(200X200)方台面数控回转工作台设计.docx

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1、专业课课程设计设计说明书设计题目：数控XY工作台设计学生：学号：班级：指导老师：(200X200)方台面数控回转工作台设计书目序言3摘要4设计目的4设计要求4总体方案设计5机械系统设计计算61、确定脉冲当量62、确定传动比63、滚珠丝杠螺母副的选型和校核74、步进电动机的选型和计算H5、导轨的选型和计算136、启动矩频特性校核14限制系统设计18第一节限制系统硬件的基本组成18其次节步进电机限制电路18步进电机限制程序设计20其它电路协助设计24设计总结24参考文献25序言据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的一般机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期

2、内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产实力都是不行行的。但尽快将我国现有的部分一般机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。亲，由于某些缘由，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PR0E、中英文文献及翻译等），此文档也略微删除了一部分内容（书目及某些关键内容）如须要的挚友，请联系我的叩扣:2215891151,数万篇现成设计及另有的高端团队肯定可满意您的须要在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理改变不大，但社会生产力特殊是微电子技术、计算机技术的应用发

3、展很快。反映到机床限制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满意了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应实力加大了很多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，假如把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金,而替换下的机床又会闲置起来造成奢侈,若采纳改造技术加以现代化，则可以节约50%以上的资金。从我国的详细状况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5,一般用户都担当得起。这为资金惊

4、慌的中小型企业的技术发绽开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的主动作用。据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满意生产须要。因此机床的数控改造就成为满意市场需求的主要补充手段。在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产须要的。从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践运用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）牢靠

5、性高；”柔性强；#易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的运用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。摘要本课程设计是对铳床进行改造，目的在于培育对机电一体化产品的设计实力，重点是对所学学问的巩固和加强，为毕业设计及将来的工作打下坚实的基础。本课程设计由序言、设计要求、总体方案、进给系统设计、限制系统设计，以及相应元件的选择与确定和主程序框图、数控化电路原理组成。由于本人阅历不足，以及对学问驾驭程度的限制，设计过程还存在某方面的错漏，敬请老师提出珍贵看法。设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的个重要的实践环节，学

6、生学完技术基础课和专业课，特殊是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培育学生理论联系实际、解决实际问题实力的重要步骤。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、进给伺服系统机械部分设计，计算以及限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、电子和微机方面的学问，进行一次机电结合的全方面训练，从而培育学生具有初步设计计算的实力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的实力。设计要求课程设计是机床数控系统课程的非常重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培育学生分析

7、问题解决问题的实际实力，并在老师的指导下，系统地运用课程和选修课程的学问，独立完成规定的设计任务。课程设计的内容是改造设备，实现以下儿部分内容的设计训练。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的确定、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部分（如环形安排器等）的说明。该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1 .采纳微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和限制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。2 .选用驱动限制电路，对执行机构进行限

8、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，限制电机电路的设计。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）速限制和误差计算。4 .学会运用手册及图表资料。总体方案设计一般来讲，一般铳床的数控改造主要有两部分，一是设计一套简易微机数控X-Y工作台，固定在铳床的工作台上。二是将限制铳刀上、下运动的手柄拆去，改用微机限制步进电机通过一级减速装置使铳头上下运动。木设计只对X-Y工作台进行设计。取铳床步进电

9、机的脉冲当量可选为001mm/脉冲，步进电机的步距角0.9。方案1 .系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位限制系统，点位直线系统，连续限制系统。假如工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位限制方式。数控铳床在工作台移动过程中铳头并不进行铳孔加工，因此数控装置可采纳点位限制方式。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。2 .伺服系统的选择伺服系统实现位置伺服限制有开环、闭环、半闭环3种限制方式。开环限制的伺服系统存在着限制精度不能达到较高水平的基本问题,但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差不会积累；转速和输入脉冲频率严格的对应关系，而且在负载实力范围内不受

10、电流、电压、负载大小、环境条件的波动而改变的特点。并且步进电机限制的开环系统由于不存在位置检测与反馈限制的问题，结构比较简洁，易于限制系统的实现与调试。并且随着电子技术和计算机限制技术的发展,在改善步进电机限制性能方面也取得了可喜的发展。因此，在肯定范围内，这种采纳步进电机作为驱动执行元件的开环伺服系统可以满意加工要求，相宜于在精度要求不很高的一般数控系统中应用。虽然闭环、半闭环限制为实现高精度的位置伺服限制供应了可能，然而由于在详细的系统中，增加了位置检测、反馈比较及伺服放大等环节，除了在安装调试增加工作量和困难性外，从限制理论的角度看，要实现闭环系统的良好稳态和动态性能，其难度也将大为提高

11、。为此，考虑到在一般立式铳床上进行改造，精度要求不是很高，为了简化结构，降低成本，本设计采纳步进电机开环伺服系统。3 .执行机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机构传动装配时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有相宜阻尼比的要求。故在设计中应考虑以下几点：1）尽量采纳低摩擦的传动和导向元件。如采纳滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨等。2）尽量消退传动间隙。如步进电机上的传动齿轮采纳偏心轴套式消隙结构。3）缩短传动链。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采纳预紧以提高系统的传动刚度。如应用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠传动副，丝杠支承设计成两端轴

12、向固定，并加预拉伸的结构等提高传动刚度。X-Y工作台传动采纳滚珠丝杠螺母传动副和滚动导轨。4 .计算机系统的选择计算机数控系统一般由微机部分、DO接口电路、光电隔离电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分所组成。在简易数控系统中，大多采纳8位微处理器的微型计算机。如何采纳Z80CPU或MCS-51单片机组成的微机应用系统。Z8OCPU有芯片价廉，通用性强，修理便利等特点。MCS-51单片机具有集成度高、牢靠性好、功能强、速度快和很高的性能价格比等特点。通过比较，对于简易数控机床举荐采纳MCS-51系列单片机作为主限制器。5 .实施保留原机床主传动链，保留铳床工作台和限制工作台移动手柄，在原工作

13、台上安装一套微机数控的X-Y工作台。由于X-Y工作台的运动部件重量和切削力不大，因此选用有预加载荷的滚珠导轨。采纳滚动导轨可减小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。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到辨别率0.0Imm要求，需采纳齿轮降速传动。综上所述，本文改造的总体方案确定为：采纳MCS-51单片机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲步进电机经一级齿轮减速后，带动丝杠转动，从而实现工件的纵向、横向运动，同时为了防止意外事故，爱护微机及其它设备，还设置报警，急停电路等，机械系统设计设计参数系统分辩率为OQlmm,其它设计参数见下表：要求：设计一

14、台数控回转工作台并开发其限制、驱动系统，工作台面200X200mm,辨别率为3=5分/step,承受最大轴向载荷TmaX=800Nn机械系统设计计算1 .脉冲当量的确定依据机床精度要求确定脉冲当量，考虑到机械传动系统的误差存在。脉冲当量值必需小于定位精度值。本次设计确定脉冲当量为0.Olmm/步.二.铳削力分析与计算铳削运动的特征是主运动为铳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铳刀轴线方向缓慢进给（键槽铳刀可沿轴线进给）.铳刀的类型很多，但以圆柱铳刀和端铳刀为基本形式,此选用圆柱铳刀,铳刀材料选择高速钢.依据工件材料为碳钢可确定铳削力的计算公式：Fz=9.81Cfza?86a

15、f072do086apZ式中各参数如下：Cfz铳削力系数，Cfz=68.2（表2-3）女最大铳削宽度，本设计为8mmap背吃刀量，本设计为3mmZ铳刀齿数，齿数取3圆柱铳刀直径，查得do=20mm（技术指导）af每齿进给量（mm齿），即铳刀每转一个齿间角时，工件与铳刀的相对移动量，查得电二0.IOmm/齿（技术指导）Fz=9.8168.28o860.IO07220o8633=547N2 .齿轮传动比计算进给齿轮箱传动比计算已确定进给脉冲当量力=0.Olmm滚珠丝杠导程1.0=4mm,初选步进电机步距角09。可计算出传动比i：i=0.943600.01=1360%因传动比为1,这时可以使步进电机干脆与丝杆联接，有利于简化结构，提高精度。3 .滚珠丝杆螺母副的计算和选型(1)计算进给牵引力尸(N)滚珠丝杠上的工作载荷Fm(N)是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。直线滚动导轨的计算公式：Fm=KF1,+f(Fv+Fc+G)式中K考虑颠覆力矩影响的试验系数，矩形导轨K=1.lf滚动导轨摩擦系数：0.0025-0.005；这里取0.005G移动部件的重力(N)：G=600NF1.工作台纵向进给方向载荷Fc工作台横向进给方向载荷