数控XY工作台设计

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1、目 录 设计总说明.1 绪言.1 设计内容和技术要求.1 总体方案确定.2 1 机械系统设计.3 1.1 功能与技术参数分析.3 1.2 原理构思和技术路线确. 3 1.3 机电一体化机械系统的要求. 3 1.3.1 转动惯量的要求.3 1.3.2 刚度的要求.3 1.4 脉冲当量的确定. 4 1.5 传动比的计算.4 1.6 初步确定工作台的尺寸及重.4 1.7 工作载荷分析及计算.5 1.7.1 铣刀型号的选择.5 1.7.2 进给工作台工作载荷计算.5 1.8 滚珠丝杠传动设计与计算.6 1.8.1 滚珠丝杠螺母副的型号选择.7 1.8.2 滚珠丝杠螺母副的校核.8 1.8.2.1 最大

2、工作载荷计算.8 1.8.2.2 最大动载荷C的计算及主要尺寸初选.9 1.8.2.3 滚珠丝杠螺母副的传动效率 . .9 1.8.2.4 刚度验算.9 1.8.3 压杆稳定性验算10 1.8.4 滚珠丝杠螺母副的安装连接尺寸11 1.8.5 滚动导轨的设计及计算11 1.8.5.1 滚动导轨副的预紧11 1.8.5.2 直线滚动导轨副的计算11 1.8.5.3 滚动导轨的长度选取11 1.8.6 滚动导轨的润滑与防护12 1.8.7 联轴器型号的选择12 1.9 步进机的选用14 1.9.1 根据脉冲当量和最大静转矩初选择电机型号14 1.9.1.1 步进机的选择14 1.9.1.2 传动系

3、统等效传动惯量计算151.9.1.3 转动惯量的计算基本公式15 1.9.1.4 滚珠丝杆转动惯量 折算.15 S J 1.9.1.5 工作台质量折算151.9.1.6 传动系统等效转动惯量计算16 1.9.2 步进电机输出转矩的选择. .16 1.9.3 启动矩频特性校核19 1.9.4 运行矩频特性校核20 1.9.4.1 快速进给运行矩步特性校核20 1.9.4.2 工进运行矩频特性校核20 1.9.4.3 步进电机的安装尺寸21 2 控制系统设计22 2.1 控制系统硬件的基本组成22 2.2 步进电机控制电路23 2.2.1 步进电机开环驱动原理23 2.2.2 脉冲分配23 2.3

4、 驱动电路24 2.4 控制系统软件的组成及结构25 2.4.1 步进电机控制模块. . .25 2.4.2 直线插补程序设计26 2.4.3 键盘输入程序27 鸣谢. . . .31 参考文献. . . .32结论 我们数控技术专业毕业生根据学校的教学安排，需要进行毕业设计，学校通过毕业设计 环节而来检验学生三年来的知识掌握情况。机电一体化毕业设计在机电一体化专业教学中占 有重要位置，它关系到学生知识的综合运用和学生动手能力的培养及机电产品开发的能力。 因此设计内容选择很重要。基于数控X-Y工作台是典型的机电一体化系统，以此为设计内容 有较强的教学研究意义。通过本次设计，使我们全面地、系统地

5、了解和掌握数控机床的基本 内容和基本知识，初步掌握数控机床的设计方法，并学会运用手册标准等技术资料。 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个 国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均 采取重大措施来发展的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重 视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数 控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题， 特别是在技术创新能力等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使 我国数控

6、领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争 中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门所面临的重要任务。 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。 在设计的过程中，对数控技术的知识进一步加深，我们数控专业的学生更加的对自己的 专业有信心，使我们未来的就业的根基更加牢固。 设计总说明 设计的目的 通过本次设计，使我们全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识， 初步掌握数控机床的设计方法，并学会运用手册标准等技术资料。学校

7、安排毕业设计这一环 节，是检验同学们在大学三年所学的知识，是同学们知识结构的概括和总结，同时培养我们 学生的创新意识、工程意识和动手能力。 设计任务、设计内容 设计一个数控 XY 工作台，包括：机械结构、控制系统和基本应用程序设计。 技术要求 (1）该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工； (2）设计参数 设计分组 17: 最大铣刀直径 =18 mm 最大铣削宽度 ae=8 mm 最大铣削深度 ap=3 mm 加工材料:碳钢 工作台行程范围（mm）X=180，Y=120 最大快速移动速度 3m/min 改进机床参数: 技术规格 型号 X52K 主轴端面至工作台面距离（mm） 300 主轴中心线至

8、床身垂直导轨轨间距离（mm） 350 主轴孔锥度 7：24 主轴孔径（mm） 25 刀杆直径（mm） 28 轴转速（r/min） 301500 主轴轴向移动量（mm） 70 工作台 T 型槽 槽数 宽度 槽距 3 18 70 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没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。 考虑到定位精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动 X-Y 工作台。 （2）控制系统 本设计采用了与 MCS-51 系列兼容的 AT89S51 单片机控制系统。它的主要特点是集成度高， 可靠性好，功能强，速度快，有较高

9、的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O 接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大 器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED 显示数控工作台的状 态。 （3）X-Y 工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动 刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的矩形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两 个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 本设计结合机电一体化课程教学环

10、节需要，设计用微型计算机作为控制系统的 X-Y 工作台。 通过论述 X-Y 工作台机械结构设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中的共性和 关键技术. 关键词：XY 工作台；微型计算机；机电一体化设计数控XY工作台设计 （数控技术，200536623248， ） （指导老师：李伟洪，陆兵） 数控XY工作台设计说明书 1 机械部分设计 1.1 功能与技术参数分析设计的最初环节必须理解和分析设计任务所提出的主要功能和技术指标。本次设计数控 X-Y 工作台，提高了车床的加工精度和自动化水平，满足多品种小批量零件加工的功能需求， 提高生产率。 工作台系统总体框图如图所示: XY 控制器接口电路驱动装置传动机构工作台1.2原理构思和技术路线确定 针对设计任务的主要功能和技术指标要求提出一下原理性构思。本次设计 XY 数控工作 台可安装在铣床上，用于铣削加工，采用步进电动机开环伺服系统驱动的，使结构简单，成 本降低，采用单片机为核心的控制器件的数控系统，实现自动化。同时工件或夹具安装采用 T 型槽平台结构方式，以保证加工精度平稳。 1.3 机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（即高