本科毕业设计（论文）通过答辩目录绪论 (4)第一章：总体方案设计 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 总体方案确定 (6)第二章：机械系统设计 (6)2.1 工作台外形尺寸及重量估算 (7)2.2滚动导轨的参数确定 (8)2.3 滚珠丝杠的设计计算 (11)2.4 电机的选用 (14)2.5 伺服电机惯性负载的计算 (15)2.6 轴承的选用 (15)2.7 轴承的类型 (15)2.8 轴承调隙、配合及润滑 (15)2.9 滚动轴承的密封装置 (16)2.10 本章小结 (16)第三章控制系统硬件设计 (16)3.1 CPU板 (16)3.2 驱动系统 (19)3.3 传感器及软硬件设计 (20)第四章控制系统软件设计 (25)4.1 总体方案 (25)4.2 主流程图 (25)4.3 INT0中断服务流程图 (26)4.4 INT1中断服务流程图 (27)第五章参考文献 (20)任务书班级：学号：姓名：题目：双坐标数控工作台设计（200×200）时间：2009年11月6日至2009年12月25日共6周要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。
（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机）具体任务：1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）；2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件；3、机械部分装配图1张（A0）；4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图1张（A1或A0）；5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。
班级：学生：指导教师：第一章、总体方案设计1.1 设计任务设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。
（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机）1.2 总体方案确定（1）根据设计任务及机电一体化产品的一般设计法，我采用三阶段法，即总体设计、部件与零件的选择与设计。
考虑人、机、成本等因素，产品的可靠性、适用性与完善性设计最终我应尽力在保证的目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。
（2）系统的运动方式与伺服系统本工作台是双坐标联动进给方式工作，故应用点位控制系统。
定位方式采用增量坐标控制。
为了简化结构，降低成本，设计时初步采用步进电机及适当位置检测元件半闭环环伺服系统驱动X-Y工作台，以提高系统可靠性（由于工作台控制精度为0.001mm，经计算，步进电机最高运行频率不能满足要求）。
因此，重新选择直流伺服电机，配合速度、位置传感器，组成闭环控制系统。
（3）控制计算系统设计将采用高性能ATM的AT89S52单片机控制系统（集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比）。
控制系统由微型计算机部分、键盘、LED、I/O接口、直流伺服电机、光栅、PWM 控制器、功率放大器及传感检测电路等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。
LED显示数控工作台的状态。
（4）双坐标工作台的传动系统根据设计任务要求以及保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用滚珠丝杠螺母传动副。
为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。
滚动导轨的选型：由于工作台的运动载荷不大（查表知为轻载型），因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。
采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。
直流伺服电机的选型：考虑电机转速、转矩等和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，采用光栅检测、闭环控制系统。
系统总体框图第二章、机械系统设计2.1、工作台外形尺寸及重量估算工作台尺寸：长⨯宽⨯高320×160×15重量：按重量=体积×材料比重估算320×160×15×10-3×7.8×10-2=60NX向拖板（上拖板）尺寸：长⨯宽⨯高200×160×60重量：按重量=体积×材料比重估算200 ×160×60×10-3×7.8×10-2=130NY向拖板（下拖板）尺寸：(160+200) ×160×30200×160×30×10-3×7.8×10-2=90N上动导轨座重量：单个质量×重力加速度×数量0.5×10×4 重量：按重量=单个质量×重力加速度×数量0.5×10×4=20N下动导轨座重量：单个质量×重力加速度×数量 1.2×10×4 重量：单个质量×重力加速度×数量1.2×10×4=48N上静导轨重量：（2.2kg/m）重量=比重×长度×数量 2.2×（160+200）×10-3×2=16N下静导轨重量：（4.3kg/m）重量=比重×长度×数量 4.3×（160+200）×10-3×2=32N工件及夹具总重约：100N因此：上导轨承受总重约60+20+100=180N（工作台、上动导轨、工件等）下导轨承受总重约180+48+270+16+32=546N（上导轨总重、下动导轨、X向托板、上下静导轨）2.2、滚动导轨的参数确定任务书所要设计数控车床工作台，工作行程为200×200mm，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小（0.001mm/step），定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。
⑴、导轨型式：工字形截面滚珠导轨⑵、导轨长度①上导轨（X向）动导轨长度l1=160mm动导轨行程l2=200mm支承导轨长度L= l1+l2=360mm②下导轨（Y向）动导轨长度l1=160mm动导轨行程l2=200mm支承导轨长度L= l1+l2=360mm选择导轨的型号：511H20A2DWES2SM(如图)⑶、直线滚动轴承的选型①上导轨G x=180N②下导轨G y=550N由于本系统负载相对较小，查表后得出511H20A2DWES2SM直线滚动轴承的额定动载荷为14400N,远大于实际动负载；可以选用。
⑷、滚动导轨刚度及预紧方法当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。
当导轨在中间位置，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到偏左或偏右时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。
此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。
2.3、滚珠丝杠的设计计算伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足0.001mm脉冲当量的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，且任务书要求选用滚珠丝杠。
滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。
滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。
应按铣削时的情况计算。
⑴、最大动负载Q 的计算H Q f P ω查表得系数1f ω=，1H f =，寿命值66010nTL =查表得使用寿命时间T=15000h ，初选丝杠螺距t=4mm ，得丝杠转速max 100010001250(/min)4V n r t ⨯=== 所以 6602501500022510L ⨯⨯== X 向丝杠牵引力P x =1.414f 当G x （f 当--当量摩擦系数）=1.414×0.01×G X=1.414×0.01×180=2.55NY 向丝杠牵引力P y 1.414f 当G y （f 当--当量摩擦系数）=1.414×0.01×G y=1.414×0.01×550=7.78N所以最大动负荷X 向Y 向查表，取滚珠丝杠公称直径 d 0=10mm ，选用滚珠丝杠螺母副的型号SFK1004，其额定动载荷为390N ，足够用。
⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算表2-1 滚珠丝杠螺母副几何参数⑶、传动效率计算7.260.973()(7.260.2)tg tg tg tg γηγϕ===++式中：ϕ——摩擦角；γ——丝杠螺纹升角。
⑷、刚度验算滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程0L 的变化量 VL 1=PL 0/EFY 向所受牵引力大，故应用Y 向参数计算P=47.3（N ） L0=0.4（cm ） E=20.6×106 （N/cm2） (材料为钢)()2220.7983.140.52F R cm π⎛⎫=== ⎪⎝⎭所以：丝杠因受扭矩而引起的导程变化量VL 2很小，可以忽略。
故VL=VL 1所以导程总误差δ=VL ×(100/L 0)=2.12×10-6×（100/0.4）=5.25(um/m) 查表知E 级精度的丝杠允许误差15m μ，故刚度足够。
⑸、稳定性验算由于导轨承受大部载荷，丝杠基本不承受载荷，故不需要稳定性验算。
2.4、电机的选用1．试选步进电机⑴、步进电机的最高工作频率f max =1000v max /60δ=1000×1/60×0.001=16667(Hz)查表选步进电机。
电机的有关参数见表2-2。
表2-2 步进电机参数 )cm (0.196⑵、由f max知，所要求的工作频率太高，步进电机达不到要求，再者，任务书规定的脉冲当量达到0.001mm，定位精度达到微米级，空载最快移动速度1000mm/min，故本设计不能采用步进电动机，只能选用伺服电动机，所以改变设计方案，选用直流伺服电机进行设计。
2.伺服电机试选许多机械加工需要微量进给。
要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。
对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。
在闭环系统中，广泛采用直流伺服电机作为执行单元。