数控x-y工作台及其控制系统设计方案

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1、数控X-Y工作台及其控制系统设计方案第二章课程设计的内容和要求2.1课程设计的内容任务是：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：最大铣刀直径最大铣削宽度尺最大背吃刀量加工材料工作台加工范围（mm）最大移动速度15158碳素钢或有色金属X=100Y=80400mm/min设计内容包括：2.1.1数控装置总体方案的确定确定系统组成方案（组成框图、功能、机械传动系统简图、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。2.1.2机械部分的设计(1)确定脉冲当量；(2)机械部件的总体尺寸及重量、转动惯量的初步估算；(3)传动元件及导向元件的设计，计算和

2、选用；24(4)伺服电机计算、选用；(5)绘制机械结构装配图；2.1.3数控系统的设计（1）确定数控系统装置方案（组成框图、功能、主要的设计参数，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）。2.2课程设计的要求2.2.1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、符合要求。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）。2.2.2编写设计说明书要求

3、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，说明书不少于8000字24第三章系统的总体方案确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。3.1系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。3.2伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环

4、系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。3.3计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。243.4X—Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，

5、采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。为了减少了零件的数目和中间环节的影响，精度高，效率高，电动机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连。但此种连接对安装、加工的要求较高，选用挠性联轴器，如膜片联轴器，电动机的额定转矩较大，等效转动惯量亦大，对系统的稳定性和快速性将产生不利影响。系统总体框图如下:24第四章机械部分的设计4.1直线滑动导轨副的选型4.1.1估算重量XY工作台如图所示，上位X方向导轨，下为Y方向导轨。图XY工作台（1）尺寸参数（mm）①坐标行程已知X方向行程为100mm，Y方向行程为80mm；②工作

6、台已知工作台尺寸长×宽=210×210，设计工作台厚度为15mm；③估算X方向导轨（长，宽，高）=（X，Y，Z）=（400，210，50）（2）X方向重力估算X方向导轨在上方，需估算工件、工作台夹具、导轨副及电机的重量。已知台面以上最大重量m1=30kg，工作台的质量m2估算时取钢的密度为ρ=7.8g/cm3=7.8×10-6kg/mm3，则24估计电机总质量为m3=5kg；夹具质量为m4=1kg则X方向所受的总重力mx为则X方向所受的总重力Wx为（3）Y方向重力估算估算Y方向导轨（长，宽，高）=（X，Y，Z）=（400，210，50）Y方向导轨在下方，需估算工件、工作台、夹具、导轨副及电

7、机的重量X方向导轨质量m5考虑导轨中间要开T形槽，故实际质量估计需在计算质量上乘以40%，即则Y方向所受的总重力my为则Y方向所受的总重力Wy为4.1.2导轨选择及其摩擦系数工作台采用滑动静压导轨，采用双矩形组合方式，并镶上聚四氟乙烯软带，可取动摩擦系数为。静摩擦系数。244.2切削力的计算4.2.1最大铣削力的计算设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为