工作台是机器的重要组成部分，自动化工作台可大大降低劳动强度，提高劳动生产率，降低成本。数控X-Y工作台是数控技术，它充分利用了计算机硬件和软件的功能，从而实现机器控制，扩大加工机床的范围等最简单的应用；进一步增强了可靠性和精度。自改革开放以来，机械行业得到了充分的发展，但也有很多老机器在发展的过程中被淘汰，这些设备的改造仍然可以在生产中发挥了重要的作用，不仅提高精度和效率，并能有效地适应市场经济的需要。

关键词：数控；工作台；机床；自动化

ABSTRACT

The purpose of this design is to make the machine table to achieve digital control; CNC machine tools compared to normal hard has many advantages; can process more complex parts, high precision, flexible, high production efficiency, easier to use and so on. And the use of computer control, effectively eliminating human error, so that the processing consistency of parts, stable and reliable quality. Automated machine high labor intensity of workers significantly reduced.

Workbench is an important part of the machine, automated workbench can greatly reduce labor intensity and improve labor productivity and reduce costs. CNC XY table is the simplest application of numerical control technology, which fully utilizes the capabilities of computer hardware and software in order to achieve the machine control, expanding the scope of the processing machine; further improved accuracy and reliability. Since the reform and opening up, the machinery industry has been fully developed, but there are a lot of old machines to be eliminated in the process of development, after the transformation of these devices can still play an important role in the production, not only to improve the precision and efficiency, And can effectively meet the needs of the market economy.

Key world: NC； Workbench； Machine tool； Automation

1 绪论1

1.1 X-Y 工作台的发展趋势及产业化的现状1

1.2数控X-Y工作台设计的意义和目的1

1.3本设计的主要内容和任务2

2 总体方案的设计2

2.1设计参数的确定2

2.2总体方案确定3

2.2.1机械传动部分的计算的选用与选型3

2.2.2控制系统的设计3

3 机械部分的设计3

3.1 导轨上移动部件的重量估算3

3.2 铣削力的计算4

3.3 直线滚动导轨副的计算与选型4

3.3.1 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取4

3.3.2 距离额定寿命的计算4

3.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型5

3.4.1 最大工作载荷Fm的计算5

3.4.2 最大动载荷FQ的计算5

3.4.3 初选型号5

3.4.4 传动效率η的计算5

3.4.5 刚度的验算6

3.4.6 压杆稳定性校核6

3.5 步进电动机减速箱的选用6

3.6 步进电动机的计算与选型7

3.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量7

3.6.2 计算加在步进电机转轴上的等效负载转矩Teq7

3.6.3 步进电动机最大静转矩的选定9

3.6.4步进电动机的性能校核9

4 总结10

参考文献11

致谢12

QQ截图20150627002502.jpg

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大齿轮.jpg

导轨底座.jpg

减速器装配图.jpg

减速器装箱体.jpg

小齿轮.jpg

轴承座.jpg

装配图.jpg

内容简介：: 附表2：长城学院本科毕业设计（论文）中期检查表系：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化检查日期：2015/4/7学生姓名张兴亮论文题目XY数控工作平台结构的设计任务书已完成（），进行中（）参考文献 9 篇：其中外文文献 1 篇外文翻译已完成（），进行中（）；完成字数约： 1948 字（翻译成的汉字字数）开题报告已完成（），进行中（）；完成字数约： 1721 字正文已完成（），进行中（）；完成比比例： 60 %已完成的任务目前已完成开题报告，任务书，外文翻译以及文献综述，通过对相关文献资料的收集整理，完成了部分设计说明书的撰写。待完成的任务设计说明书的后续工作完成，在导师的指导下修改完善，根据说明书画出图纸。存在的问题计算过程不够详细，对该设计的细节处理比较模糊。采取的办法多查阅资料，遇到不懂的计算等方面的问题及时请教老师或者同学指导教师意见指导教师签名：注：按表中的要求填写，选项打钩（）；附表3毕业论文（设计）教师指导记录表毕业论文（设计）题目XY数控工作平台结构的设计学生姓名张兴亮系（部）工程技术系学生学号05211504专业班级机制五班指导教师姓名杨运强职称教授主要指导内容：确定毕业设计题目，布置任务，准备开题报告。指导时间：年月日主要指导内容：修改并完成开题报告，查阅文献,准备开始设计。指导时间：年月日主要指导内容：撰写毕业设计说明书，完成毕业设计初稿。指导时间：年月日主要指导内容：修改毕业设计初稿，由指导教师评阅后定稿。指导时间：年月日注：此表由指导教师按毕业论文（设计）的主要工作阶段填写主要指导内容。系主任签字（盖章）中国地质大学长城学院本科毕业设计外文资料翻译系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：张兴亮学号： 05211504 2015 年 1 月 20 日1数控系统发展简史及趋势1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，有了质的飞越，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和留待的发展。1.1、数控（NC）阶段（19521970）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代电子管；1959年的第二代晶体管；1965年的第三代小规模集成电路。1.2、计算机数控（NC）阶段（1970年现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算技术控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“通用”两字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR）,又称为中央处理单元（简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽然还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，挤塑机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代小型计算机；1974年的第五代微处理器和1990年的第六代基于PC（也就是为PCBASED）。1.3、数控未来发展的趋势1.3.1 继续向开放式、基于pc的第六代方向发展基于pc所具有的的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用pc机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承德那数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数据系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。1.3.2 向高速化和高精度化发展这是适应机床高速和高精度方向发展的需要。1.3.3 想智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。应用自适应控制技术数控系统能检测过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。引入故障诊断专家系统智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。2.1 机床数控化改造的必要性从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。2.1.1可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。2.1.2可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批量生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。2.1.3加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不在需要“修配”。2.1.4可实现多工序的几种，减少零件在机床间的频繁搬运。2.1.5拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因此可实现长时间无人看管加工。2.1.6由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求做出快速反应等。2.2、宏观上改造的必要性从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模的应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理心理系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等得含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。外文翻译The Numerical Control Engine Bed Transforms First numerical control system development summary brief history and tendencyIn 1946 the first electronic accounting machine was born in the world, this indicated the humanity created has been possible to strengthen and partially to replace the mental labor the tool. It with the humanity these which in the agriculture, the industry society created only is strengthens the physical labor the tool to compare. Got up the quality leap, entered the information society for the humanity to lay the foundation.After 6 years, in 1952, computer technology applied to the engine bed, the first numerical control engine bed was born in US. From this time on, the traditional engine bed has had the archery target change. Since nearly half century, the numerical control system has experienced two stages and six generation of development.1.1Numerical control (NC) stage (19521970)The early computer operating speed is low, was not big to then science computation and the data processing influence, but use numeral logic circuit “to build” to become an engine bed special purpose computer to take the numerical control system, is called the hardware connection numerical control (HARD-WIRED NC),short for numerical control(NC). Along with the primary device development, this stage has had been through repeatedly three generations, namely 1952 first generation of electron tube; 1959 second generation of transistor; 1965 third generation small scale integration electric circuit.1.2Computer numerical control (CNC) stage (in 1970 present)In 1970, the general minicomputer already appeared and the mass production. Thereupon transplants it takes the numerical control system the core part, from this time on entered the computer numerical control (CNC) the stage (“which should have computer in front of the general” two characters to abbreviate). In 1971, American INTEL Corporation in the world first time the computer two most cores part logic units an the controller, used the large scale integrated circuit technology integration on together the chip, called it the microprocessor (MICROPROCESSOR), also might be called the central processing element (to be called CPU).The microprocessor is applied to 1974 in the numerical control system. This is because minicomputer function too strong, controlled an engine bed ability to have wealthily (therefore once uses in controlling the multi_ Taiwan engine bed at that time, called it group control), was inferior to used the microprocessor economy to be reasonable. Moreover then small machine reliability was not ideal. The early microprocessor speed and the function although insufficiently are also high, but may solve through the multi-processor structure. Because the microprocessor is the general-purpose calculator core part, therefore still was called the computer numerical control.In 1990, PC machine (personal computer, domestic custom had called microcomputer) the performance has developed to the very high stage, may satisfyingly take the numerical control system core part the request, The numerical control system henceforth entered based on the PC stage.In brief, the computer numerical control stage has also experienced three generations. Namely 1970 fourth generation of minicomputer; 1974 fine dynasties microprocessor and 1990 sixth generation (overseas was called PC-BASED)based on PC.Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC).Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC), but our country still the custom called the numerical control (NC).Therefore we daily say “numerical control”. The materially already was refers to “computer numerical control”.1.3The numerical control future will develop tendency1.3.1 Open style continues to, to develop based on the PC sixth generation of directionThe software and hardware resource has which based on PC is rich and so on the characteristic, the more numerical controls serial production factory can step onto this path. Uses PC machine to take at least its front end machine, processes the man-machine contact surface, the programming, the association.Question and so on net correspondence, undertakes the numerical control duty by the original system. PC machine has the friendly man-machine contact surface, will popularize to all numerical controls system. The long-distance communication, the long-distance diagnosis and the service will be more common.1.3.2 Approaches and the high accuracy developmentThis is adapts the engine bed to be high speed and the high accuracy direction need to develop.1.3.3 Develops to the intellectualized directionAlong with the artificial intelligence in the computer domain unceasing seepage and the development, the numerical control system intellectualized degree unceasingly will enhance.Applies the adaptive control technologyThe numerical control system can examine in the process some important information, and the automatic control system related parameter, achieves the improvement system running status the goal.Introduces the expert system instruction processingThe skilled worker and experts experience, the processing general rule and the special rule store in the system, take the craft parameter database as the strut, the establishment has the artificial intelligence the expert system.Introduces the breakdown to diagnose the expert systemIntellectualized numeral servo driveMay through the automatic diagnosis load, but the automatic control parameter, causes the actuation system to obtain the best movement.Second, engine bed numerical control transformation Necessity2.1 microscopic looks at the transformation the necessityFrom on microscopic looked below that, the numerical control engine bed has the prominent superiority compared to the traditional engine bed, moreover these superiority come from the computer might which the numerical control system contains.2.1.1 May process the traditional engine bed cannot process the curve, the curved surface and the complex components and so on.Because the computer has the excellent operation ability, maybe the instant accurately calculate each coordinate axis instant to be supposed the movement physiological load of exercise, therefore may turn round the synthesis complex curve or the curved surface.2.1.2 May realize the processing automation, moreover is the flexible automation, thus the efficiency may enhance 37 times compared to the traditional engine bed.Because the computer has the memory and the memory property, may the procedure which inputs remember and save, then the order which stipulated according to the procedure automatic carries out, thus realization automation, The numerical control engine bed so long as replaces a procedure, may realize another work piece processing automation, thus causes the single unit and the small batch of production can automate, therefore is called has realized “flexible automation”.2.1.3 Processing components precision high, size dispersion degree small, makes the assembly to be easy, no longer needs “to make repairs”.2.1.4May realize the multi-working procedures centralism, reduces the components in engine bed between frequent transporting.2.1.5 Has auto-alarm, the automatic monitoring, and automatic compensation and so on the many kinds of autonomy function, thus may realize long time nobody to safeguard the processing.2.1.6 Advantage which derives by above five.For example: Reduced workers labor intensity saved the labor force (a person to be possible to safeguard the multi-Taiwan engine bed). Reduced the work clothes, reduced the new product trial manufacturing cycle and the production cycle, might to the market demand make rapid reaction and so on.2.2 great watches the transformation the necessityFrom on macroscopic looked that, the industry developed country armed forces, the airplane weapon industry, in the end of the 70s, at the beginning of the 80s started the large-scale application numerical control engine bed. Its essence is, uses the information technology to the traditional industry (including the armed forces, airplane weapon industry) carries on the technological transformations. Except that uses outside the numerical control engine bed, FMC, FMS in the manufacture process, but also includes in the product development carries out CAD, CAE, CAM, the hypothesized manufacture as well as carries out MIS in the production management (management information system), CIMS and so on. As well as increases the information technology in its production product, including artificial intelligence and so on content. Because uses the information technology to the country foreign troops, the air plane weapon industry carries on the thorough transformation (to call it becoming an information based society), finally causes them the product in the international military goods and in the goods for civilian use market the competitive power greatly is the enhancement. And the increaseof information technology intheproductionof products,includingartificial intelligence,etc.7中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：张兴亮学号： 05211504 x-y工作台文献综述1 前言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。近年来，我国数控技术与装备的开发研制，得到了国家和企业的高度重视，取得了很大的进步，如基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，并已具备联网进线等功能。本文从国内外数控技术的发展现状开始，描述了国内外数控技术的差距，主要体现在高速度和高精度的新技术上；重点分析我国数控技术存在的问题，如技术创新成分低、消化吸收能力不足，技术创新环境不完善等，并根据现有的发展条件，提出了一些加快我国数控技术发展的措施；并进行了一下数控发展的战略展望。2 国内外数控技术的发展现状数控技术是在普通机床的基础上因军事工业需求发展起来的，综合了机械学、控制学、电子学、计算机科学四大基础学科的一门综合性新型学科。机床数控技术给传统的制造业带来了崭新的革命，半个多世纪以来，随着电子科技尤其是计算机技术的发展，经历了两个阶段和六代发展。2.1 我国数控的发展状况从1958年我国研制出第一台数控机床之后，我国数控技术经历了19581979和1979年至今两个历史时期。在19581979之间我国对数控机床特点、发展条件缺乏认识, 国家重视程度不够, 技术基础薄弱, 人员素质差, 配套件不过关, 呈现出发展不稳定的状况，最终以生产停顿而告终。1979年至今我国逐渐认识到数控技术的重要性，开始从日、德、美、西班牙等国家先后引进数控系统技术、设备、人才, 并通过合资办企的方式进行生产活动，使我国的数控技术有了很大的改观。现在我国己经能够自行设计开发高速、高性能、多轴联动的数控机床, 如华中理工大学的华中I型数控系统、北京航空航天大学的中华型数控系统、中国科学院沈阳计算技术研究所的蓝天系列高档数控系统、西安交通大学五轴五联动数控系统等, 有些产品甚至已经达到世界先进水平。但是我国在一些高精尖等技术方面和一些高性能的系统开发还存在缺陷和不足。目前, 我国的数控技术基本上处于一种有仿制到自行开发的初级阶段。在开放式数控系统研究上，我国起步较晚，上述的几种数控系统就是以开放式控制系统思想而设计制造的，开放式数控系统是数控发展的趋势。2.2 国外数控系统研究现状目前，先进的数控技术掌握在一些欧美国家，如西班牙FAGOR、德国SIEMENS、美国A一B、法国的NUM、日本OKUMA、FANUC、MITSUBISHI。其中日本的FANUC德国的S工EMENS以优越的、稳健的数控系统功能而占据着世界机床市场。日本是数控系统生产大国，FANUC年产量达到了世界总产量的一半， 1987年推出了至今仍占领先进地位的FANuC一15，先后又推出了FANuC一16、FANUC一18和FANUC一20等系统。80年代，美国制造业开始衰退，为了重新振兴机床工业，国家制造科学中心(NCMS)与空军制定了“下一代工作站/机床控制器”体系结构的研究计划，简称NGC(Next Generation workstation/Machine Controller)，开始了开放式控制系统的研究。由于传统的控制系统是一种封闭式系统，相互兼容性不好，内部结构复杂，维修不便，更难于升级和二次开发而开放式控制系统结合先进 CAD/CAM/CAPP技术，是一个模块化、可重构、可扩充的软硬件控制系统，并且适应制造业的FMs/CIMS发展要求。2.3 我国数控技术与国外的差距我国数控机床在产品水平、技术和品种上与国外有着很大的差距, 主要体现在高速和高精度等新技术上。对于高速加工中心, 国外机床在进给驱动上, 滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在40m/min以上, 最高已达到90m/min。国内加工中心快速进给大多在30m/min左右, 个别达到60m/min。在加工精度上, 国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统,加工精度比较稳定, 而国内尚在研发中。2.4 数控系统的发展趋势2.4.1 高速、高精度、高可靠性速度和精度是数控产品的两个重要指标，它体现着零件的加工效率和质量。提高主轴转速、和进给速度、减小换刀时间、提高数据处理速度等实现高速加工。高精度就是零件的精度等级达到了微米级、纳米级，从普通加工、精密加工到超精密加工，使产品满足现代工业的加工精度要求。保证零件加工效率和质量，还要求数控机床有很高的可靠性，一般数控系统的可靠性要高于数控设备的一个数量级，使其平均无故障运行时间MTF在一个合适的范围上。2.4.2 复合化数控机床具有多功能复合加工能力，集车、铣、钻、锉等功能于一身，提供多轴控制和多轴联动控制，使零件加工工序或工艺集中，实现零件一次装夹后完成各种复杂曲面的全部加工，如各种机械加工中心。不仅保证了加工精度，减少了辅助时间，还提高了生产效率。2.4.3 智能化人工智能渗透到数控技术领域，利用自适应控制、神经网络、模糊控制、专家系统、前馈控制、等技术实现机械加工过程中数控装备动态的响应外界变化，使机床达到加工时最佳状态。2.4.4 柔性化、集成化、网络化产品的多样化、个性化的需求要求数控机床具有模块化、可重构、可扩充的柔性化特点，如具有统一处理任何曲线的插补技术、图形交互 CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer Aided Made)/CAPP(Computer Aided Process Planning)自动编程系统、进行二次开发的接口等，便于技术移植、系统设计研究，提高了机床使用柔性。柔性化又要求机床装备采用高度集成化的功能模块芯片和应用数控技术的网络化。最后构成CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)。3 两种现有较成熟的数控技术3.1伺服驱动系统伺服系统是指以位置和速度作为控制对象的自动控制系统，作为一种实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，在很大程度上决定了数控机床的性能，研究和开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。伺服系统按照控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统、闭环系统和半闭环系统。其控制流程图分别如下

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