数控工作台部件课程设计--设计一个数控X-Y工作台及其控制系统

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1、 数控工作台部件数控工作台部件 课程设计课程设计 姓姓 名：名： 学学 号：号： 专专 业：业： 指导教师：指导教师： 目录 1. 序言1 2. 总体设计方案 3 2.1 设计任务3 2.2 方案确定3 3. 机械系统设计5 3.1 工作台外形尺寸及重量估算5 3.2 滚动导轨的参数确定5 3.3 滚珠丝杠的设计计算6 3.4 确定齿轮传动比10 3.5 步进电机惯性负载的计算10 4. 控制系统硬件设计12 4.1 CPU 板12 4.2 驱动系统14 5. 参考文献15 1 序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年 累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低

2、， 要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新， 替代现有的机 床， 无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。 但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又 势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要 求解决的重要课题。 在过去的几十年里， 金属切削机床的基本动作原理变化不大， 但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。 反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提 高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践 证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又 由于产品精度提高， 型面加工范围增多也使改造后的设

3、备适应能 力加大了许多。 这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必 要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设 备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机 床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以 节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控 装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5， 一般用户都承担得 起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实 2 力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力， 起到了事半功倍的 积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长， 往 往不能满足生产需要。 因此机

4、床的数控改造就成为满足市场需求 的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代 机械制造的基本特征， 占有相当大的比重。 要完成这些生产任务， 不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最 能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微 电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。 通过理论上的推导 和实践使用的证明， 把微机数控系统引入机床的改造有以下几方 面的优点：1）可靠性高；柔性强；易于实现机电一体化；2）经 济性可观。 为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用 性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能

5、和较大的经济效益。 3 2.总体方案设计 2.1 设计任务 设计一个数控 X-Y 工作台及其控制系统。该工作台可用于铣 床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工， 重复定位精度为0.01mm，定位精度为 0.025mm。 设计参数如下：负载重量 G=150N；台面尺寸 CBH145mm 160mm12mm；底座外形尺寸 C1B1H1210mm220mm 140mm；最大长度 L=388mm；工作台加工范围 X=55mm，Y=50mm；工 作台最大快移速度为 1m/min。 2.2 总体方案确定 2.2.1 系统的运动方式与伺服系统 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统， 连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可 选用点位控制方式。由于工件在移动的过程中没有进行切削，故 应用点位控制系统。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精 度。定位方式采用增量坐标控制。 为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动 X-Y工作台。 2.2.2 计算机系统的选择 本设计采用了与MCS-51 系列兼容的AT89S51 单片机控制系统。 它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高