1工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：數(shù)控專業(yè)課課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：XY數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：設(shè)計(jì)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：時(shí)間：2007年3月12日2007年3月23日論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書課程編號(hào)j1410031課程名稱專業(yè)課課程設(shè)計(jì)（機(jī)電、數(shù)控）周數(shù)32實(shí)施地點(diǎn)科技樓班級(jí)機(jī)制10311038班人數(shù)90起止時(shí)間07.3.1207.3.30形式集中分散指導(dǎo)教師論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排1方案論證-2天2機(jī)械部分設(shè)計(jì)-5天3電氣部分設(shè)計(jì)-3天4軟件設(shè)計(jì)-2天5編寫說明書-2天6準(zhǔn)備答辯及答辯-1天論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容任務(wù)是：設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控X-Y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)。該工作臺(tái)可安裝在銑床上，用于銑削加工。具體參數(shù)如下：系統(tǒng)分辨率為0.01mm，最大銑刀直徑=16mm,最大銑削寬度ae=5mm,最大銑削深度ap,=2mm，加工材料為碳鋼，工作臺(tái)加工范圍200mm150mm，最大移動(dòng)速度為3m/min，制系統(tǒng)為單片機(jī)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：1總體方案的確定1）確定系統(tǒng)組成方案（組成框圖、功能、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖、主要設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2機(jī)械部分的設(shè)計(jì)1）確定脈沖當(dāng)量；2）機(jī)械部件的總體尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算；3）傳動(dòng)部件、導(dǎo)向部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選用；4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)計(jì)算、選用；5）繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖。3數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1）確定數(shù)控裝置方案（組成框圖、功能、主要設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2）電氣控制原理圖設(shè)計(jì)（CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路及伺服驅(qū)動(dòng)電路）。3）系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（控制流程圖）和部分功能控制軟件設(shè)計(jì)（匯編程序及流程圖）。4編寫設(shè)計(jì)說明書要求(包括紀(jì)律要求和報(bào)告書要求)1圖紙要求1）機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙一張。要求視圖基本完整、符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少有一個(gè)坐標(biāo)軸的完整剖視圖。2）數(shù)控系統(tǒng)框圖（附在說明書上）；3）數(shù)控電器圖，A1圖紙一張；4）軟件框圖（可附在說明書上）。2編寫設(shè)計(jì)說明書要求說明書應(yīng)當(dāng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算、電氣部分的設(shè)計(jì)說明，選用元件及其具體參數(shù)的說明、軟件設(shè)計(jì)及其說明等，說明書的不少于8000字。注：本表按自然班填寫。于動(dòng)員時(shí)發(fā)給學(xué)生。不夠紙請(qǐng)另附頁。前言3設(shè)計(jì)目的數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，特別是“數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用”課程后應(yīng)用的，它是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問題能力的重要步驟。本課程設(shè)計(jì)是以機(jī)電一體化的典型課題-數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定為主線，通過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，計(jì)算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)過的機(jī)械、電子和微機(jī)方面的知識(shí)，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生具有初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)過程中所遇到的問題的能力。設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一。通過課程設(shè)計(jì)可以初步樹立正確的設(shè)計(jì)思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的實(shí)際能力，并在教師的指導(dǎo)下，系統(tǒng)地運(yùn)用課程和選修課程的知識(shí)，獨(dú)立完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是改造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。如精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或裝置）的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)I/O接口設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)控化電氣原理設(shè)計(jì)等。說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：課程設(shè)計(jì)題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說明、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣及其他部分（如環(huán)形分配器等）的說明。該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法，可以歸納如下：1.采用微型計(jì)算機(jī)（包括單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等。2.選用驅(qū)動(dòng)控制電路，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用，考慮電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算，控制電機(jī)電路的設(shè)計(jì)。3.精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要是考慮數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)問題：要弄清機(jī)構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行元件的主要功能（傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運(yùn)轉(zhuǎn)等），進(jìn)行力矩、負(fù)載功率、慣性（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）、加（減）速控制和誤差計(jì)算。4.學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。41.總體方案的確定1.1設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。設(shè)計(jì)分組最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺(tái)加工范圍（mm）最大移動(dòng)速度416mm5mm2mm碳鋼X=200,y=1503m/min工作臺(tái)草圖1.2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和絲杠當(dāng)傳動(dòng)比i=1時(shí)，可用聯(lián)軸器直接將電機(jī)與絲杠連接，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。由i=pbL360(公式2-1)錯(cuò)誤!未找到引用源。，b為步進(jìn)電機(jī)步距角Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程、p為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為55BF009，其步矩角b=9.0選絲杠規(guī)格為2004-3(FYND)其導(dǎo)程為4mm,由傳動(dòng)比公式pbLi3600得101.036049.0i故可用聯(lián)軸器將電機(jī)與絲杠直接連接。預(yù)選由廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LK13系列剛性聯(lián)軸器（）。1.3初定工作臺(tái)尺寸查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)(GB/T158-1996)選工作臺(tái)T型槽尺寸如下：深度H=15mm槽低寬度B12mm槽寬A6mmC6mm槽數(shù)5，間隔40mm5202020；由工作臺(tái)加工范圍200*150選工作臺(tái)尺寸24020020初定滾珠絲杠長度L340mmB5060Lx+B+102035451.4系統(tǒng)組成框圖B62.機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2.1傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算2.1.1機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量查指導(dǎo)書表面2-18得20701.0cmkgJD2.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由指導(dǎo)書公式2-3有2341078.0cmkgLDJS得234424.010340278.0cmkgJS2.1.3工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GJ由于工作臺(tái)材料為碳鋼，故其質(zhì)量為kgvm74.6220024108.732220.0273.074.6)14.324.0()2(cmkgmLJG由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小故可忽略不計(jì)2.1.4總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算25214.00273.0424.00701.0cmkgJJJJGSD2.2工作載荷分析及計(jì)算銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給(鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給).銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼.查金屬切削手冊(cè)P398常用銑刀介紹表，選擇細(xì)齒錐柄立銑刀，其尺寸參數(shù)如下：D=16mm,齒數(shù)Z=4。2.2.1查金屬切削手冊(cè)P417細(xì)齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度min/20mv查銑工表24，初選fa0.03mm因此可得min/375403.045rZavnf查機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號(hào)X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為min/380rn7實(shí)際切削速度為min/1.1910003801614.31000mndv故實(shí)際mmnZvaf0296.03804452.2.2根據(jù)指導(dǎo)書表2-2得高速鋼銑刀銑削公式為zadaaCFpfeFZZ86.0072.086.081.9查指導(dǎo)書表2-3得銑削力系數(shù)2.68FZC有NFZ139.19552160296.052.6881.986.072.086.02.3進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算查指導(dǎo)書表2-4，有如下表格參數(shù)比值不對(duì)稱銑削逆銑順銑ZLFF/1209ZVFF/0308ZCFF/0404故有縱向進(jìn)給方向NFNFLSLN625.175139.1959.0167.234139.1952.1工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向NFNFVSVN11.156139.1958.054.58139.1953.0工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向NFFCSCN055.78139.1954.