机械设计课程设计-数控x-y工作台及其控制系统设计

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1、目录第一章课程设计的内容和要求………………………………………3第二章系统的总体方案设计…………………………………………4第三章机械部分设计……………………………………………53.1脉冲当量和传动比的确定……………………………………53.2工作台外形尺寸及重量初步估算…………………………………53.3传动系统等效转矩惯量计算……………………………………63.4工作载荷分析及计算……………………………………………63.5滚珠丝杠螺母副的选型和校核…………………………………83.6导轨的选型和计算……………………………………………

2、…113.7驱动电机的选择…………………………………………………11第四章数控系统设计…………………………………………………154.1控制系统硬件的基本组成…………………………………154.2接口程序初始化及步进电机控制程序…………………………174.3直线圆弧插补程序设计…………………………………………19参考文献…………………………………………………………………2524第一章课程设计的内容和要求1.1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

3、径最大铣削宽度最大铣削深度加工材料工作台加工范围（mm）最大移动速度24mm8mm5mm碳钢X=300Y=2503m/min设计内容包括：1.1.1数控装置总体方案的确定(1)确定系统组成方案（组成框图、功能、机械传动系统简图、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。1.1.2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，计算和选用；(4)伺服电机计算、选用；(5)绘制机械结构装配图；1.1.3数控系统的设计（1）确定数控系统装置方案（组成框图、功能、

4、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）。1.2课程设计的要求1.2.1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）。1.2.2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

5、、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第二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。2.1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。2.2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

6、环系统结构简单，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。2.3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。2.4X—Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以

7、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，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第三章机械部分设计机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，机械部件的总体尺寸、质量、运

8、动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。3.1脉冲当量和传动比的确定脉冲当量δp是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为±0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。根据脉冲当量和系统总体方案，传动比为1，直