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1、 毕业设计（论文）报告纸数控铣床XY工作台与控制系统设计摘 要随着现代信息技术的发展，以提高产品加工的生产效率为主的高度自动化和提高产品质量为主的精密化成为现代机械加工技术发展的两个主要方向。人们对数控机床、精密仪器和仪表以及各种精密机械设备提出了越来 的精度要求，X-Y工作台是这些设备实现高精密加工的重要部件，对于提高产品的加工起着尤为重要的作用。本论文针对铣床工作台机构及其控制系统进行设计，主要包括伺服电动机的选型，滚珠丝杠的选型、强度校核及生产设计中应注意的问题,连接伺服电机和滚珠丝杠副的联轴器的选型，导轨的设计。根据系统的功能要求，选择数控系统的CPU，同时还需要扩展程序存储器、数据存
2、储器以及步进电机驱动电源的选择。通过对工作台机械传动链的系统设计以期满足机床进给系统的定位精度和静动态性能，从而确保机床的加工精度。关键字：X-Y工作台 ，伺服系统， 滚珠丝杠 ，步进电机The design of CNC milling machine system XY workbench and control system AbstractWith the development of modern information techniques, the high automation with the main purpose of improving the production
3、efficiency of product process and the accuracy with the accuracy with the main aim of improving the quality of product have been becoming the two major directions of the modern technique of mechanical process. People on the CNC machine tools, precision instruments and meters and all kinds of sophist
4、icated machinery and equipment raised higher and higher precision, X-Y workbench is that important components of these high-precision machining equipment to achieve the core components, for improving the quality of processed products play the particularly important role.The entire mechanical transmi
5、ssion chain for the system design,servo motor related to the selection, the selection of ball screws, checking strength and production design should pay attention to the problem of connecting the servo motor and the ball screw of the axis. The Telection and Verification, bearing pieces bearing the d
6、esign, rail and rack design. According to the function requirement of system, the selection of the CNC system CPU. It would also need to expand the program memory、data memory and the choice of stepper motor drive power.Through the table mechanical transmission chain system design to meet the machine
7、 into the system to the positioning accuracy and static and dynamic performance, so as to ensure the accuracy of processing machine.key words：The X-Y workbench ; Servo system; Ball screw;stepper motor 目 录摘 要iAbstractii第一章 引 言- 1 -1.1 国内外数控系统的发展概况- 1 -1.2 数控技术的发展趋势- 1 -1.2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势- 1 -1.2.
8、2 多轴联动加工和复合加工机床快速发展- 2 -1.2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势- 2 -1.3 数控铣床X-Y工作台概述- 2 -1.3.1 国内外的研究现状分析- 3 -1.3.2 工作台的应用- 3 -1.3.3 发展趋势- 3 -1.4 数控铣床系统XY工作台设计的目的- 4 -第二章 总体方案的确定- 5 -2.1 数控铣床XY工作台设计的意义- 5 -2.2 工作台设计任务- 5 -2.3 机械传动部件的选择- 5 -2.4 控制系统的设计- 6 -第三章 机械传动部件的计算与选型- 7 -3.1 确定系统脉冲当量- 7 -3.2 工作台外形尺寸及重
9、量初步估算- 7 -3.3 铣削力的计算- 8 -3.4 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）- 8 -3.5 滚珠丝杠螺母副的计算与选型- 10 -3.6 减速齿轮计算设计- 12 -3.7 角接触球轴承的选用、校核- 14 -第四章 步进电动机的计算与选型- 16 -4.1 步进电机简介及原理- 16 -4.2 步进电机的计算与选型- 17 -4.3 步进电动机驱动电源的选用- 22 -第五章 工作台控制系统的设计- 23 -5.1 控制系统硬件电路设计- 23 -5.1.1 单片机的简介与选用- 23 -5.1.2光耦合器- 23 -5.1.3 常用存储器及其扩展电路设计- 24 -5.1
10、.4 常用I/O接口芯片及其扩展电路设计- 26 -5.1.5 步进电动机的控制与驱动- 27 -5.2 控制系统的部分软件设计- 27 -5.2.1 存储器与I/O芯片地址分配- 27 -5.2.2 步进电动机运行程序设计- 27 -第六章总结与展望- 29 -参考文献- 30 -致谢- 31 - 31 - 第一章 引 言1.1 国内外数控系统的发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精
11、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、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。1.2 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业IT、
12、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：1.2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。在加工精度方面，近10年来，已由10um提高到5um，精密级加工中心则从3-5um，提高到1-
13、1.5um并且超精密加工精度已开始进入纳米级0.1um。为了实现高速、高精加工，与这配套的功能 部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.2.2 多轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何现状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。1.2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控
14、系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象数控功能，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放数
15、控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造产业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.3 数控铣床X-Y工作台概述 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。其外观形式如图1.1。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。图1.1 X-Y数控工作台外形1.3.1 国内外的研究现状分析国家的繁荣是以其先进机器作为辅助，机床包
