数控机床课程设计xy数控工作台设计（完整图纸）

1、工程学院课程设计说明书课程名称：数控专业课课程设计设计题目：XY数控工作台设计指导老师： 设计： 班级： 学号： 时间：2007年3月12日2007年3月23日论 文设 计任 务 书课程编号j1410031课程名称专业课课程设计机电、数控周数3实施地点科技楼班级机制10311038班人数90起止时间形式集中 分散指导教师论文设计进度安排1方案论证-2天2机械局部设计-5天3电气局部设计-3天4软件设计-2天5编写说明书-2天6准备辩论及辩论-1天论文设计内容任务是：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。具体参数如下：系统分辨率为0.01mm，最大铣刀直径=

2、 16 mm, 最大铣削宽度ae = 5 mm, 最大铣削深度ap,= 2 mm，加工材料为碳钢，工作台加工范围 200 mm×150 mm，最大移动速度为3m/min，制系统为单片机控制系统。设计的内容包括：1总体方案确实定1确定系统组成方案组成框图、功能、机械传动系统简图、主要设计参数，及方案分析、比拟、说明。2机械局部的设计1确定脉冲当量；2机械部件的总体尺寸、质量、转动惯量的估算；3传动部件、导向部件的设计、计算和选用；4步进电动机计算、选用；5绘制机械结构装配图。3数控系统的设计1确定数控装置方案组成框图、功能、主要设计参数，及方案分析、比拟、说明。2电气控制原理图设计CP

3、U、存储器、I/O接口电路及伺服驱动电路。3系统控制软件的结构设计控制流程图和局部功能控制软件设计汇编程序及流程图。4编写设计说明书要求(包括纪律要求和报告书要求)1图纸要求1机械结构装配图，A0图纸一张。要求视图根本完整、符合标准。其中至少有一个坐标轴的完整剖视图。2数控系统框图附在说明书上；3数控电器图，A1图纸一张；4软件框图可附在说明书上。2编写设计说明书要求说明书应当表达整个设计的内容，包括总体方案确实定、系统框图的分析、机械传动设计计算、电气局部的设计说明，选用元件及其具体参数的说明、软件设计及其说明等，说明书的不少于8000字。注：本表按自然班填写。于发动时发给学生。不够纸请另附

4、页。前言设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术根底课和专业课，特别是“数控技术及应用课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程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、进给伺服系统机械局部设计，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，从而培养学生具有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。设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确

5、的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、标准等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。课程设计的内容是改造设备，实现以下几局部内容的设计训练。如精密执行机构或装置的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案确实定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他局部如环形分配器等的说明。该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1.采用微型计算机包括单片机进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、

6、接口电路、软件编制等。2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等，进行力矩、负载功率、惯性转动惯量、加减速控制和误差计算。4.学会使用手册及图表资料。1.总体方案确实定系统分辨率为0.01mm，其它设计参数如下表。设计分组最大铣刀直径最大铣削宽度ae最大铣削深度ap加工材料工作台加工范围mm最大移动速度416mm5mm2mm碳钢X=200,y=150

7、3m/min工作台草图初选步进电动机和丝杠当传动比i=1时，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由 i=(公式2-1) 错误！未找到引用源。，b为步进电机步距角Lo为滚珠丝杠导程、为系统脉冲当量。 选电动机型号为55BF009，其步矩角= 选丝杠规格为2004-3(FYND)其导程为4mm,由传动比公式得 故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。预选由广州菱科自动化设备生产的LK13系列刚性联轴器 gzlink 。1.3初定工作台尺寸 查?机电一体化设计手册?，根据(GB/T 158-1996)选工作台T型槽尺寸如下：深度H=15mm槽低宽度B12mm槽宽A6mmC6m

8、m槽数5，间隔40mm；由工作台加工范围200*150选工作台尺寸 240 20 20 20200 20初定滚珠丝杠长度L340mm B B 5060 Lx+B+102035452.机械局部的设计2.1.1机转子转动惯量查?指导书?外表2-18得2.1.2丝杠的转动惯量由?指导书?公式2-3有得由于工作台材料为碳钢，故其质量为由于联轴器的转动惯量小故可忽略不计铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转,进给运动为工作台带开工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给(键槽铣刀可沿轴线进给).铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为根本形式,此选用圆柱铣刀,铣刀材料选择高速钢.查?金属切削手册?P398常

9、用铣刀介绍表，选择细齿锥柄立铣刀， 其尺寸参数如下：D=16mm,齿数Z=4。查?金属切削手册?P417细齿锥柄立铣刀切削用量表得铣削速度查?铣工?表24，初选因此可得 查?机械制造根底课程设计指导书?表4-15立式铣床主轴转速表，选铣床型号X51，查其转速表并将转速圆整为实际切削速度为 故实际根据?指导书?表2-2得高速钢铣刀铣削公式为 查?指导书?表2-3得铣削力系数有进给工作台工作载荷计算查?指导书?表2-4，有如下表格参数比值不对称铣削逆铣顺铣120903080404故有纵向进给方向工作台垂直进给方向工作台横向进给方向滚珠丝杠上的工作载荷为走刀抗力，移动体重力和作用在导轨上的其他切削分

10、力相关的摩擦力。由于选择的导轨要求结构紧凑，间隙调整方便，摩损小，有良好的精度保持性且运动平稳，应选择直线滚动导轨，在此设计中还要求导轨能承受一定的颠覆力矩，所以选择燕尾导轨的实验公式进行计算，由式2-11 将所得数据代入公式有：初选滚珠丝杠最大运载荷由?指导书?中可知 滚珠丝杠螺母副的传动效率为 查得或可由算出丝杠的拉压变形量的计算满载时拉压变形量： 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量由?指导书?式2-17得式中为滚珠直径，为滚珠总数量滚珠丝杠副刚度的验算丝杠总变形量因此符合设计要求。资料来源c 由?指导书?式2-18 失稳时的临界载荷为 丝杠截面惯量矩 查?指导书?表2-11得 稳定性平安系数

11、故丝杠符合要求由于选择的导轨为直线滚动导轨由?指导书?式2-20L50每个滑块的的工作载荷取硬度系数0.53、=1、0.81、2预设导轨寿命L=50KM 那么根据此寿命可算出 3267kN应选导轨型号GDA20SV符合要求，查?指导书?表216可知其资料来源根据脉冲当量和最大静转矩初选择电机脉冲当量由公式2-23 查?指导书?表2-17得 步进电机启动转矩与最大静转矩的关系有2.6.2.1加速度力矩 2.6.2.2空载摩擦力矩取传动系统总效率.、,为滚珠丝杠未预紧时的传动效率取故电机空载启动力矩作用在工作台的合力的计算，逆铣的时候合力大作用在工作台上的合力折算到电机上的转矩运动部件正常工作时的

12、总负载转矩故运动部件正常运行时需的最大静转矩按步进电机最大静转矩选择要求所以， 查表2-18选择步进电机55BF009查?指导书?图2-21步进电机启动矩频特性曲线当启动力矩时对应的允许启动频率，而由表2-18查得电机的启动频率，保证了电机快速启动时不丢步。运行矩频特性校核快速进给运行矩频特性校核：由式2-34得，快进力矩查?指导书?2-22得，允许快进频率由式2-33得电机最高快进频率，故电机快速进给时不丢步。工进时步进电机的运行频率为工进时步进电机运行所需力矩 工作负载力矩查?指导书?图2-22得 允许工进运行力矩 满足设计要求，故可选用此电机。3.数控系统的设计3.1硬件设计硬件详细接线

13、图见图纸38031存储器接口输入显示 接口 MCX311 INT 限位X向编码器控制Y向编码器控制I/O扩展接口光耦功放X向电机光耦功放Y向电机分配后的 脉冲信号DCBA脉冲信号源脉冲分配器YBO14功率放大脉冲信号放大后的 脉冲信号NY设步长计数器保护现场转向标志为1置正转控制字指针输出控制字是结束标志延时、控制字地址指针1返回恢复现场总步数为零置反转控制字3.4软件程序设计逐点比拟法直线插补用逐点比拟法进行直线插补计算，每走一步，都需要以下四个步骤：偏差判别：判别偏差或,从而决定哪个方向进给和采用哪个偏差计算公式。坐标进给：根据直线所在象限及偏差符号，决定沿+X、+Y、-X、-Y的哪个方向

14、进给。偏差计算：进给一步后，计算新的加工偏差。终点判别：进给一步后，终点计数器减1。假设为零，表示到达终点停止插补；不为零，那么返回到第一步继续插补。终点计数判别可用两个方向坐标值来判断，也可由一个方向的坐标值来判断。当XE>YE，可用X方向走的总步数XE作为终点判别的依据，如动点X等于终点XE那么停止。当XE<YE，那么用Y方向走的总步数YE作为终点判别的依据。由此，第一象限直线插补程序的算法如下：（1） 判别FM是大于0还是小于0。（2） 假设，那么向+X方向输出一进给脉冲，计算新偏差FM=FM-YE，并修改动点坐标为X=X+1；假设,那么向=Y方向输出一进给脉冲，计算新偏差F

15、M=FM+XE，并修改动点坐标为Y=Y+1。（3） 终点判别：假设X=XEY=YE，那么停止插补运算。否那么转入第一步，重复上述步骤。第一象限直线插补程序框图如下列图：NN初始化>=0？Y方向进给XYY1YXX1X？Y？返 回X方向进给程序设计设计程序时，在RAM数据区分别存放终点坐标值XE，YE，动点坐标值X，Y，偏差FM。对8位机，一般可用2字节，而行程较大时那么需用3字节或4字节才能满足长度和精度要求。此外，所有的数据区必须进行初始值、X、Y向步进电机初态控制字。插补程序所用的内存单元如下：28H29H2AH2BH2CH70HXEYEXYFM电机正反转控制字电机正反转控制字为：D7

16、D6D5D4D3D2D1D0D1D0为X向电机控制位。D0=1运行，D0=0停止；D1=1正转，D1=0反转。D3D2为Y向电机控制位。D2=1运行，D2=0停止；D3=1正转，D3=0反转。第一象限直线插补的程序： ORG 2000HMAIN：MOV SP, #60HLP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AHLP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL D

17、ELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2LP1: MOV A, 70H LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28HLP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; RET我觉得这次专业课程设计是对过去所学专业知识的一个全面的综合的运用。在设计的过程中我全面地温习了以前所学过的知识，包括机械专业课程和电路控制方面的根底知识，经过复习整理所学得专业知识使得设计思路清晰系统。通过设计使我更加接近生产实际，锻炼了将理论运用于实际的分析和解决实际问题的能力，稳固、加深了有

18、关机械设计方面的知识。还有很重要的一点是让我体会到了一个设计者的精神。在设计过程中既要自己不断思考、创造，又要注意借用现有的资料，掌握了查阅和使用标准、标准、手册、图册、及相关技术资料的根本技能以及计算、绘图、数据处理等方面的能力。通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，掌握了一般机械设计的程序和方法，有助于树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的机械设计能力。最后对在整个设计过程中对我认真、耐心辅导的张建、李伟洪等老师表示衷心的感谢！ 参考书目郑堤 .唐可洪 主. ?机电一体化设计根底?. 北京：机械工业出版社，2006 何立民. ?单片机高级教程?. 北京：北京航空航天大学

19、出版社 ，2000 上海市科学技术交流站. ?金属切削手册?.上海：上海人民出版社 ，1995冯辛安. ?机械制造装备设计?. 北京：机械工业出版社 ，2006 邹青. ?机械制造技术根底课程设计指导教程?. 北京：机械工业出版社 ，2005 周开勤. ?机械零件手册?第五版. 北京：高等教育出版社 ,2001周湛学. ?铣工?. 化学工业出版社 ，2005 百科1正文标准为了做到层次清楚、脉络清晰，常常将正文局部分成几个大的段落。这些段落即所谓逻辑段，一个逻辑段可包含几个小逻辑段，一个小逻辑段可包含一个或几个自然段，使正文形成假设干层次。论文的层次不宜过多，一般 不超过五级。1参考文献的标准

20、及其作用为了反映文章的科学依据、作者尊重他人研究成果的严肃态度以及向读者提供有关信息的出处，正文之后一般应列出参考文献表引文应以原始文献和第一手资料为原那么。所有引用别人的观点或文字，无论曾否发表，无论是纸质或电子版，都必须注明出处或加以注释。凡转引文献资料，应如实说明。对已有学术成果的介绍、评论、引用和注释，应力求客观、公允、准确。伪注、伪造、篡改文献和数据等，均属学术不端行为致谢一项科研成果或技术创新,往往不是单独一人可以完成的,还需要各方面的人力,财力,物力的支持和帮助.因此,在许多论文的末尾都列有"致谢"。主要对论文完成期间得到的帮助表示感谢，这是学术界谦逊和有礼貌

21、的一种表现。(1)文参考文献不编序号,仅在文末按其重要程度或参考的先后顺序排列.(2)文后参考文献不注页码.本文来自 renrendoc (3)文后参考文献的著录工程及次序与注释根本相同1) 著录参考文献可以反映论文作者的科学态度和论文具有真实、广泛的科学依据，也反映出该论文的起点和深度。2) 著录参考文献能方便地把论文作者的成果与前人的成果区别开来。3) 著录参考文献能起索引作用。4) 著录参考文献有利于节省论文篇幅。5) 著录参考文献有助于科技情报人员进行情报研究和文摘计量学研究。序号主要责任者文献题名文献类型标识出版地：出版者，出版年1 周振甫周易译注M北京:中华书局19852 陈送五四

22、前后东西方文化问题论战文选C北京:中国社会科学出版社,19853 陈桐生中国史官文化与?史记?D西安:陕西师范大学文学研究所,1992年4 白永秀,刘敢,任保平西安金融、人才、技术三大要素市场培育与开展研究R西安:陕西师范大学西北经济研究中心,1998序号主要责任者文献题名J刊名，年，卷(期)5 何龄修读顾城?南明史?J中国史研究，1998(3)序号析出文献主要责任者析出文献题名 A原文献主要责任者(任选) 原文献题名C出版地：出版者，出版年6 瞿秋白现代文明的问题与社会主义A罗荣渠从西化到现代化C北京：北京大学出版社，1990序号主要责任者文献题名N报纸名，出版日期(版次)7 谢希德创造学习

23、的新思路 N人民日报，1998-12-25(10)e国际、国家标准序号标准编号，标准名称S英文例子：本文来自 renrendoc 01 Brown, H. D. Teaching by Principles: An Interactive Approach to Language PedagogyM. Prentice Hall Regents, 1994.02 Brown, J Set al. Situated Cognition and the Culture of LearningJ. Educational Reasercher, 1, 1989.03 Chris, Dede. The

24、 Evolution of Constructivist Learning Envi-ronments: Immersion in Distributed Virtual WorldsJ. Ed-ucational Technology, Sept-Oct, 1995.本文来自 renrendoc 文献标识码WM Document code 置分类号之后。A理论与应用研究学术论文包括综述报告B实用性技术成果报告科技、理论学习与社会实践总结社科C业务指导与技术管理性文章包括领导讲话、特约评论等D一般动态性信息通讯、报道、会议活动、专访等E文件、资料包括历史资料、统计资料、机构、人物、书刊、知识介

25、绍等为了探讨和掌握论文的写作规律和特点，需要对论文进行分类。由于论文本身的内容和性质不同，研究领域、对象、方法、表现方式不同，因此，论文就有不同的分类方法。按内容性质和研究方法的不同可以把论文分为理论性论文、实验性论文、描述性论文和设计性论文。另外还有一种综合型的分类方法，即把论文分为专题型、论辩型、综述型和综合型四大类：论辩型这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解，凭借充分的论据，着重揭露其缺乏或错误之处，通过论辩形式来发表见解的一种论文。综述型这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的根底上，加以介绍或评论，从而发表自己见解的一种论文。综合型这是一种将综述型和论辩型两

26、种形式有机结合起来写成的一种论文。4学位论文编辑学位申请者为申请学位而提出撰写的学术论文叫学位论文。这种论文是考核申请者能否被授予学位的重要条件。学位申请者如果能通过规定的课程考试，而论文的审查和辩论合格，那么就给予学位。如果说学位申请者的课程考试通过了，但论文在辩论时被评为不合格，那么就不会授予他学位。有资格申请学位并为申请学位所写的那篇毕业论文就称为学位论文，学士学位论文。学士学位论文既是学位论文又是毕业论文本文来自 renrendoc 。5学术论文编辑中华人民共和国国家标准VDC 001.81、CB 7713-87号文件给学术论文的定义为：学术论文是某一学术课题在实验性、理论性或观测性上具有新的科学研究成果或创新见解的知识和科学记录；或是某种原理应用于实际中取得新进展的科学总结，用以提供学