。
关键词：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；MCS—51单片机目录第一章二维运动平台总体方案设计 (1)第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (2)2.1 确定系统脉冲当量 (3)2.2 确定系统切削力 (3)2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (3)2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (4)2.5 计算减速比i (5)2.6步进电动机的计算和选型 (6)第三章微机数控硬件电路设计 (9)3.1 MCS—51系列单片机简介 (10)3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 (10)3.1.2 定时器/计数器 (11)3.1.3 中断系统 (12)3.2 存储器扩展电路设计 (12)3.2.1 程序存储器的扩展 (12)3.2.2 数据存储器的扩展 (13)3.2.3 译码电路设计 (14)3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 (16)3.3.1 8155 通用可编程接口芯片 (18)3.3.2 8255 通用可编程接口芯片 (18)3.3.3 键盘显示接口电路 (22)3.3.4 电机接口及驱动电路 (23)3.3.5 辅助电路 (23)参考文献 (25)第一章二维运动平台总体方案设计1.1系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。
CNC二维工作平台设计
机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目: CNC二维工作平台设计专业: 机械电子工程班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十二月CNC二维工作平面设计摘要在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。
机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。
机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。
机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于主轴箱带轮处，使床头箱内结构大为简化，便于维修。
机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。
机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。
进给方面，采用开环数控系统，即步进电机数控进给方式。
采用步进电机开环数控系统已基本能满足进给精度的要求。
主传动由于采用了分离传动发案，可较好的隔离电机及变速箱的震动，解决了热变形对主轴的影响，提高机床的加工精度。
再者，数控系统采用单片机技术，可靠性高，成本低，经济性好。
在总体性能上可以达到经济精密数控机床之列，达到较好的性价比。
该机床可以加工各种轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。
作为通用型机床，特别适合汽车工业、摩托车行业、电子工业、航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度加工时采用。
机床采用机、电、液一体化结构，整体布局紧凑合理，便于维修和保养，外形符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。
关键词： CNC ；CJ6132 ；分离传动；步进电机目录任务分配 (1)第1章绪论 (2)1.1 设计背景 (2)1.2 系统总体方案设计概述 (2)第2章方案设计 (3)2.1 性能要求 (3)2.2 设计思路 (3)2.3 尺寸设计 (3)第3章机械结构设计（传动系统设计） (4)3.1 床身 (4)3.2 床头箱结构 (4)3.3 进给系统 (4)3.4 刀架 (4)3.5 尾座采用手动尾座 (4)3.6 冷却系统 (4)3.7 卡盘 (4)3.8 电气系统 (5)3.9 安全保护 (5)第4章CNC二维平台的控制电路的设计（硬件系统的设计） (6)4.1 主要参数的确定 (6)4.2 传动系统图拟定 (6)4.3 电机选择 (6)4.4 进给系统计算 (7)第5章数控系统设计 (9)5.1 单片机系统控制设计的基本要求 (9)5.2 数字控制系统框图 (9)5.3 数控系统的硬件特点 (9)5.4 控制系统图及芯片的选择 (10)5.4.1 系统的选用 (10)5.4.2 系统的扩展 (10)5.4.3 标准型数控系统 (11)5.4.4 MCS-51系列（三总线结构） (13)5.4.5 振荡器和时钟电路 (13)5.5 存储器及系统扩展设计。
嵌入式课程设计二维滑台
嵌入式课程设计二维滑台一、教学目标本课程旨在通过二维滑台的设计和嵌入式系统的应用，让学生掌握以下知识目标：1.了解二维滑台的结构和基本原理；2.熟悉嵌入式系统的基本概念和应用；3.掌握二维滑台控制系统的编程和调试方法。
在技能目标方面，学生需要：1.能够独立设计和搭建二维滑台实验平台；2.能够运用嵌入式系统进行二维滑台控制程序的开发和调试；3.能够对实验结果进行分析和总结。
在情感态度价值观目标方面，学生应该：1.培养对新技术的敏感性和探索精神；2.增强团队合作意识和沟通能力；3.树立正确的创新意识和实践能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.二维滑台的基本原理和结构；2.嵌入式系统的基本概念和应用；3.二维滑台控制系统的编程和调试方法；4.实验操作和结果分析。
教学大纲安排如下：第一周：介绍二维滑台的基本原理和结构；第二周：学习嵌入式系统的基本概念和应用；第三周：讲解二维滑台控制系统的编程和调试方法；第四周：进行实验操作和结果分析。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解基本原理和概念；2.案例分析法：分析实际案例，加深对知识点的理解；3.实验法：进行实际操作，锻炼动手能力；4.讨论法：分组讨论，促进团队合作和沟通。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：提供相关理论知识；2.参考书：提供更深入的理论和案例分析；3.多媒体资料：通过视频、图片等形式展示二维滑台的工作原理和实验操作；4.实验设备：提供实际操作的平台。
五、教学评估本课程的评估方式包括以下几个方面：1.平时表现：通过课堂参与、提问、回答问题等评估学生的参与度和积极性；2.作业：布置相关的编程和调试作业，评估学生的理解和应用能力；3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和结果分析能力；4.期末考试：通过考试评估学生对课程知识的掌握程度。
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机电一体化系统设计课程设计报告设计题目：学院：姓名：班级（学号）：指导老师：时间： 2013年6月目录一、总体方案设计 (1)1.1、设计任务 (1)1.2、总体方案确定 (1)二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4)2.1、工作台（X向托板） (4)2.2、工作台（Y向托板） (4)2.3、上导轨座（连电机）重量 (4)三、滚动导轨的计算与选择 (5)3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5)3.2、导轨的寿命计算 (5)3.3、导轨额定动负载的核算 (6)四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6)F的计算 (6)4.1、滚珠丝杠最大工作载荷max4.2、滚珠丝杠静载荷c F的计算 (7)4.3、滚珠丝杠动载荷Q F的计算 (7)4.4、丝杠型号的确定 (8)4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8)4.6、丝杠刚度的验算 (9)五、电机的计算与选择 (10)5.1、电机步距角的计算 (10)5.2、负载惯量的计算 (10)5.3、负载转矩的计算 (11)5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12)5.5、步进电动机的确定 (13)5.6、步进电动机的性能校核 (13)六、联轴器的选择 (14)6.1、联轴器的介绍 (14)6.2、联轴器的选择 (14)七、轴承的选择 (15)八、控制系统硬件设计 (15)九、控制系统的设计 (21)十、参考文献 (28)一、总体方案设计1.1 设计任务题目：CNC 二维工作平台的设计任务：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，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350N N =；2）工作台面尺寸为C B H 355mm 370mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420mm 430mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 4）加工范围X 125mm Y 120mm ==，； 5）工作台最大移动速度max 1.5/min V m =； 6）X,Y 方向的定位精度为0.025mm ±； 7）X,Y 方向的脉冲单量为0.015mm/step .1.2 总体方案确定1.2.1方案确定思想该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。
因X 向和Y 向机械结构基本相同，故只绘制X 向机械系统部分的结构简图，如下：考虑在满足设计要求的前提下，应尽可能采用简洁轻便的结构设计和廉价实用的可选材料，符合绿色环保的现代机械设计理念，由此来确定最终方案。
1.2.2 方案的确定综合考虑设计任务和方案确定思想，因系统定位精度和最快移动速度相对并不是很高，故选用性能较好而性价比较高的混合式步进电动机已经足够；为了避免爬行现象，同时节约生产成本，且因该设计载荷较低，故选用直线滚动导轨副；滑动丝杠副在低速或微调时可能产生爬行显现，且为了能够满足0.025mm±的定位精度，故选用滚珠丝杠副；控制系统选用A T89C51单片机，足以满足设计要求且较为廉价；由于本设计中要求系统结构紧凑，且依靠步进电动机和滚珠丝杠副已经可以达到所需的脉冲当量，因此可以不使用减速箱。
1.2.3 总体方案系统组成（1）机械系统组成1）导轨副的选用该设计课题中所要求的二维工作台，需要承受的载荷不大，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，选用滚珠丝杠副。
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。
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。
但本设计中要求系统结构紧凑，且依靠步进电动机和滚珠丝杠副已经可以达到所需的脉冲当量，因此不使用减速箱。
4）伺服电动机的选用任务书规定的X,Y方向定位精度为0.025mm±，由此可以取脉冲当量为0.015mm/step，则其定位精度未达到微米级，最快移动速度也只要求为max 1.5/minV m=。
因此，只需要选用性能较好的步进电动机即可，故在本设计中选用混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。
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的，为了确保电动机在运转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率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差不大，承受的工作载荷也相差不大，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。
（2）控制系统组成1）设计的二维工作台要求可直接应用于小型钻、铣床，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，所以控制系统应该设计成连续控制型。
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AT89C51作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。
3）鉴于此系统只考虑步进电机的控制，CPU的自身资源已经足够，不需要外部引入其它接口扩展电路。
考虑控制电路与输出信号电平不一致以及减少干扰等因素，在输入和输出信号之间加入光电耦合器组成信号输入输出电路。
4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。
（3）系统总体框图根据已确定的总体方案绘制系统总体框图如下：计算及说明结果二、工作台的尺寸及其重量的初步确定根据给定的有效行程，画出工作台简图根据设计要求，最大工件重量350N ，初定工作台的335537032mm ⨯⨯。
工作台的材料为45号钢，其密度为33/1085.7m kg ⨯，（取kg N g /10=）。
工作台简图2.1、 工作台（X 向托板）93.135537032107.851033m kg -=⨯⨯⨯⨯⨯= 9135537034107.8510330G N -=⨯⨯⨯⨯⨯=2.2、 工作台（Y 向托板）取Y 向托板=X 向托板2133m m kg == 2330G N =2.3、上导轨座（连电机）重量初步取导轨座的长420mm ，宽为430mm ，高为32mm ，但导轨座中间有一大空缺，空缺部分大约220⨯230⨯32mm 3。
因此933(420430220230)32107.851032.7m kg -=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=332.710327G N =⨯=所以根据上面所求，得XY 工作台运动部分的总重量为：1233302327987G G G G N =++=⨯+=另外，还有丝杠、电机、联轴器等，大约3kg ，因此：431030G N =⨯= 根据要求所知，其负载为350N ，350309871367G N =++=总133m kg = 1330G N =233m kg = 2330G N =332.7m kg = 3327G N =987G N =430G N = 1367G N =总计算及说明三、滚动导轨的计算与选择3.1滑块承受工作载荷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。
本设计中的CNC 二维工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。
则每个滑块所受的工作载荷为：12344G G G G PF ++++=其中移动部件重量12341017G G G G N +++=，最大外加载荷350P N =， 故得到每个滑块所受的工作载荷341.75F N =。
查山东博特精工股份有限公司表1，根据工作载荷341.75F N =，初选 直线滚动导轨副的型号为KL 系列的15JSA LG -型，直线滚动导轨副的有关参数见下表：3.2导轨的寿命计算32n 6010h l L L ⨯⨯⨯=⨯式中： l ：行程长度，m ；n ：每分钟往返次数。
根据设计要求其寿命要在5年以上，一年300天，一天16小时，开机率为80%；假设每分钟走6个行程，则5300160.819200h L h =⨯⨯⨯=332n 6020.22660192003041.281010h l L L km ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===341.75F N =19200L h =h3041.28L h =计算及说明 结果4.4、丝杠型号的确定根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查山东博特精工股份有限公司表2，选择CM 系列2006-2.5型滚珠丝杠副，根据表3可知为外循环插管埋入式单螺母，精度等级取4级，额定动载荷为9219 N ，大于QF ；额定静载荷为18358N ，大于 c F ，满足要求，滚珠丝杠副的有关参数见下表：4.5、丝杠压杆稳定性核算22smax /(K k k F f EI l F π=≥）式中 k F ：实际承受载荷的能力，N ；k f ：压杆稳定的支承系数，单推—单推式取1；E ：钢的弹性模量，52.110a MP ⨯；I ：滚珠丝杆底径2d 的抗弯截面惯性矩，4d I π=2/64； K ：压杆稳定安全系数，丝杠卧式安装取3K =。
取丝杠的有效长度是400mm43494(15.810) 3.06106464d I m ππ--⨯⨯===⨯22119max 22s 1 2.110 3.06104400(K )(30.4)k k f EI F N F l ππ-⨯⨯⨯⨯⨯===⨯所选用的丝杠实际承受载荷的能力比要求承受载荷的能力要大，所以合格。
943.0610I m -=⨯4400k F N =五、电机的计算与选择步进电机传动控制系统框图 它用电脉冲控制，每输入一个脉冲电机就移进一步，可以改变脉冲频率在很大范围内调节转速，可以点动，也可以连续动，可正转也可反转，停机时有自锁能力，它的步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境影响，仅与脉冲频率有关。
由于电机与丝杠间直接用联轴器连接，所以传动链效率η取0.9，滚球未加预紧力时的效率η0取0.93；钻床在X 、Y 轴进给方向是没有切削力的，所以没有切削力矩。
5.1、电机步距角的计算360p b hP δθ⨯=式中：p δ：脉冲当量，0.015/mm step h P ：丝杠导程，6mm 所以：0.0153600.96b θ⨯==，所以初选步进电机步距角0.9b θ=。