【设计】数控机床课程设计XY数控工作台设计完整图纸

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课程设计

任务书题目：数控工作台设计时间：年19日年12月日，共六周要求工作台可安装在钻上于钻孔或铣削加工参数如下方的脉冲当量为㎜；最大钻孔直径15㎜铣刀直径的d=32mm;齿数为4；加工材料为碳钢；工作台行程围是㎜㎜,；最大快速移动度为3m/min,具体任务：1

确定总体方案，绘制系统组成图一张）机械部分设计计算，选择适当的元器件；画出X-Y工台外形图和X向械部分装配图一(A0)设计控制系统硬件电画出控制系统硬件电路图一张A1）编写设计说明书1分少8000）班级：学生：指导老师：年11月目录前言··············································································、课程设计的目的、意义及要求···········································

课程设计的内容·····································································控系统总体方案的确定························································械部分的设计································································珠丝杠螺母副的选型和校················································轨的选型和计算·······························································驱电机的选用······························································数系统的设·····························································心体会···························································参书籍····································································设计目的

、

数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，我们学会了对相关学科中的基本理论、基知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的的，培养文档来源为:从网络收集整理word版可编.

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。数技术不断的展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志，数控技术的成熟也是当代科技发展的志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已是机电一体专业教学中的一个重要的实践环节，特别数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。这个课程设计是以机电一体化的典型课---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设计，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，从而培自身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过课程设计可以初步树立正确的设计想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际力，并在老师的指导下，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，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的计、计算机I/O口设计和驱动电路以及数控化电气理设计等。说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（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：采用微计算机（包括单片机）进行数据处理和制。主要考虑计机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。选用驱控制电路对行机构进行控制主要考虑计算机的选择或单片构成电路的选用虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。精密执机构的设计要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题弄清机构或机械执行元件的主要功（动运动动力位置装置微调精密定位或高速运转等力负功率惯（动惯量（）速控制和误差计算。一.总体方案的确定1.1设参数其设计参数如下表：最大铣刀直径32mm

最大钻孔直径15mm

加工材料碳钢

工作台加工范围（mm）X=400,y=320

最大移动速度工作台草图1.2初步进电动机和丝杠可用联轴器直接将电机与丝杠连接种构有利于简化结构高度步进电机步距角，Lo为滚珠丝杠导程，系统脉冲当量；选电动机型号为，步矩角=选丝杠规格为2005-3(FYND)其程为由传动比公式得故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。1.3初工作台尺寸查《机电一体化设计手册(GB/T选作台T型尺如下：深度槽宽度B＝12mm槽A＝C6mm槽数＝5，间隔40mm文档来源为:从网络收集整理word版可编.

Bx文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持Bx由工作台加工范围工作台尺寸初定X向珠丝杠长度LBL+B+10~2035~45二

机械部分的计2.1传动系统X向等效转动惯量计算J

DL

联轴器

J

mj

D回体直径，L转体长度g重力加速度；

JkgD

2J

4

L

DS

4

L

kg

2

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2.2工作载荷分析及计算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动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).刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式,此用圆柱铣刀铣刀材料选择高速钢查《金属切削手册》常用铣刀介绍表择细齿锥柄立铣刀，其尺寸参数如下：d=32mm,齿数。2.2.1查《金属切削手册》细锥柄立铣刀切削用量表得铣削速v/min查《铣工》表2－4，选

f

＝0.03mm文档来源为:从网络收集整理word版可编.

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持因此可得查《机械制造基础课程设计指导书》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

nr/min实际切削速度为

v

3.1410001000

19.1m/min故实af2.2.2

v200.0196mmZ4根《计指导书表3-7高速钢铣刀铣削公式为查《指导书》表1180.0296.73295.139NZ

得铣削力系数

C

F

=1182.3

进给工作台工作载荷计算有如下表格参数纵进给不对称铣削比值

逆铣

顺铣

LN

295.139434.167N275.625N1．200．300．40

工作台垂直进给方向0.3295.139NVN295.139256.11工作台横向进给方向CN

0.4295.139118.055N2.4珠丝杠螺母副的选型和校核文档来源为:从网络收集整理word版可编.

55'55'滚珠丝杠上的工作载荷

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持为走刀抗力移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。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，故选择直线滚动导轨，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，将所得数据代入公式有：滚珠丝杠最大运载荷

LfF滚珠丝杠螺母副的传动效率为

tg(

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

2有预紧时

DWYJ

式中

W

为滚珠直径，

mmW

为滚珠总数量

Z个滚珠丝杠副刚度的验算丝杠总变形量

0.00120.00489mm1变形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005

=0.00489<0.005因此符合设计要求电一体化系统设计课程设计

指导书

失稳时的临界载荷

FK文档来源为:从网络收集整理word版可编.

f由公式P文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持f由公式P为丝杠截面惯量矩

I

4/643190.29mm

4查表3-34，双推得

f2.0Z稳定性安全系数故丝杠符合要求

/F4907571.9Km2.5导轨的选型和计算由于选择的导轨为直线滚动导轨由《机》表3-36到表–40L＝50（

F

a

fffH

C

）

每个滑块的工作载荷

149.48F95.99344取硬度系数f＝f=1、f

＝0.81、f＝2H

预设导轨寿命L=50km则根据此寿命可算出＝32.67kNa故选导轨型号符合要求，知=12.4KNa2.6驱动电机的选用根据脉冲当量和最大静转矩初选择电机已知脉冲当量

P

mm脉入据得0.01i360

P《机电一体书表得步进电机启动转矩M

K

与最大静转矩

M

j

的关系有文档来源为:从网络收集整理word版可编.

,FF文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持,FF2.6-2.1加速度力矩2.6-2.2空载摩擦力矩（取传动系统效率＝66.052G0.697＝6.831NG工作台丝杠

）

0

为滚珠丝杠未预紧时的传动效率取

0

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总负载转矩故运动部件正常运行时需的最大静转矩

M

jM

jmax2

/~0.5fq

此处取0.5入得••••••

按步进电机最大静转矩选择要求所以，查表2-18择步进电机55BF009具体参数如品牌号：YIMA/55BF009额定功率：数4（kW额定电压：（V）V额定转速：流3）r/min外形尺寸：（mm）mm产品认证：ISO9001-2000型号：55BF009相数：4步距角：0.9°/1.8°文档来源为:从网络收集整理word版可编.

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持电压：27V电流：3A保持转矩：0.748（8步

进

电

机

启

动

矩

频

特

性

曲

线

如

下：型号：55BF009当启动力矩

M

时对应的允许启动频率

f

Hz

，而由表4-3查得电机的启动频率

ff

，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：文档来源为:从网络收集整理word版可编.

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M

KJ

M

2.8762.905《机电一体4-17得允许快进频率

f

ykj

Hz由式4-3电机最高快进频率ffkj

ykj

，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f

f)6.749.8)00.8

工作负载力矩查机》图4-7得允许工进运行力矩M

N.M

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（硬件详细接线图见图纸3）3.2步进电机开环伺服原理控制系统的理框图选用8031扩展了一片芯片2764用作程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片SRAM片用作数据存储器，存放用户程序；键盘与LED显示采用来管理；输入输出接口的扩展选用了并行接口8255芯片。（）简1包含一个8字节的RAM，两个16的定时器，文档来源为:从网络收集整理word版可编.

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持四个8位并行口，一个全双功能串行口，可扩展的外部程序存储器和数据存储器的容量含64K字节，具有5个中断源并配有两个优先级，还有21个特殊功能寄存器。他是一个有40根引脚的双列直插式器件。片

键示8155

X向步进电动机控制系统原理框图V编程和正常操作的电源电压端，电压为5V：地电平。

P口：8双向I/O口，既是数据线，又是低8位地址线，分时使用。P：8位双向I/O，可供用户使用的接口。P口8位双向I/O口，系统外部存储器扩展时，作8地址线使用，系统扩展时，也可供用户使用。P口8位双向是一个双功能口第一个功能和一样可以作为通用I/O，工作于第二功能时，各端口定义如下：

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EAEA文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持EAEAP-RXD串行输入；P-TXD，串行输出；P

3.1-,部中断输入；P-INT1，部中断输入；3.3P-T，定时器外输入端；P-T，定时器1外输入端；

3.5

P-信号；P-RD信号；ALE/PROG:问外部存储器时，用于锁定地址低8字节的地址锁存允许输出。ALE供一个定时信号，在与外部存储器存取数据时，把P的低位地址字节锁存到外接的锁存器中。PSEN程序存储器允许输出，是外部程序存储器的读选信号。EA

/V

:为高电平时CPU执行程序内部程序存储器的指令。为低电平时CPU行外部程序存储器指令。使用单片EA必须接地。XTAL1：振荡器的反相放大器输入，使用外部时必须接地；XTAL2振荡器的反相放大器输出使用外部振荡器时接受外部震荡信号；R/VDP：复控制，在震荡运行时，使RST脚至少保持；两个机器周期为高电平时，可实现复位操作。VPD脚是掉电电路输入口。2：程存储器容量为8KBA-A：地址输入线，共13根；

D-D:数据输出线，共8根；

：片选线，低电平有效；：数据输出选通线，低电平有效；PGM

:程脉冲输入线；V：编程电源；进行片内存储单元的选择把-A引脚与地址锁存器8位地址对应

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AGAG文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持AGAG连接，剩下的高位地址A-A与P口的-P相连。这样2764芯片内存

储单元的选择问题就解决了。3：数存储器，容量为8K字节A-A:地址输入线，13；

IO-IO:态双向数据线，共8根；

1

、

2

:选信号端，选通时

C1

是低电平，

2

是高电平；WE

:通信号输入线，低电平有效；:选通信号输入线，低电平有效；V：+5V电源；GND地电平；

2

（CS电平有效，可用于掉电保护；4地址锁存器单片机规定P口供低8地址线。同时又要作为数据线，所以P是一个分时输出低8位地址和数据通道。为了把地址信息分离出来保存，提供外接存储器的低8位地址信息-Q是输出端，

CE片选端，选通端G8031单片机的地址锁存信号ALE连接，当选通端G=174LS373的输出端与输入端相通G端从高电平返回低电平时，输入信息就被锁存入Q中。

5)74SL1383-8译码器即对三个输入信号进行译码，得到个输出状态；G和为使能端或译码允许端，当G=1221

时，==02

时，该译码器可以译码，CBA

为译码选择端，即译码信号输入。

Y0

-

Y7

为译码输出信号，低电平有效。输入端占用8031片机的P-P三根高位地址线，

剩余13根地址线用作数据存储器的内地址线。74LS138每一个输出端可接文档来源:从网络收集整理.word版可编

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持一个外部芯片的片选端实现分时片选控制，因此一个8根输出端可以连接8个8K节地址空间。6)8255：是编程通用并行接口芯片，具有个引脚，双列直插封装，由+5V供电，ABC个口线共24根，与外设相连，8的数据线D-D与P口接，是双向三态，在内部经数据总线缓冲电路后和各组控制寄

存器及个端口数据寄存器连接。

为片选信号，由地址译码器产生，低电平有效。地址信号A由08255部译码生成四个口地址分别对应A、C三个独立的数据端口及一个公共控制端口。两个低电平有效的信和决定了CPU;W=0，由CPU入8255.RESET复位信号，高电平有效。复位后，控制存储器的内容被撤除，A、B、C个端口全置成输入方式且锁存器也全清零。方式选择开关通过接口芯片8255与8031单片机连接选择开关动片接地，选择开关的固定片接到并行PA口，将口设置成输入方式PA8个接口经上拉电阻接+5V故为高电平。若某个接口被选中，则被选中的接口经动片接地变为低电平。（）应方式选择开关方式选择开关是一单刀6掷的波段开关，提供选择的方式有编辑、空运行、自动、手动、通信和单段，总共6功能。方式选择开关通过接口芯片8255与单片机连接，如图3]所示选择开关动片接地,择开关的动定片接到并行PC口PC口设为输入方文档来源:从网络收集整理.word版可编

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持式。的6个接口经上电阻接+5V，故。若控制面板方式选择开关控制电路某个接口被选中，则被选中的接口经动片接地，变为低电平。2键盘接口设计键盘和显示器是数控系统经常用的人机对话的外围设备，键盘可以完成程序数据的输入，显示器显示计算机运行时的状态数据。键盘和显示器接口电路使用8155口芯片接口电路8155和可以直接连接电路中的8155作为并行接口使用使用内部存储器，故引脚直接经电阻高电平。8155与键盘的连接如图[4]键盘排成5行8列矩阵，共40键。PC0～PC45根行线，PB0是8根列线，在列线与行线的交叉点上安装有按键PB口的8根列线按一定时间隔轮流输文档来源:从网络收集整理.word版可编

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持出低电平。当扫描到莫一列线上时，若无按键按下，则行线都是高电平；若有一键按下时，交叉点上对应的行线变为低电平。这个低电平信号被计算机捕获后，根据此键对应的行线和列线的位置，计算机可以判断键值，完成一次输入扫描工作。键盘电路3）光电耦合电路如图所示，其输出端由+12V电源供电，输出端由5V电源供电，且两端电源不共地，这样就达到了隔离的效果。图中的限位开关断开时，发光二极管无正向导通电流；不发光，输出端的晶体管截止，输出信号为高电平；限位开关闭合时，输出端构成回路，二极管有正向导通电流，开始发光，光敏晶体管的基极获得电流，集电极和发射极导通，输出信号被拉低，于是8255的PC0脚变为低电平，读取后判断限位信号有效。光电藕合电路4）辅助电路为了防止机床行程越界，所以在机床上装有行程控制开关。为了防止意外，装有急停按钮。由于这些开关都安装在机床上，距控制箱较近容易产生电气干扰，为了避免这种情况的发生，在电路和接口之间实行光电隔离，为了报警，还设有报警电路。当绿色的发光二极管亮时表示工作正常，当红色的发光二极管亮时表示工作台已到极限位置。文档来源:从网络收集整理.word版可编

文档来源为从络收集整理word版本可编辑欢迎下载支持分配后的脉冲信号

放大后的脉冲信号脉冲信号源

脉冲信号

脉冲分配器

功率放大

C

B

AD4.

心得体会在这次专业课程设计中，我对过去所学专业知识的一个全面的综合的运用。在设计的过程中我不断地温习所学过的知识，包括机械专业课程和电路控制方面的基础知识，经过复习整理所学得专业知识和查阅资料以及在上网学习不懂的知识，设计了这个系统。通过设计使我更好的对过去所学知识进行了巩固，锻炼了自己的分析和解决实际问题的能力，巩固、加深了专业课机械设计方面的知识。在设计过程中既要自己