【設計】數控機床課程設計XY數控工作臺設計完整圖紙

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課程設計

任務書題目：數控工作臺設計時間：年19日年12月日，共六周要求工作臺可安裝在鉆上于鉆孔或銑削加工參數如下方的脈沖當量為㎜；最大鉆孔直徑15㎜銑刀直徑的d=32mm;齒數為4；加工材料為碳鋼；工作臺行程圍是㎜㎜,；最大快速移動度為3m/min,具體任務：1

確定總體方案，繪制系統組成圖一張）機械部分設計計算，選擇適當的元器件；畫出X-Y工臺外形圖和X向械部分裝配圖一(A0)設計控制系統硬件電畫出控制系統硬件電路圖一張A1）編寫設計說明書1分少8000）班級：學生：指導老師：年11月目錄前言··············································································、課程設計的目的、意義及要求···········································

課程設計的內容·····································································控系統總體方案的確定························································械部分的設計································································珠絲杠螺母副的選型和?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぼ壍倪x型和計算·······························································驅電機的選用······························································數系統的設·····························································心體會···························································參書籍····································································設計目的

、

數控技術是數字程序控制數控機械實現自動工作的技術。它廣泛用于機械制造和自動化領域，好地解決多品種、小批量和復雜零件加工以及生產過程自動化問題。隨著科技的迅猛發(fā)展，自動控技術已廣泛地應用于數控機床、機器人以及各類機電一體化設備上。同時，社會經濟的飛速發(fā)展，對數裝置和數控機械要求在理論和應用方面有迅速的發(fā)展和提高。數控加工和編程畢業(yè)設計是數控專業(yè)教學系中構成數控加工技術專業(yè)知識及專業(yè)技能的重要組成部分，我們學會了對相關學科中的基本理論、基知識進行綜合運用，同時使對本專業(yè)有較完整的、系統的認識，從而達到鞏固、擴大、深化所學知識的的，培養(yǎng)文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持和提高了綜合分析問題和解決問題的能力，以及培養(yǎng)了科學的研究和創(chuàng)造能力。數技術不斷的展，數控技術很快會普極中國工業(yè)基地，成為工業(yè)發(fā)展的標志，數控技術的成熟也是當代科技發(fā)展的志，所以數控技術也是國家經濟的體現，中國經濟正加快向新興工業(yè)化道路發(fā)展，制造業(yè)已是機電一體專業(yè)教學中的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，特別數技術及應用課程后應用的，它是培養(yǎng)學生理論聯系實際、解決實際問題能力的重要步驟。這個課程設計是以機電一體化的典型課---控系統設計方案的擬定為主線，通過對數控系統設計總體方案的擬定、進給伺服系統機械部分設計，計算以及控制系統硬件電路設計，能夠綜合應用所學過的機械、電子和微機方面的知識，進行一次機電結合的全方面訓練，從而培自身具有初步設計計算的能力以及分析和處理生產過程中所遇到的問題的能力。設計要求課程設計是機床數控系統課程的十分重要實踐環(huán)節(jié)之一過課程設計可以初步樹立正確的設計想，了解有關的工業(yè)政策，學會運用手冊、標準、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學生分析問題解決問題的實際力，并在老師的指導下，系統地運用課程和選修課程的知識，獨立完成規(guī)定的設計任務。課程設計的內容是改造設備，實現以下幾部分內容的設計訓練。如精密執(zhí)行機構（或裝置）的計、計算機I/O口設計和驅動電路以及數控化電氣理設計等。說明書的內容應包括：課程設計題目總體方案的確定、系統框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用明、機械傳動設計計算以及機械和電氣及其他部分（如環(huán)形分配器等）的說明。該課程設計的內容及方法，可以歸納如下：采用微計算機（包括單片機）進行數據處理和制。主要考慮計機的選擇或單片機構成電路的選用、接口電路、軟件編制等。選用驅控制電路對行機構進行控制主要考慮計算機的選擇或單片構成電路的選用慮電機選擇及驅動力矩的計算，控制電機電路的設計。精密執(zhí)機構的設計要是考慮數控機床工作臺傳動裝置的設計問題弄清機構或機械執(zhí)行元件的主要功（動運動動力位置裝置微調精密定位或高速運轉等力負功率慣（動慣量（）速控制和誤差計算。一.總體方案的確定1.1設參數其設計參數如下表：最大銑刀直徑32mm

最大鉆孔直徑15mm

加工材料碳鋼

工作臺加工范圍（mm）X=400,y=320

最大移動速度工作臺草圖1.2初步進電動機和絲杠可用聯軸器直接將電機與絲杠連接種構有利于簡化結構高度步進電機步距角，Lo為滾珠絲杠導程，系統脈沖當量；選電動機型號為，步矩角=選絲杠規(guī)格為2005-3(FYND)其程為由傳動比公式得故可用聯軸器將電機與絲杠直接連接。1.3初工作臺尺寸查《機電一體化設計手冊(GB/T選作臺T型尺如下：深度槽寬度B＝12mm槽A＝C6mm槽數＝5，間隔40mm文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

Bx文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持Bx由工作臺加工范圍工作臺尺寸初定X向珠絲杠長度LBL+B+10~2035~45二

機械部分的計2.1傳動系統X向等效轉動慣量計算J

DL

聯軸器

J

mj

D回體直徑，L轉體長度g重力加速度；

JkgD

2J

4

L

DS

4

L

kg

2

得由于工作臺材料為碳鋼，故其質量為由于聯軸器的轉動慣量小故可忽略不計2.2工作載荷分析及計算銑削運動的特征是主運動為銑刀繞自身軸線高速回轉進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給(鍵槽銑刀可沿軸線進).刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此用圓柱銑刀銑刀材料選擇高速鋼查《金屬切削手冊》常用銑刀介紹表擇細齒錐柄立銑刀，其尺寸參數如下：d=32mm,齒數。2.2.1查《金屬切削手冊》細錐柄立銑刀切削用量表得銑削速v/min查《銑工》表2－4，選

f

＝0.03mm文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持因此可得查《機械制造基礎課程設計指導書》表4-15立式銑床主軸轉速表，選銑床型號X51查其轉速表并將轉速圓整為

nr/min實際切削速度為

v

3.1410001000

19.1m/min故實af2.2.2

v200.0196mmZ4根《計指導書表3-7高速鋼銑刀銑削公式為查《指導書》表1180.0296.73295.139NZ

得銑削力系數

C

F

=1182.3

進給工作臺工作載荷計算有如下表格參數縱進給不對稱銑削比值

逆銑

順銑

LN

295.139434.167N275.625N1．200．300．40

工作臺垂直進給方向0.3295.139NVN295.139256.11工作臺橫向進給方向CN

0.4295.139118.055N2.4珠絲杠螺母副的選型和校核文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

55'55'滾珠絲杠上的工作載荷

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持為走刀抗力移動體重力和作用在導軌上的其他切削分力相關的摩擦力。由于選擇的導軌要求結構緊湊，間隙調整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運動平穩(wěn)，故選擇直線滾動導軌，在此設計中還要求導軌能承受一定的顛覆力矩，所以選擇燕尾導軌的實驗公式進行計算，將所得數據代入公式有：滾珠絲杠最大運載荷

LfF滾珠絲杠螺母副的傳動效率為

tg(

查得（或可由'

算出）絲杠的拉壓變形量的計算滿載時拉壓變形量：滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量

2有預緊時

DWYJ

式中

W

為滾珠直徑，

mmW

為滾珠總數量

Z個滾珠絲杠副剛度的驗算絲杠總變形量

0.00120.00489mm1變形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005

=0.00489<0.005因此符合設計要求電一體化系統設計課程設計

指導書

失穩(wěn)時的臨界載荷

FK文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

f由公式P文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持f由公式P為絲杠截面慣量矩

I

4/643190.29mm

4查表3-34，雙推得

f2.0Z穩(wěn)定性安全系數故絲杠符合要求

/F4907571.9Km2.5導軌的選型和計算由于選擇的導軌為直線滾動導軌由《機》表3-36到表–40L＝50（

F

a

fffH

C

）

每個滑塊的工作載荷

149.48F95.99344取硬度系數f＝f=1、f

＝0.81、f＝2H

預設導軌壽命L=50km則根據此壽命可算出＝32.67kNa故選導軌型號符合要求，知=12.4KNa2.6驅動電機的選用根據脈沖當量和最大靜轉矩初選擇電機已知脈沖當量

P

mm脈入據得0.01i360

P《機電一體書表得步進電機啟動轉矩M

K

與最大靜轉矩

M

j

的關系有文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

,FF文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持,FF2.6-2.1加速度力矩2.6-2.2空載摩擦力矩（取傳動系統效率＝66.052G0.697＝6.831NG工作臺絲杠

）

0

為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率取

0

故電機空載啟動力矩作用在工作臺的合力

的計算，逆銑的時候合力大作用在工作臺上的合力'

折算到電機上的轉矩運動部件正常工作時的總負載轉矩故運動部件正常運行時需的最大靜轉矩

M

jM

jmax2

/~0.5fq

此處取0.5入得??????

按步進電機最大靜轉矩選擇要求所以，查表2-18擇步進電機55BF009具體參數如品牌號：YIMA/55BF009額定功率：數4（kW額定電壓：（V）V額定轉速：流3）r/min外形尺寸：（mm）mm產品認證：ISO9001-2000型號：55BF009相數：4步距角：0.9°/1.8°文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持電壓：27V電流：3A保持轉矩：0.748（8步

進

電

機

啟

動

矩

頻

特

性

曲

線

如

下：型號：55BF009當啟動力矩

M

時對應的允許啟動頻率

f

Hz

，而由表4-3查得電機的啟動頻率

ff

，保證了電機快速啟動時不丟步。運行矩頻特性校核快速進給運行矩頻特性校核：文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持快進力矩

M

KJ

M

2.8762.905《機電一體4-17得允許快進頻率

f

ykj

Hz由式4-3電機最高快進頻率ffkj

ykj

，故電機快速進給時不丟步。工進時步進電機的運行頻率為工進時步進電機運行所需力矩f

f)6.749.8)00.8

工作負載力矩查機》圖4-7得允許工進運行力矩M

N.M

滿足設計要求，故可選用此電機。3

.數控系統的設計3.1硬件設計（硬件詳細接線圖見圖紙3）3.2步進電機開環(huán)伺服原理控制系統的理框圖選用8031擴展了一片芯片2764用作程序存儲器，存放系統底層程序；擴展了一片SRAM片用作數據存儲器，存放用戶程序；鍵盤與LED顯示采用來管理；輸入輸出接口的擴展選用了并行接口8255芯片。（）簡1包含一個8字節(jié)的RAM，兩個16的定時器，文檔來源為:從網絡收集整理word版可編.

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持四個8位并行口，一個全雙功能串行口，可擴展的外部程序存儲器和數據存儲器的容量含64K字節(jié)，具有5個中斷源并配有兩個優(yōu)先級，還有21個特殊功能寄存器。他是一個有40根引腳的雙列直插式器件。片

鍵示8155

X向步進電動機控制系統原理框圖V編程和正常操作的電源電壓端，電壓為5V：地電平。

P口：8雙向I/O口，既是數據線，又是低8位地址線，分時使用。P：8位雙向I/O，可供用戶使用的接口。P口8位雙向I/O口，系統外部存儲器擴展時，作8地址線使用，系統擴展時，也可供用戶使用。P口8位雙向是一個雙功能口第一個功能和一樣可以作為通用I/O，工作于第二功能時，各端口定義如下：

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EAEA文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持EAEAP-RXD串行輸入；P-TXD，串行輸出；P

3.1-,部中斷輸入；P-INT1，部中斷輸入；3.3P-T，定時器外輸入端；P-T，定時器1外輸入端；

3.5

P-信號；P-RD信號；ALE/PROG:問外部存儲器時，用于鎖定地址低8字節(jié)的地址鎖存允許輸出。ALE供一個定時信號，在與外部存儲器存取數據時，把P的低位地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中。PSEN程序存儲器允許輸出，是外部程序存儲器的讀選信號。EA

/V

:為高電平時CPU執(zhí)行程序內部程序存儲器的指令。為低電平時CPU行外部程序存儲器指令。使用單片EA必須接地。XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入，使用外部時必須接地；XTAL2振蕩器的反相放大器輸出使用外部振蕩器時接受外部震蕩信號；R/VDP：復控制，在震蕩運行時，使RST腳至少保持；兩個機器周期為高電平時，可實現復位操作。VPD腳是掉電電路輸入口。2：程存儲器容量為8KBA-A：地址輸入線，共13根；

D-D:數據輸出線，共8根；

：片選線，低電平有效；：數據輸出選通線，低電平有效；PGM

:程脈沖輸入線；V：編程電源；進行片內存儲單元的選擇把-A引腳與地址鎖存器8位地址對應

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AGAG文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持AGAG連接，剩下的高位地址A-A與P口的-P相連。這樣2764芯片內存

儲單元的選擇問題就解決了。3：數存儲器，容量為8K字節(jié)A-A:地址輸入線，13；

IO-IO:態(tài)雙向數據線，共8根；

1

、

2

:選信號端，選通時

C1

是低電平，

2

是高電平；WE

:通信號輸入線，低電平有效；:選通信號輸入線，低電平有效；V：+5V電源；GND地電平；

2

（CS電平有效，可用于掉電保護；4地址鎖存器單片機規(guī)定P口供低8地址線。同時又要作為數據線，所以P是一個分時輸出低8位地址和數據通道。為了把地址信息分離出來保存，提供外接存儲器的低8位地址信息-Q是輸出端，

CE片選端，選通端G8031單片機的地址鎖存信號ALE連接，當選通端G=174LS373的輸出端與輸入端相通G端從高電平返回低電平時，輸入信息就被鎖存入Q中。

5)74SL1383-8譯碼器即對三個輸入信號進行譯碼，得到個輸出狀態(tài)；G和為使能端或譯碼允許端，當G=1221

時，==02

時，該譯碼器可以譯碼，CBA

為譯碼選擇端，即譯碼信號輸入。

Y0

-

Y7

為譯碼輸出信號，低電平有效。輸入端占用8031片機的P-P三根高位地址線，

剩余13根地址線用作數據存儲器的內地址線。74LS138每一個輸出端可接文檔來源:從網絡收集整理.word版可編

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持一個外部芯片的片選端實現分時片選控制，因此一個8根輸出端可以連接8個8K節(jié)地址空間。6)8255：是編程通用并行接口芯片，具有個引腳，雙列直插封裝，由+5V供電，ABC個口線共24根，與外設相連，8的數據線D-D與P口接，是雙向三態(tài)，在內部經數據總線緩沖電路后和各組控制寄

存器及個端口數據寄存器連接。

為片選信號，由地址譯碼器產生，低電平有效。地址信號A由08255部譯碼生成四個口地址分別對應A、C三個獨立的數據端口及一個公共控制端口。兩個低電平有效的信和決定了CPU;W=0，由CPU入8255.RESET復位信號，高電平有效。復位后，控制存儲器的內容被撤除，A、B、C個端口全置成輸入方式且鎖存器也全清零。方式選擇開關通過接口芯片8255與8031單片機連接選擇開關動片接地，選擇開關的固定片接到并行PA口，將口設置成輸入方式PA8個接口經上拉電阻接+5V故為高電平。若某個接口被選中，則被選中的接口經動片接地變?yōu)榈碗娖?。（）應方式選擇開關方式選擇開關是一單刀6擲的波段開關，提供選擇的方式有編輯、空運行、自動、手動、通信和單段，總共6功能。方式選擇開關通過接口芯片8255與單片機連接，如圖3]所示選擇開關動片接地,擇開關的動定片接到并行PC口PC口設為輸入方文檔來源:從網絡收集整理.word版可編

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持式。的6個接口經上電阻接+5V，故。若控制面板方式選擇開關控制電路某個接口被選中，則被選中的接口經動片接地，變?yōu)榈碗娖健?鍵盤接口設計鍵盤和顯示器是數控系統經常用的人機對話的外圍設備，鍵盤可以完成程序數據的輸入，顯示器顯示計算機運行時的狀態(tài)數據。鍵盤和顯示器接口電路使用8155口芯片接口電路8155和可以直接連接電路中的8155作為并行接口使用使用內部存儲器，故引腳直接經電阻高電平。8155與鍵盤的連接如圖[4]鍵盤排成5行8列矩陣，共40鍵。PC0～PC45根行線，PB0是8根列線，在列線與行線的交叉點上安裝有按鍵PB口的8根列線按一定時間隔輪流輸文檔來源:從網絡收集整理.word版可編

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持出低電平。當掃描到莫一列線上時，若無按鍵按下，則行線都是高電平；若有一鍵按下時，交叉點上對應的行線變?yōu)榈碗娖?。這個低電平信號被計算機捕獲后，根據此鍵對應的行線和列線的位置，計算機可以判斷鍵值，完成一次輸入掃描工作。鍵盤電路3）光電耦合電路如圖所示，其輸出端由+12V電源供電，輸出端由5V電源供電，且兩端電源不共地，這樣就達到了隔離的效果。圖中的限位開關斷開時，發(fā)光二極管無正向導通電流；不發(fā)光，輸出端的晶體管截止，輸出信號為高電平；限位開關閉合時，輸出端構成回路，二極管有正向導通電流，開始發(fā)光，光敏晶體管的基極獲得電流，集電極和發(fā)射極導通，輸出信號被拉低，于是8255的PC0腳變?yōu)榈碗娖?，讀取后判斷限位信號有效。光電藕合電路4）輔助電路為了防止機床行程越界，所以在機床上裝有行程控制開關。為了防止意外，裝有急停按鈕。由于這些開關都安裝在機床上，距控制箱較近容易產生電氣干擾，為了避免這種情況的發(fā)生，在電路和接口之間實行光電隔離，為了報警，還設有報警電路。當綠色的發(fā)光二極管亮時表示工作正常，當紅色的發(fā)光二極管亮時表示工作臺已到極限位置。文檔來源:從網絡收集整理.word版可編

文檔來源為從絡收集整理word版本可編輯歡迎下載支持分配后的脈沖信號

放大后的脈沖信號脈沖信號源

脈沖信號

脈沖分配器

功率放大

C

B

AD4.

心得體會在這次專業(yè)課程設計中，我對過去所學專業(yè)知識的一個全面的綜合的運用。在設計的過程中我不斷地溫習所學過的知識，包括機械專業(yè)課程和電路控制方面的基礎知識，經過復習整理所學得專業(yè)知識和查閱資料以及在上網學習不懂的知識，設計了這個系統。通過設計使我更好的對過去所學知識進行了鞏固，鍛煉了自己的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了專業(yè)課機械設計方面的知識。在設計過程中既要自己