1、题目：三轴立式高速加工中心 X、Y 工作台设计1 设计的目的及意义1.1 三轴立式高速加工中心 X、Y 工作台设计的目的使工作台实现数控控制；让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工；提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备 XY工作台高速加工改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；通过对设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；通过设备的数控系统硬件和软件设
2、计，掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。1.2 三轴立式高速加工中心 X、Y 工作台设计的意义工作台是机床上必不可少的部件，因此工作台的设计具有重要意义，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。三轴立式高速加工中心X、Y 工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能保证一定的精度。降低成本，是微机控制技术的最简单的应用，它充分的利用了微机的软硬件功能以实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步提高。随着经济的发展，机械行
3、业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和劳动生产率，而且能有效的适应多品种，小批量的市场经济的需要，使之更有效的发挥经济效益和社会效益。1.3 国内外的研究现状分析一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的 XY 工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的
4、采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。1.4 设计方案比较三轴立式高速加工中心导轨类型分为：滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等类型。在本设计中采用滚动导轨，其原因是：a.灵敏度高，运动平稳，低速移动时不易出现爬行
5、现象；b.定位精度高；c.摩擦阻力小，移动轻便，磨损小，精度保持性好，寿命长。在传动方面有齿轮传动和滚珠丝杆传动等类型。在本设计中采用滚珠丝杆传动，因为采用滚珠丝杆有一下优点：a.承载小；b.移动速度快；c.噪音低；d.定位精度高等。驱动系统有直线电动机、伺服电动机、步进电动机、开关磁阻电动机等，在经济数控机床上，考虑其成本和性能，通常采用开环步进电机，所以在本设计中选择步进电机。在控制系统方面，可采用单片机和 PLC 进行控制，在本设计中采用的是MCS-51 系列单片机，因为它价格低廉、性能优越，完全能满足本设计的要求。1.5 选型分析系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确
6、的运动关系因此采用连续控制方式。伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。闭环伺服系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件来检测实际位移量，能补偿系统的传动误差。因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动。闭环系统造价高，结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。. 考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。计算机系统的选择采用 MCS-51 系列中的 8031 单片机
7、扩展控制系统。MCS-51 单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。XY 工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率 0.01mm 的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。1.6 发展趋势随
8、着国际上各种技术的突飞猛进的发展，工作台的功能也向多功能复合化发展，工作台也会不断采用数控技术、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着运行高速化、加工高精化、功能复合化、控制智能化等方向发展。2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。2.1.选题依据现代机械产品向着好精度、高自动化和高可靠性发展、具有机电结合和多学科技术结合的特点，纯机械的产品越来越少，而且更新换代速度快，对这些要求、立体多轴的数控技术得起保证作用，当前、机械产品在国内外时常是否有竞争力、很大程度取决于时空技术的发展、推广与应用。 因此，大力推广发展立体多轴数控技术，用立体多轴数控技术改造传统制造工业，有着深远的意义 2.2
9、 重点研究内容运动部件相关力的计算，传动及导向元件的设计与选择、系统脉冲当量的确定、步进电机选型，绘制 XY 工作台的装配图及其控制系统电气原理图等。2.3 研究思路及方案设计一个数控 X-Y 工作台及其控制系统，该工作台可安装在钻床和铣床上用于钻削和铣削加工；收集相关资料及图纸：a.X-Y 工作台外观图 ；b.机械装配图 ；c.数控系统组成框图 ；d.数控系统电气原理图 ；c.部分软件设计。确定改造目标、X-Y 工作台参数；编写开题报告；确定改造总体方案；确定机械改造方案（包括丝杆、导轨、传动装置的选型确定） ；a.确定系统脉冲当量；b.运动部件惯性计算；c.计算伺服电机参数；d.传动及导向
10、元件的设计、计算、校核；e.其它相关零件的选型及计算。确定驱动系统改造方案；确定数控系统改造方案；3.工作进度及具体安排。起止日期 工作内容2011.12.12011.12.10 选择毕业设计课题，下达设计任务书2011.12.112012.1.10 查阅资料，撰写开题报告2012.1.132012.2.21 调研，查阅资料2012.2.222012.3.20 设计方案选择与论证2012.3.212012.4.10 总体设计2012.4.112012.4.30 零部件设计，中期报告2012.5.012012.5.30 理论计算，撰写毕业论文2012.5.312012.6.15 提交设计材料，准备毕业答辩4.指导教师意见。指导教师： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。
