前言數控工具機課程設計是機電一體化專業教學中的乙個重要的實踐環節，學生學完技術基礎課和專業課，特別是「數控技術及應用」課程後應用的，它是培養學生理論聯絡實際、解決實際問題能力的重要步驟。本課程設計是以機電一體化的典型課題---數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體電路的設計，使學生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，從而培養學生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。
課程設計是工具機數控系統課程的十分重要實踐環節之一。通過課程設計可以初步樹立正確的設計思想，了解有關的工業政策，學會運用手冊、標準、規範等資料；培養學生分析問題解決問題的實際能力，並在教師的指導下，系統地運用課程和選修課程的知識，獨立完成規定的設計任務。
課程設計的內容是改造裝置，實現以下幾部分內容的設計訓練。如精密執行機構（或裝置）的設計、計算機i/o介面設計和驅動電路以及數控化電氣原理設計等。
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、電氣執行元件的選用說明、機械傳動設計計算以及機械和電氣及其他部分（如環形分配器等）的說明。
該課程設計的內容及方法，可以歸納如下：
1.採用微型計算機（包括微控制器）進行資料處理、採集和控制。主要考慮計算機的選擇或微控制器構成電路的選用、介面電路、軟體編制等。
2.選用驅動控制電路，對執行機構進行控制。主要考慮計算機的選擇或微控制器構成電路的選用，考慮電機選擇及驅動力矩的計算，控制電機電路的設計。
3.精密執行機構的設計。主要是考慮數控工具機工作台傳動裝置的設計問題：
要弄清機構或機械執行元件的主要功能（傳動運動、動力、位置裝置、微調、精密定位或高速運轉等），進行力矩、負載功率、慣性**動慣量）、加（減）速控制和誤差計算。
4.學會使用手冊及圖表資料。
1.總體方案的確定
1.1設計引數
系統解析度為0.01mm，其它設計引數如下表。
工作台草圖
1.2初選步進電動機和絲槓
當傳動比i=1時，可用聯軸器直接將電機與絲槓連線，這種結構有利於簡化結構，提高精度。由 i= (公式2-1)，θb為步進電機步距角lo為滾珠絲槓導程、為系統脈衝當量。
選電動機型號為55bf009，其步矩角=
選絲槓規格為2004-3(fynd) 其導程為4mm,
由傳動比公式得
故可用聯軸器將電機與絲槓直接連線。
預選由廣州菱科自動化裝置****生產的lk13系列剛性聯軸器（
1.3初定工作台尺寸
查《機電一體化設計手冊》，根據(gb/t 158-1996)選工作台t型槽尺寸如下：
深度h=15mm
槽低寬度b＝12mm
槽寬a＝6mm
c＝6mm
槽數＝5，間隔＝40mm
；由工作台加工範圍200*150選工作台尺寸
240200
20初定滾珠絲槓長度l＝340mm
b50~60 lx+b+10~20 35~45
1.4系統組成框圖
2.機械部分的設計
2.1傳動系統等效轉動慣量計算
2.1.1機轉子轉動慣量查《指導書》表面2-18得
2.1.2絲槓的轉動慣量由《指導書》公式2-3有得
2.1.3工作台轉動慣量
由於工作台材料為碳鋼，故其質量為
由於聯軸器的轉動慣量小故可忽略不計
2.1.4總轉動慣量計算
2.2工作載荷分析及計算
銑削運動的特徵是主運動為銑刀繞自身軸線高速迴轉,進給運動為工作台帶動工件在垂直於銑刀軸線方向緩慢進給(鍵槽銑刀可沿軸線進給).銑刀的型別很多，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，選擇細齒錐柄立銑刀， 其尺寸引數如下：
d=16mm,齒數z=4。
2.2.1
查《金屬切削手冊》p417細齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度
查《銑工》表2－4，初選＝0.03mm
因此可得
查《機械製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，查其轉速表並將轉速圓整為
實際切削速度為
故實際2.2.2
根據《指導書》表2-2得高速鋼銑刀銑削公式為
查《指導書》表2-3得銑削力係數
有2.3進給工作台工作載荷計算
查《指導書》表2-4，有如下**引數
故有縱向進給方向
工作台垂直進給方向
工作台橫向進給方向
2.4滾珠絲槓螺母副的選型和校核
2.4.1最大工作載荷的計算
滾珠絲槓上的工作載荷為走刀抗力，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。
由於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，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，由式2-11
將所得資料代入公式有：
2.4.2最大動負載c的計算及主要尺寸初選
滾珠絲槓最大運載荷
由《指導書》中可知
2.4.3傳動效率計算
滾珠絲槓螺母副的傳動效率為
查得（或可由算出）
2.4.4剛度驗算
絲槓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
由《指導書》式2-17得
式中為滾珠直徑，
為滾珠總數量
滾珠絲槓副剛度的驗算
絲槓總變形量
變形量要少於定位精度得一半，即0.01/2=0.005
=0.00369<0.005
因此符合設計要求。
資料**
2.4.5壓桿穩定性驗算
由《指導書》式2-18 失穩時的臨界載荷為
絲槓截面慣量矩
查《指導書》表2-11得
穩定性安全係數
故絲槓符合要求
2.5導軌的選型和計算
由於選擇的導軌為直線滾動導軌由《指導書》式2-20
l＝50（）
每個滑塊的的工作載荷
取硬度係數＝0.53、=1、＝0.81、＝2
預設導軌壽命l=50km 則根據此壽命可算出
＝ 3267kn
故選導軌型號gda20sv符合要求，查《指導書》表2－16可知其=12.4kn
資料**
2.6驅動電機的選用
根據脈衝當量和最大靜轉矩初選擇電機
2.6.1步距角的選擇
已知脈衝當量
由公式2-23
2.6.2步進電機輸出轉矩的選擇
查《指導書》表2-17得步進電機啟動轉矩與最大靜轉矩的關係有
2.6.2.1加速度力矩
2.6.2.2空載摩擦力矩（取傳動系統總效率）.、,
2.6.2.2附加摩擦力矩
為滾珠絲槓未預緊時的傳動效率取
故電機空載啟動力矩
作用在工作台的合力的計算，逆銑的時候合力大
作用在工作台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
故運動部件正常執行時需的最大靜轉矩
此處取0.5代入得
按步進電機最大靜轉矩選擇要求
所以， 查表2-18選擇步進電機55bf009
2.6.3啟動矩頻特性校核
查《指導書》圖2-21步進電機啟動矩頻特性曲線
當啟動力矩時對應的允許啟動頻率，而由表2-18查得電機的啟動頻率
，保證了電機快速啟動時不丟步。
執行矩頻特性校核
快速進給執行矩頻特性校核：
由式2-34得，快進力矩
查《指導書》2-22得，允許快進頻率
由式2-33得電機最高快進頻率
，故電機快速進給時不丟步。
2.6.4工進執行矩頻特性校核
工進時步進電機的執行頻率為
工進時步進電機執行所需力矩
工作負載力矩
查《指導書》圖2-22得允許工進執行力矩
滿足設計要求，故可選用此電機。
3.數控系統的設計
3.1硬體設計（硬體詳細接線圖見圖紙3）
3.2步進電機開環伺服原理
3.3步進電動機的控制框圖
3.4軟體程式設計（逐點比較法直線插補）
3.4.1
用逐點比較法進行直線插補計算，每走一步，都需要以下四個步驟：
偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個方向進給和採用哪個偏差計算公式。
座標進給：根據直線所在象限及偏差符號，決定沿+x、+y、-x、-y的哪個方向進給。
偏差計算：進給一步後，計算新的加工偏差。
終點判別：進給一步後，終點計數器減1。若為零，表示到達終點停止插補；不為零，則返回到第一步繼續插補。
終點計數判別可用兩個方向座標值來判斷，也可由乙個方向的座標值來判斷。當xe>ye，可用x方向走的總步數xe作為終點判別的依據，如動點x等於終點xe則停止。當xe由此，第一象限直線插補程式的演算法如下：
（1） 判別fm是大於0還是小於0。
（2） 若，則向+x方向輸出一進給脈衝，計算新偏差fm=fm-ye，並修改動點座標為x=x+1；若,則向=y方向輸出一進給脈衝，計算新偏差fm=fm+xe，並修改動點座標為y=y+1。
（3） 終點判別：若x=xe（y=ye），則停止插補運算。否則轉入第一步，重複上述步驟。
第一象限直線插補程式框圖如下圖：
3.4.2程式設計
設計程式時，在ram資料區分別存放終點座標值xe，ye，動點座標值x，y，偏差fm。對8位機，一般可用2位元組，而行程較大時則需用3位元組或4位元組才能滿足長度和精度要求。此外，所有的資料區必須進行初始值、x、y向步進電機初態（控制字）。
插補程式所用的記憶體單元如下：
電機正反轉控制字為：
d1d0為x向電機控制位。d0=1執行，d0=0停止；d1=1正轉，d1=0反轉。d3d2為y向電機控制位。d2=1執行，d2=0停止；d3=1正轉，d3=0反轉。
第一象限直線插補的程式：
org 2000h
main：mov sp, #60h
lp4: mov 28h, #0c8h;
mov 29h, #0c8h;
x y數控工作台說明書
數控臺銑x y工作台進給伺服系統設計 指導老師 班別 姓名學號 目錄 第一章系統的總體方案設計2 第二章機械系統設計3 2.1 脈衝當量和傳動比的確定3 2.2 傳動系統等效轉矩慣量計算3 2.3 工作載荷分析及計算4 2.4 滾珠絲槓螺母副的選型和校核5 2.5 導軌的選型和計算8 2.6 驅動電...
三座標工作台控制系統設計
1總體方案的確定 1.1引言 現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由於微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構 產品機構 功能與構成 生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產...
X Y二維工作台設計
總體設計非常重要，是對一部機器的總體布局和全域性的安排。總體設計是否合理將對後面幾步的設計產生重大影響，也將影響機器的尺寸大小 效能 功能和設計質量。所以，在總體設計時應多花時間 考慮清楚，以減少返工現象。cnc二維工作台主要是由工作台滑板 滑塊 直線移動導軌 螺旋傳動 絲槓 機構 驅動電機 控制裝...