1工程學(xué)院課程設(shè)計說明書課程名稱：數(shù)控專業(yè)課課程設(shè)計設(shè)計題目：XY數(shù)控工作臺設(shè)計指導(dǎo)老師：設(shè)計：班級：學(xué)號：時間：2007年3月12日2007年3月23日論文（設(shè)計）任務(wù)書課程編號j1410031課程名稱專業(yè)課課程設(shè)計（機電、數(shù)控）周數(shù)32實施地點科技樓班級機制10311038班人數(shù)90起止時間07.3.1207.3.30形式集中分散指導(dǎo)教師論文（設(shè)計）進(jìn)度安排1方案論證-2天2機械部分設(shè)計-5天3電氣部分設(shè)計-3天4軟件設(shè)計-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）內(nèi)容任務(wù)是：設(shè)計一個數(shù)控X-Y工作臺及其控制系統(tǒng)。該工作臺可安裝在銑床上，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，工作臺加工范圍200mm150mm，最大移動速度為3m/min，制系統(tǒng)為單片機控制系統(tǒng)。設(shè)計的內(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、機械傳動系統(tǒng)簡圖、主要設(shè)計參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2機械部分的設(shè)計1）確定脈沖當(dāng)量；2）機械部件的總體尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量的估算；3）傳動部件、導(dǎo)向部件的設(shè)計、計算和選用；4）步進(jìn)電動機計算、選用；5）繪制機械結(jié)構(gòu)裝配圖。3數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計1）確定數(shù)控裝置方案（組成框圖、功能、主要設(shè)計參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2）電氣控制原理圖設(shè)計（CPU、存儲器、I/O接口電路及伺服驅(qū)動電路）。3）系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計（控制流程圖）和部分功能控制軟件設(shè)計（匯編程序及流程圖）。4編寫設(shè)計說明書要求(包括紀(jì)律要求和報告書要求)1圖紙要求1）機械結(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)計說明書要求說明書應(yīng)當(dāng)敘述整個設(shè)計的內(nèi)容，包括總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、機械傳動設(shè)計計算、電氣部分的設(shè)計說明，選用元件及其具體參數(shù)的說明、軟件設(shè)計及其說明等，說明書的不少于8000字。注：本表按自然班填寫。于動員時發(fā)給學(xué)生。不夠紙請另附頁。前言3設(shè)計目的數(shù)控機床課程設(shè)計是機電一體化專業(yè)教學(xué)中的一個重要的實踐環(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)系實際、解決實際問題能力的重要步驟。本課程設(shè)計是以機電一體化的典型課題-數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計方案的擬定為主線，通過對數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計總體方案的擬定、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計，計算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)過的機械、電子和微機方面的知識，進(jìn)行一次機電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生具有初步設(shè)計計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)計要求課程設(shè)計是機床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實踐環(huán)節(jié)之一。通過課程設(shè)計可以初步樹立正確的設(shè)計思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會運用手冊、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際能力，并在教師的指導(dǎo)下，系統(tǒng)地運用課程和選修課程的知識，獨立完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)。課程設(shè)計的內(nèi)容是改造設(shè)備，實現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設(shè)計訓(xùn)練。如精密執(zhí)行機構(gòu)（或裝置）的設(shè)計、計算機I/O接口設(shè)計和驅(qū)動電路以及數(shù)控化電氣原理設(shè)計等。說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：課程設(shè)計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、機械傳動設(shè)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(shè)計的內(nèi)容及方法，可以歸納如下：1.采用微型計算機（包括單片機）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計算機的選擇或單片機構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等。2.選用驅(qū)動控制電路，對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行控制。主要考慮計算機的選擇或單片機構(gòu)成電路的選用，考慮電機選擇及驅(qū)動力矩的計算，控制電機電路的設(shè)計。3.精密執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。主要是考慮數(shù)控機床工作臺傳動裝置的設(shè)計問題：要弄清機構(gòu)或機械執(zhí)行元件的主要功能（傳動運動、動力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運轉(zhuǎn)等），進(jìn)行力矩、負(fù)載功率、慣性（轉(zhuǎn)動慣量）、加（減）速控制和誤差計算。4.學(xué)會使用手冊及圖表資料。41.總體方案的確定1.1設(shè)計參數(shù)系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計參數(shù)如下表。設(shè)計分組最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺加工范圍（mm）最大移動速度416mm5mm2mm碳鋼X=200,y=1503m/min工作臺草圖1.2初選步進(jìn)電動機和絲杠當(dāng)傳動比i=1時，可用聯(lián)軸器直接將電機與絲杠連接，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)錯誤!未找到引用源。，b為步進(jìn)電機步距角Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程、p為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。選電動機型號為55BF009，其步矩角b=9.0選絲杠規(guī)格為2004-3(FYND)其導(dǎo)程為4mm,由傳動比公式pbLi3600得101.036049.0i故可用聯(lián)軸器將電機與絲杠直接連接。預(yù)選由廣州菱科自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LK13系列剛性聯(lián)軸器（）。1.3初定工作臺尺寸查機電一體化設(shè)計手冊，根據(jù)(GB/T158-1996)選工作臺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；由工作臺加工范圍200*150選工作臺尺寸24020020初定滾珠絲杠長度L340mmB5060Lx+B+102035451.4系統(tǒng)組成框圖B62.機械部分的設(shè)計2.1傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算2.1.1機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量查指導(dǎo)書表面2-18得20701.0cmkgJD2.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量由指導(dǎo)書公式2-3有2341078.0cmkgLDJS得234424.010340278.0cmkgJS2.1.3工作臺轉(zhuǎn)動慣量GJ由于工作臺材料為碳鋼，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)動慣量小故可忽略不計2.1.4總轉(zhuǎn)動慣量計算25214.00273.0424.00701.0cmkgJJJJGSD2.2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(zhuǎn),進(jìn)給運動為工作臺帶動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查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為min/380rn7實際切削速度為min/1.1910003801614.31000mndv故實際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)給工作臺工作載荷計算查指導(dǎo)書表2-4，有如下表格參數(shù)比值不對稱銑削逆銑順銑ZLFF/1209ZVFF/0308ZCFF/0404故有縱向進(jìn)給方向NFNFLSLN625.175139.1959.0167.234139.1952.1工作臺垂直進(jìn)給方向NFNFVSVN11.156139.1958.054.58139.1953.0工作臺橫向進(jìn)給方向NFFCSCN055.78139.1954.