JD01-116@铣床的数控X-Y工作台设计
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机械毕业设计全套
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JD01-116@铣床的数控X-Y工作台设计,机械毕业设计全套
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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 2 实施 地点 科技楼 班级 机制 1031 1038 班 人数 90 起止时间 07.3.12 07.3.23 形式 集中 分散 指导教师 论文 （设计） 进度 安排 1 方案论证 -1 天 2 机械部分设计 -4 天 3 电气部分设计 -2 天 4 软件设计 -1 天 5 编写说明书 -1 天 6 准备答辩及答辩 -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 , 最大铣削宽度 ae mm, 最大铣削深度ap,加工材料为碳钢 , 工作台加工范围 mm, 最大移动速度为 3m/min,控制系统为单片机控制系统 设计的内容包括： 1总体方案的确定 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、比较、 说明） 。 2机械部分的设计 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、比较、说明）。 2）电气控制原理图 设计 （ CPU、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 部分功能控制软件 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。要求视图基本完整、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 说明书应当叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定、系统框图的分析、机械传动设计计算、电器部分的设计说明，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。于动员时发给学生。 不够纸请另附页。 nts 设计参数 : 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 4 16mm 5mm 2mm 碳钢 X=200,y=150 3m/min nts1 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： X Y数控工作台 设计 指导老师： 设计： 班级： 学号： nts2 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 1031 1038班 人数 90 起止时间 07.3.12 07.3.30 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机械部分设计 -5天 3电气部分设计 -3天 4软件设计 -2天 5编写说明书 -2天 6准备答辩及答辩 -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 = 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总体方案的确定 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、比较、 说明） 。 2机械部分的设计 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、比较、说明）。 2）电气控制原理图 设计 （ CPU、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 部分功能控制软件 设计（ 汇编程序 及流程图 ）。 4编写设计说明书 nts3 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。要求视图基本完整、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 说明书应当叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定、系统框图的分析、机械传动设计计算、电气部分的设计说明，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。于动员时发给学生。不够纸请另附页。 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，学生学完技术基础课和专业课，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、进给伺服系统机械部分设计，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、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。 nts4 1.总体方 案 的确定 1.1 设计参数 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 4 16mm 5mm 2mm 碳钢 X=200,y=150 3m/min 工作台草图 1.2 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=pbL360(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、p为系统脉冲当量。 选电动机 型号为 55BF009，其步矩角b= 9.0 选 丝杠 规格为 2004-3(FYND) 其导程为 4mm, 由传动比公式pb Li 360 0得 101.0360 49.0 ints5 20 20 20 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有限公司生产的 LK13 系列刚性联轴 器（ ）。 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 B 12mm 槽宽 A 6mm C 6mm 槽数 5，间隔 40mm ； 由工作台加工范围 200*150 选工作台尺寸 240 200 20 初定滚珠丝杠长度 L 340mm B 5060 Lx+B+1020 3545 1.4 系统组成框图 B nts6 2.机械部分的设计 2.1传动系统等效转动惯量计算 2.1.1机转子转动惯量查指导书表面 2-18 得 20701.0 cmkgJ D 2.1.2丝杠的转动惯量由指导书公式 2-3有 234 1078.0 cmkgLDJS 得 234 424.010340278.0 cmkgJ S 2.1.3工作台转动惯量GJ由于工作台材料 为碳钢，故其质量为 kgvm 74.6220024108.7 3 2220 .0273.074.6)14.324.0()2( cmkgmLJG 由于联轴器的转动惯量小故可忽略不计 2.1.4总转动惯量 计算 25 2 1 4.00 2 7 3.0424.00 7 0 1.0 cmkgJJJJ GSD 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给 ).铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式 ,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。 2.2.1 nts7 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 min/20 mv 查铣工表 2 4，初选fa 0.03mm 因此可得 m i n/375403.045 rZavnf 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 min/380 rn 实际切削速度为 m in/1.191000 3801614.31000 mndv 故 实际 mmnZvaf 0 2 9 6.03 8 0445 2.2.2 根据 指导书 表 2-2得高速钢铣刀铣削公式为 zadaaCF pfeFZZ 86.0072.086.081.9 查 指导书 表 2-3得铣削力系数 2.68FZC 有 NF Z 139.19552160296.052.6881.9 86.072.086.0 2.3 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 ZL FF / 1 2 0 9 ZV FF /0 3 0 8 ZC FF /0 4 0 4 故有纵向进给方向NFNFLSLN 6 2 5.1 7 51 3 9.1 9 59.0 1 6 7.2 3 41 3 9.1 9 52.1 工作台垂直进给方向NFNFVSVN 11.156139.1958.0 54.58139.1953.0 nts8 工作台横向进给方向 NFFCSCN 055.78139.1954.0 2.4滚珠丝杠螺母副的选型和校核 2.4.1最大工作载荷的计算 滚珠丝杠上的工作载荷mF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，由式 2-11 )2( GFFfkFF CVLm 4.1k 2.0 f 将所得数据代入公式有： NF m 974.383)052.66055.78211.156(2.0167.2344.1 2.4.2最大动负载 C的计算及主要尺寸 初选 滚珠丝杠最大运载荷mm FfLC 3由指导书中可知61060 tnL KNCNCrLrLvna 747.736.1661974.3832125.1010125.10101500025.1160m in/25.114045.01000100036602.4.3传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 为 )( tg tg查得10552 （或可由00DarctgL 算出） 9 4 6.0)10552( 552 tg tg 2.4.4刚度验算 丝杠的拉压变形量的计算 满载时拉压变形量： mmAE LF m 00269.04/5.1714.3106.20 340974.383 241 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 由指导书式 2-17 得3 220013.0 ZFD FYJWmnts9 式中WD为滚珠直径， mmDW 381.2 Z 为滚珠总数量 个列数圈数 691323 ZZ 233)381.2 2014.3(3)( WmD dZ NFF mYJ 991.1273/974.3833/ 为预紧力 mm001.0698.9 991.127381.28.9/974.3830013.03 22 滚珠丝杠副刚度的验算 丝杠总变形量 mm00 3 69.0001.000 2 69.021 变形量要少于定位精度得一半，即 0.01/2=0.005 =0.00369YE，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则停止。当 XE=0？ Y 方向进给 Fm Fm X Y Y 1 Fm Fm Y X X 1 X Xe？ Y Ye？ 返 回 X 方向进给 nts18 第一象限直线插补的程序： ORG 2000H MAIN： MOV SP, #60H LP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AH LP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2 LP1: MOV A, 70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28H LP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; nts19 RET 4.心得体会 我觉得 这次 专业 课
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