机械电子方课程设计
题目：机电传动单数控台设计
学 院： 机电工程学院
班 级：
学生姓名：
学 号
指导教师：
完成时间：
目 录
第章前言 1
第二章课程设计具体务 1
21设计务介绍意义 1
22 设计务明细 2
23 设计基求 2
第三章总体方案设计 2
31 设计基 2
32 总体方案确定 3
第四章机械部分设计 4
41 导轨选择 4
42 导轨设计程序容 4
43 机械传动系统设计核算 6
44 联轴器电机选型 12
第五章电气控制系统设计 15
51 电气控制系统设计基原 15
52 步进电机简介 15
53 单片机选择 15
54 放电路高耐压电流复合晶体IC—ULN2003 简介 16
55 机接口设计 18
第六章设计总结 21
参考文献 22
第章前言
现代科学技术断发展极推动学科交叉渗透导致工程领域技术革命改造机械工程领域微电子技术计算机技术迅速发展机械工业渗透形成机电体化机械工业技术结构产品机构功构成生产方式理体系发生巨变化工业生产机械电气化迈入机电体化特征发展阶段
数控技术装备发展新兴高新技术产业尖端工业技术基装备 先进制造技术装备核心技术数控技术数字信息机械运动工作程进行控制技术 数控装备数控技术代表新技术传统制造产业新兴制造业渗透形成机电体化产品 技术范围覆盖领域XY数控工作台许机电体化设备基部件数控车床—横进刀机构电子元件表面贴装设备等模块化XY数控工作台通常导轨座移动滑块工作丝杠螺母副伺服电动机等部件构成中伺服电动机做执行元件驱动滚珠螺旋丝杠丝杠螺母带动滑块工作台导轨运动完成工作台XY方直线移动导轨副丝杠螺母副伺服电动机等均已标准化专门厂家生产设计时需根工作载荷选取控制系统根需选取标准工作控制计算机设计专微机控制系统
第二章课程设计具体务
21设计务介绍意义
（1）课程设计题目
机电传动单数台设计
（2）容包括
①机械传动结构设计 ②电气测控系统
（3）课程设计意义
①培养学生综合运学基础理专业知识独立进行机电控制系统(产品)初步设计工作结合设计试验研究课题进步巩固扩知识领域
②培养学生搜集阅读综合分析参考资料运种标准工具书籍编写技术文件力提高计算绘图等基技
③培养学生掌握机电产品设计般程序方法进行工程师基素质训练
④树立正确设计思想严肃认真工作作风
22 设计务明细
（1）电机驱动方式：步进电机直流伺服电机交流伺服电机
（2）机械传动方式：螺旋丝杆滚珠丝杆步皮带链传动
（3）电气控制方式：单片微机控制PLC 控制
（4）功控制求：速度控制位置控制
（5）设计参数：单工作行程——180015001200 mm
移动负载质量——10050 kg
负载移动阻力——50100 N（估算值）
移动速度控制——36 mmin
速度控制精度±05实现行程（位置）控制控制精度±001mm
±01mm
23 设计基求
（1）方案设计：根课程设计务求搜集纳分析资料基础明确系统功确定实现系统功原理方案种方案进行分析评价进行方案选优
（2）总体设计：针具体原理方案通动力总体参数选择计算进行总体设计出机械系统控制原理图部件图（A1张）
（3）电气原理图：根控制功求完成电气控制设计处电气控制电路原理图（A2张）
（4）成果展示：课程设计成果集中表现课程设计说明书绘制设计图纸完成课程设计说明书份字数3000 字设计图纸少两张
（5）绘图说明书：计算机绘图手工绘图印说明书
第三章总体方案设计
31 设计基
（1）步进电动机种电脉信号进行控制电脉信号转换成相应角位移位移控制电机直线位移量角位移量电脉数成正电机线速度转速脉频率成正通改变脉频率高低范围调节电机转速快速启动制动反转时电机运动方取决控制绕组通电序步进电动机适合作数字控制系统伺服元件混合式步进电动机步距角启动运行频率较高消耗功率
（2）滚珠丝杆螺母副数控机床中回转运动转换直线运动常装置滚珠滚动代丝杆螺母副中滑动摩擦力具良性滚珠丝杆工作原理丝杆螺母加工弧形螺旋槽套装起时便形成螺旋道滚道装满滚珠滚珠滚道滚动回珠道作周复始循环运动回珠道两端起挡滚珠作防止滚珠滚道掉出特点：①摩擦阻力传动效率高（般90）②运转稳启动时颤动低速时爬行 ③ 螺母螺杆调整预紧高定位精度（5 μm 300mm）重复定位精度提高轴刚度④工作寿命长易发生障适金属切削机床测试机械仪器传动螺旋调整螺旋等
（3）单片机种集成电路芯片采超规模集成电路技术具数处理力中央处理器CPU机存储器RAM读存储器ROM种IO口中断系统定时器计时器等功（包括显示驱动电路脉宽调制电路模拟路转换器AD转换器等电路）集成块硅片构成完善微型计算机系统工业控制领域广泛应单片机广泛应仪器仪表家电器医设备航空航天专设备智化理程控制等领域编程逻辑控制器（Programmable Logic ControllerPLC）采类编程存储器部存储程序执行逻辑运算序控制定时计数算术操作等面户指令通数字模拟式输入输出控制种类型机械生产程
32 总体方案确定
参数初设：
（1）电机驱动方式：步进电机
（2）机械传动方式：滚珠丝杠
（3）电气控制方式：单片机控制
（4）功控制求：速度控制
（5）设计参数：单工作行程：1800mm
移动负载质量：100kg
负载移动阻力：100N
移动速度控制：0～6mmmin
实现行程（位置）控制控制精度±001mm
选矩形导轨工作台滑动摩擦系数 μ015
丝杠两端固定支撑（EF）支座安装圆锥滚子轴承 安装时进行预拉伸
第四章机械部分设计
41 导轨选择
导轨性坏直接影响机床加工精度承载力性导轨满足基求：结构简单良导精度精度保持性低速运动稳性工艺性导轨作进系统重环节类型机床导轨求数控机床导轨普通机床导轨求高高速进时发生振动低速进时出现爬行现象灵敏度高耐磨性长期重载连续工作精度保持性等
42 导轨设计程序容
（1） 根工作条件选择导轨类型SVR28
（2）选择导轨截面形状保证导精度（表1中图示）
（3）选择适导轨结构尺寸定载荷工作温度范围足够刚度良耐磨性运动轻便稳
（4）选择导轨补偿调整装置长期通调整保持需导精度
（5）选择合理润滑方法防护装置导轨良工作条件减少摩擦磨损
（6）制订保证导轨必须技术条件选择适材料热处理精加工测量方法等
表1 SVR28型直线滑动矩形导轨
类型
直线滑动矩形导轨
截面形状
结构尺寸
单位
H
B
±0005
±0005
K
T
mm
28
32
20
11
42
225
75
间隙调整装置
镶条
导轨材料热处理
灰铸铁时效处理
43 机械传动系统设计核算
表2滚珠丝杠轴承设计核算
序号
计算项目
单位
计算
计算结果
1
丝杆载荷：
导轨摩擦力
强力切削时载荷
般铣削时载荷
精铣时载荷
快移载荷
N
N
N
N
N
≈180
2180
1180
680
180
2
电机转速（）
丝杠转速（快移）
强力铣削
般铣削
精密铣削
rmin
rmin
rmin
rmin
rmin
假设电机转速1500
1500
1000
60
80
100
3
丝杠导程
mm
移动速度6mmin
mmmin
6
4
量转速
量负载
rmin
N
133
1038
5
初选滚珠丝杆
（1）计算动载荷
（2）求寿命
（3）综合系数
（4）滚珠丝杠副型号
N
h
推荐寿命15000h
查表：
表2827选FFZD型循环浮动返
双螺母垫片预紧滚珠丝杠副型号FFZD3206额定动负载>
预紧力
11592
311
063
0442
符合求
6
丝杠螺纹部分长度
mm
工作台行程（1800）+螺母长度（102）+两端余程（40）
1982
7
支承距离
mm
支承跨距应
2100
8
（1）界转速核算
（2）丝杠底径
（3）支承方式系
数
（4）界转速计算 长度
rmin
m
m
查表：
表2866查
求
3651
00272
473
195
符合求
9
压杆稳定校核
两端固定支承丝杠受压缩必校核稳定性
10
预拉伸计算
（1）温升引起伸长量
（2)丝杠全长伸长量
（3）预拉力
N
取温升3℃
6541
693
4264
11
轴承选择
轴端结构
轴承型号
选择固定支承EF型轴端
轴端结构
轴承型号7602020TVP
EF型
轴端结构
型号7602020TVP
12
参数尺寸
（1）预紧力确定
（2）疲劳强度计算额定动载荷C
N
N
表查：
>131779N
轴承负载计算公式校核
进方变负载取
均值4246N初选7602020TVP型轴承额定动负载20960N改7603020TVP型轴承参数：
5336
符合求
20960
满足寿命求
13
定位精度校核
（1）丝杠拉压载荷弹性位移
（2）丝杠螺母间接触变形
（3）轴承接触变形
（4）丝杠系统总位移
（5）定位精度
快移时
强力铣削时
精密铣削时
查表2827滚珠丝杠接触刚度：
快移时
强力铣削时
精密铣削时
快移时
强力铣削时
精密铣削时
快移时
强力铣削时
精密铣削时
发生螺母处丝杠种部处螺母位置关求位移均mm查表28182821取丝杠精度1级意300mm行程公差6满足速度控制精度±05求
077
937
292
016
190
059
064
773
241
157
1900
592
满足定位精度求
设计丝杠结果：
选丝杠副型号FFZD3206两端支承EF型轴承型号角接触球轴承7603020TVP
44 联轴器电机选型
表3联轴器电机计算
序号
计算项目
单位
计算
计算结果
1
工件速度
mmin
6
2
滑动部分质量
kg
100
3
丝杠导程
m
0006
4
丝杠长度
m
1982
5
丝杠直径
m
00272
6
联轴器质量
kg
116
7
联轴器外径
m
0080
8
摩擦数
03
9
加速时间
s
025
10
机械效率
09
11
电动机转速
rmin
1000
12
（1） 滑动部分转动惯量
（2）滚珠丝杠转动惯量
（3）联轴器转动惯量
（4）折算电机轴转动惯量
（设滚珠丝杠材料铁密度）
初选联轴器直径选19mm选凸缘联轴器GY1质量116kg外径0080mm
13
折算电机轴负载转矩
2434
14
电动机轴加速转矩
中电动机转动惯量
15
折算电机轴总转矩
16
电动机选型
取安全系数K25必需转矩
初步选定电动机型号110BYG350CH0501转子惯量
110BYG350CH0501静转矩（保持扭矩）12＞945满足求步距角
378
945
17
电动机验算
工件快速度应电动机转速应运行频率
图距频特性曲线出速度（频率）时电动机输出转矩4>378电动机满足求
10000
电动机满足求
18
精度校核
三相异步电机取脉量求满足求
符合求
选电动机联轴器结果：
电动机型号110BYG350CH0501三相六拍联轴器选凸缘联轴器型号GY1
第五章电气控制系统设计
51 电气控制系统设计基原
电气控制系统设计程中应遵循原：
（1）限度满足机床工艺电气控制求
（2） 满足控制求前提设计方案应力求简单济实
宜盲目追求动化高性指标
（3）妥善处理机械电气关系生产机械采机电结合控制方式实现控制求工艺求制造成机械电气结构复杂性维护等方面协调处理二者关系
（4）电气系统安全性性放首位确保安全
（5）合理选电器元件
52 步进电机简介
步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响电机加脉信号电机转步距角线性关系存加步进电机周期性误差累积误差等特点速度位置等控制领域步进电机控制变非常简单
三相电动机工作原理：电动机三相定子绕组（相差120度电角度）通入三相称交流电产生旋转磁场该旋转磁场切割转子绕组转子绕组中产生感应电流（转子绕组闭合通路）载流转子导体定子旋转磁场作产生电磁力电机转轴形成电磁转矩驱动电动机旋转电机旋转方旋转磁场方相
53 单片机选择
单片机种集成电路芯片采超规模集成电路技术具数处理力中央处理器CPU机存储器RAM读存储器ROM种IO口中断系统定时器计时器等功（包括显示驱动电路脉宽调制电路模拟路转换器AD转换器等电路）集成块硅片构成完善微型计算机系统
89C51种带4K字节闪烁编程擦读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压高性CMOS8位微处理器俗称单片机单片机擦读存储器反复擦100次该器件采ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造工业标准MCS51指令集输出脚相兼容功8位CPU闪烁存储器组合单芯片中ATMEL89C51种高效微控制器89C2051种精简版89C单片机嵌入式控制系统提供种灵活性高价廉方案
54 放电路高耐压电流复合晶体IC—ULN2003 简介
（1）ULN2003A7路反器电路输入端高电时ULN2003A输出端低电输入端低电时ULN2003A输出端高电动化密集场合会控元件继电器微型电机风机电磁阀空调水处理等元件设备设备通常CPU集中控制控制系统直接驱动控元件需功率电路扩展输出电流满足控元件电流电压ULN2XXXX高压电流达林顿晶体阵列系列产品属类控功率器件类器件功强应范围语广许公司生产高压电流达林顿晶体阵列产品形成种系列产品原理图：
（2）ULN2003 工作电压高工作电流灌电流达500mA够关态时承受50V 电压输出高负载电流行运行ULN2003 脚图示
引脚1：CPU 脉输入端端口应信号输出端
引脚2：CPU 脉输入端
引脚3：CPU 脉输入端
引脚4：CPU 脉输入端
引脚5：CPU 脉输入端
引脚6：CPU 脉输入端
引脚7：CPU 脉输入端
引脚8：接
引脚9：该脚部7 续流二极负极公端二极正极分接达林顿集电极感性负载时该脚接负载电源正极实现续流作果该脚接实际达林顿集电极接通
引脚10：脉信号输出端应7 脚信号输入端
引脚11：脉信号输出端应6 脚信号输入端
引脚12：脉信号输出端应5 脚信号输入端
引脚13：脉信号输出端应4 脚信号输入端
引脚14：脉信号输出端应3 脚信号输入端
（3）单片机硬件接线图：
55 机接口设计
次电气设计中根台速度控制设计分3铣削档铣削类型次快进精密铣削强力铣削分三键构成时七段译码组成输入端输出端构成简单机接口电动机转动方正转反转两种两键构成台两端两触碰开关闭合否判断工作台否运行端头
56 单片机程序
#include
sbit P1_0P1^0
sbit P1_1P1^1
sbit P1_2P1^2
sbit P1_3P1^3
sbit P1_4P1^4
sbit P1_5P1^5
sbit P1_6P1^6
sbit P1_7P1^7
sbit P0_0P0^0
sbit P0_1P0^1
sbit P0_2P0^2
sbit P0_3P0^3
sbit P0_4P0^4
sbit P3_4P3^4
sbit P3_5P3^5
sbit P3_6P3^6
sbit P3_7P3^7
unsigned char idata step0 step电机运转步数
unsigned char idata high0
unsigned char idata low0
unsigned char idata mode0 mode铣削模式
unsigned char idata direct0 direct电动机运转方
void main(void) 程序
{
EA1 允许外部中断
EX11
PX11
P1_60
P1_70
while(1) 引外部中断程序
{
}
}
void output()
{
step++
if(step252)step0 电机运转步数252时电机初始状态
致
if(direct1&&P1_51) 电机正转工作台未台右端端头
switch(step6) 电机运行转数
{
case 0P30x3Fbreak
case 1P30x7Fbreak
case 2P30x5Fbreak
case 3P30xDFbreak
case 4P30x9Fbreak
case 5P30xBFbreak
}
if(direct0&&P1_41) 电机反转工作台未台左端端头
switch(step6)
{
case 0P30xBFbreak
case 1P30x9Fbreak
case 2P30xDFbreak
case 3P30x5Fbreak
case 4P30x7Fbreak
case 5P30x3Fbreak
}
}
void time_0() interrupt 1 计数器中断程序
{
output()
TH0high
TL0low
}
void int_1() interrupt 2 外部中断程序
{
if(P0_00)
{
mode1 1代表快进工作模式
P1P1&0xF0|mode 译码输出字符台左右两端开关
状态
high0xFF
low0x9C
}
if(P0_10)
{
mode2 2代表精密铣削工作模式
P1P1&0xF0|mode
high0xFC
low0x18
}
if(P0_20)
{
mode3 3代表强力铣削工作模式
P1P1&0xF0|mode
high0xF9
low0x7D
}
if(P0_30)
{direct1P1_71P1_60} 1代表电动机正转
if(P0_40)
{direct0P1_61P1_70} 0代表电动机反转
TMOD1 计数器选模式1
TH0high
TL0low
ET01 计数器允许部中断
TR01 计数器允许启动
第六章设计总结
课程设计针目前现场数控车床单数控中存问题机械车床设计技术单片器数控技术基础研制较先进单数控台实现数控车床速度信息效控制
课程设计完成工作：
（1）根机电体化系统设计手册选定手册推荐设计方案通
滚珠丝杠轴承步进电机联轴器等进行系列选择校核完成机械传动系统部件结构设计画出A1装配图张
（2）根系统检测控制求结合单片机案例分析实例步进电机控制做详细设计完成电气控制部分选型控制电路设计画出A2电气图纸张
首先谢谢苗运江老师指导设计程中位学相互帮忙深深感受种团队精神时工作学帮助次次课程设计程感触颇深断寻找资料搜索网页解决疑问坛查询相关容说实话知识力远远达设计步资料重参考资料查询图书馆机械设计手册学门课程书次针设计图您做汇报装配图电气图然求画肯定许足请老师指正老师汇报设计已完次谢谢苗老师
参考文献
（1）机电体化系统设计手册国防工业出版社杨黎明编
（2）机械设计课程机设计东南学出版社程志红唐放编
（3）画法机械制图中国矿业学出版社李爱军维鑫编
（4）电子技术基础高等教育出版社康华光编
（5）编程控制器原理应机械工业出版社吴中俊黄永红编
（6）机械原理高等教育出版社郑文伟吴克坚编
（7）机构构型应机械工业出版社孟宪源蒋琪编
（8）机械设计工程CAD中国矿业学学出版社唐放程志红编
（9）机械设计手册（单行）化学工业出版社成先编
（10）机械设计手册中国矿业学出版社吴相宪编
（11）计算机辅助设计基础国防科技学出版社程宝义编
（12）电动机直接设计法机械工业出版设E·列维编
（13）现代电机设计机械工业出版程福秀林金铭编
（14）伺服系统机床电器控制机械工业出版李清新编
（15）现代直流伺服控制技术系统设计机械工业出版秦继荣等编
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题目：机电传动单数控台设计
学 院： 机电工程学院
班 级：
学生姓名：
学 号
指导教师：
完成时间：
目 录
第章前言 1
第二章课程设计具体务 1
21设计务介绍意义 1
22 设计务明细 2
23 设计基求 2
第三章总体方案设计 2
31 设计基 2
32 总体方案确定 3
第四章机械部分设计 4
41 导轨选择 4
42 导轨设计程序容 4
43 机械传动系统设计核算 6
44 联轴器电机选型 12
第五章电气控制系统设计 15
51 电气控制系统设计基原 15
52 步进电机简介 15
53 单片机选择 15
54 放电路高耐压电流复合晶体IC—ULN2003 简介 16
55 机接口设计 18
第六章设计总结 21
参考文献 22
第章前言
现代科学技术断发展极推动学科交叉渗透导致工程领域技术革命改造机械工程领域微电子技术计算机技术迅速发展机械工业渗透形成机电体化机械工业技术结构产品机构功构成生产方式理体系发生巨变化工业生产机械电气化迈入机电体化特征发展阶段
数控技术装备发展新兴高新技术产业尖端工业技术基装备 先进制造技术装备核心技术数控技术数字信息机械运动工作程进行控制技术 数控装备数控技术代表新技术传统制造产业新兴制造业渗透形成机电体化产品 技术范围覆盖领域XY数控工作台许机电体化设备基部件数控车床—横进刀机构电子元件表面贴装设备等模块化XY数控工作台通常导轨座移动滑块工作丝杠螺母副伺服电动机等部件构成中伺服电动机做执行元件驱动滚珠螺旋丝杠丝杠螺母带动滑块工作台导轨运动完成工作台XY方直线移动导轨副丝杠螺母副伺服电动机等均已标准化专门厂家生产设计时需根工作载荷选取控制系统根需选取标准工作控制计算机设计专微机控制系统
第二章课程设计具体务
21设计务介绍意义
（1）课程设计题目
机电传动单数台设计
（2）容包括
①机械传动结构设计 ②电气测控系统
（3）课程设计意义
①培养学生综合运学基础理专业知识独立进行机电控制系统(产品)初步设计工作结合设计试验研究课题进步巩固扩知识领域
②培养学生搜集阅读综合分析参考资料运种标准工具书籍编写技术文件力提高计算绘图等基技
③培养学生掌握机电产品设计般程序方法进行工程师基素质训练
④树立正确设计思想严肃认真工作作风
22 设计务明细
（1）电机驱动方式：步进电机直流伺服电机交流伺服电机
（2）机械传动方式：螺旋丝杆滚珠丝杆步皮带链传动
（3）电气控制方式：单片微机控制PLC 控制
（4）功控制求：速度控制位置控制
（5）设计参数：单工作行程——180015001200 mm
移动负载质量——10050 kg
负载移动阻力——50100 N（估算值）
移动速度控制——36 mmin
速度控制精度±05实现行程（位置）控制控制精度±001mm
±01mm
23 设计基求
（1）方案设计：根课程设计务求搜集纳分析资料基础明确系统功确定实现系统功原理方案种方案进行分析评价进行方案选优
（2）总体设计：针具体原理方案通动力总体参数选择计算进行总体设计出机械系统控制原理图部件图（A1张）
（3）电气原理图：根控制功求完成电气控制设计处电气控制电路原理图（A2张）
（4）成果展示：课程设计成果集中表现课程设计说明书绘制设计图纸完成课程设计说明书份字数3000 字设计图纸少两张
（5）绘图说明书：计算机绘图手工绘图印说明书
第三章总体方案设计
31 设计基
（1）步进电动机种电脉信号进行控制电脉信号转换成相应角位移位移控制电机直线位移量角位移量电脉数成正电机线速度转速脉频率成正通改变脉频率高低范围调节电机转速快速启动制动反转时电机运动方取决控制绕组通电序步进电动机适合作数字控制系统伺服元件混合式步进电动机步距角启动运行频率较高消耗功率
（2）滚珠丝杆螺母副数控机床中回转运动转换直线运动常装置滚珠滚动代丝杆螺母副中滑动摩擦力具良性滚珠丝杆工作原理丝杆螺母加工弧形螺旋槽套装起时便形成螺旋道滚道装满滚珠滚珠滚道滚动回珠道作周复始循环运动回珠道两端起挡滚珠作防止滚珠滚道掉出特点：①摩擦阻力传动效率高（般90）②运转稳启动时颤动低速时爬行 ③ 螺母螺杆调整预紧高定位精度（5 μm 300mm）重复定位精度提高轴刚度④工作寿命长易发生障适金属切削机床测试机械仪器传动螺旋调整螺旋等
（3）单片机种集成电路芯片采超规模集成电路技术具数处理力中央处理器CPU机存储器RAM读存储器ROM种IO口中断系统定时器计时器等功（包括显示驱动电路脉宽调制电路模拟路转换器AD转换器等电路）集成块硅片构成完善微型计算机系统工业控制领域广泛应单片机广泛应仪器仪表家电器医设备航空航天专设备智化理程控制等领域编程逻辑控制器（Programmable Logic ControllerPLC）采类编程存储器部存储程序执行逻辑运算序控制定时计数算术操作等面户指令通数字模拟式输入输出控制种类型机械生产程
32 总体方案确定
参数初设：
（1）电机驱动方式：步进电机
（2）机械传动方式：滚珠丝杠
（3）电气控制方式：单片机控制
（4）功控制求：速度控制
（5）设计参数：单工作行程：1800mm
移动负载质量：100kg
负载移动阻力：100N
移动速度控制：0～6mmmin
实现行程（位置）控制控制精度±001mm
选矩形导轨工作台滑动摩擦系数 μ015
丝杠两端固定支撑（EF）支座安装圆锥滚子轴承 安装时进行预拉伸
第四章机械部分设计
41 导轨选择
导轨性坏直接影响机床加工精度承载力性导轨满足基求：结构简单良导精度精度保持性低速运动稳性工艺性导轨作进系统重环节类型机床导轨求数控机床导轨普通机床导轨求高高速进时发生振动低速进时出现爬行现象灵敏度高耐磨性长期重载连续工作精度保持性等
42 导轨设计程序容
（1） 根工作条件选择导轨类型SVR28
（2）选择导轨截面形状保证导精度（表1中图示）
（3）选择适导轨结构尺寸定载荷工作温度范围足够刚度良耐磨性运动轻便稳
（4）选择导轨补偿调整装置长期通调整保持需导精度
（5）选择合理润滑方法防护装置导轨良工作条件减少摩擦磨损
（6）制订保证导轨必须技术条件选择适材料热处理精加工测量方法等
表1 SVR28型直线滑动矩形导轨
类型
直线滑动矩形导轨
截面形状
结构尺寸
单位
H
B
±0005
±0005
K
T
mm
28
32
20
11
42
225
75
间隙调整装置
镶条
导轨材料热处理
灰铸铁时效处理
43 机械传动系统设计核算
表2滚珠丝杠轴承设计核算
序号
计算项目
单位
计算
计算结果
1
丝杆载荷：
导轨摩擦力
强力切削时载荷
般铣削时载荷
精铣时载荷
快移载荷
N
N
N
N
N
≈180
2180
1180
680
180
2
电机转速（）
丝杠转速（快移）
强力铣削
般铣削
精密铣削
rmin
rmin
rmin
rmin
rmin
假设电机转速1500
1500
1000
60
80
100
3
丝杠导程
mm
移动速度6mmin
mmmin
6
4
量转速
量负载
rmin
N
133
1038
5
初选滚珠丝杆
（1）计算动载荷
（2）求寿命
（3）综合系数
（4）滚珠丝杠副型号
N
h
推荐寿命15000h
查表：
表2827选FFZD型循环浮动返
双螺母垫片预紧滚珠丝杠副型号FFZD3206额定动负载>
预紧力
11592
311
063
0442
符合求
6
丝杠螺纹部分长度
mm
工作台行程（1800）+螺母长度（102）+两端余程（40）
1982
7
支承距离
mm
支承跨距应
2100
8
（1）界转速核算
（2）丝杠底径
（3）支承方式系
数
（4）界转速计算 长度
rmin
m
m
查表：
表2866查
求
3651
00272
473
195
符合求
9
压杆稳定校核
两端固定支承丝杠受压缩必校核稳定性
10
预拉伸计算
（1）温升引起伸长量
（2)丝杠全长伸长量
（3）预拉力
N
取温升3℃
6541
693
4264
11
轴承选择
轴端结构
轴承型号
选择固定支承EF型轴端
轴端结构
轴承型号7602020TVP
EF型
轴端结构
型号7602020TVP
12
参数尺寸
（1）预紧力确定
（2）疲劳强度计算额定动载荷C
N
N
表查：
>131779N
轴承负载计算公式校核
进方变负载取
均值4246N初选7602020TVP型轴承额定动负载20960N改7603020TVP型轴承参数：
5336
符合求
20960
满足寿命求
13
定位精度校核
（1）丝杠拉压载荷弹性位移
（2）丝杠螺母间接触变形
（3）轴承接触变形
（4）丝杠系统总位移
（5）定位精度
快移时
强力铣削时
精密铣削时
查表2827滚珠丝杠接触刚度：
快移时
强力铣削时
精密铣削时
快移时
强力铣削时
精密铣削时
快移时
强力铣削时
精密铣削时
发生螺母处丝杠种部处螺母位置关求位移均mm查表28182821取丝杠精度1级意300mm行程公差6满足速度控制精度±05求
077
937
292
016
190
059
064
773
241
157
1900
592
满足定位精度求
设计丝杠结果：
选丝杠副型号FFZD3206两端支承EF型轴承型号角接触球轴承7603020TVP
44 联轴器电机选型
表3联轴器电机计算
序号
计算项目
单位
计算
计算结果
1
工件速度
mmin
6
2
滑动部分质量
kg
100
3
丝杠导程
m
0006
4
丝杠长度
m
1982
5
丝杠直径
m
00272
6
联轴器质量
kg
116
7
联轴器外径
m
0080
8
摩擦数
03
9
加速时间
s
025
10
机械效率
09
11
电动机转速
rmin
1000
12
（1） 滑动部分转动惯量
（2）滚珠丝杠转动惯量
（3）联轴器转动惯量
（4）折算电机轴转动惯量
（设滚珠丝杠材料铁密度）
初选联轴器直径选19mm选凸缘联轴器GY1质量116kg外径0080mm
13
折算电机轴负载转矩
2434
14
电动机轴加速转矩
中电动机转动惯量
15
折算电机轴总转矩
16
电动机选型
取安全系数K25必需转矩
初步选定电动机型号110BYG350CH0501转子惯量
110BYG350CH0501静转矩（保持扭矩）12＞945满足求步距角
378
945
17
电动机验算
工件快速度应电动机转速应运行频率
图距频特性曲线出速度（频率）时电动机输出转矩4>378电动机满足求
10000
电动机满足求
18
精度校核
三相异步电机取脉量求满足求
符合求
选电动机联轴器结果：
电动机型号110BYG350CH0501三相六拍联轴器选凸缘联轴器型号GY1
第五章电气控制系统设计
51 电气控制系统设计基原
电气控制系统设计程中应遵循原：
（1）限度满足机床工艺电气控制求
（2） 满足控制求前提设计方案应力求简单济实
宜盲目追求动化高性指标
（3）妥善处理机械电气关系生产机械采机电结合控制方式实现控制求工艺求制造成机械电气结构复杂性维护等方面协调处理二者关系
（4）电气系统安全性性放首位确保安全
（5）合理选电器元件
52 步进电机简介
步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响电机加脉信号电机转步距角线性关系存加步进电机周期性误差累积误差等特点速度位置等控制领域步进电机控制变非常简单
三相电动机工作原理：电动机三相定子绕组（相差120度电角度）通入三相称交流电产生旋转磁场该旋转磁场切割转子绕组转子绕组中产生感应电流（转子绕组闭合通路）载流转子导体定子旋转磁场作产生电磁力电机转轴形成电磁转矩驱动电动机旋转电机旋转方旋转磁场方相
53 单片机选择
单片机种集成电路芯片采超规模集成电路技术具数处理力中央处理器CPU机存储器RAM读存储器ROM种IO口中断系统定时器计时器等功（包括显示驱动电路脉宽调制电路模拟路转换器AD转换器等电路）集成块硅片构成完善微型计算机系统
89C51种带4K字节闪烁编程擦读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压高性CMOS8位微处理器俗称单片机单片机擦读存储器反复擦100次该器件采ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造工业标准MCS51指令集输出脚相兼容功8位CPU闪烁存储器组合单芯片中ATMEL89C51种高效微控制器89C2051种精简版89C单片机嵌入式控制系统提供种灵活性高价廉方案
54 放电路高耐压电流复合晶体IC—ULN2003 简介
（1）ULN2003A7路反器电路输入端高电时ULN2003A输出端低电输入端低电时ULN2003A输出端高电动化密集场合会控元件继电器微型电机风机电磁阀空调水处理等元件设备设备通常CPU集中控制控制系统直接驱动控元件需功率电路扩展输出电流满足控元件电流电压ULN2XXXX高压电流达林顿晶体阵列系列产品属类控功率器件类器件功强应范围语广许公司生产高压电流达林顿晶体阵列产品形成种系列产品原理图：
（2）ULN2003 工作电压高工作电流灌电流达500mA够关态时承受50V 电压输出高负载电流行运行ULN2003 脚图示
引脚1：CPU 脉输入端端口应信号输出端
引脚2：CPU 脉输入端
引脚3：CPU 脉输入端
引脚4：CPU 脉输入端
引脚5：CPU 脉输入端
引脚6：CPU 脉输入端
引脚7：CPU 脉输入端
引脚8：接
引脚9：该脚部7 续流二极负极公端二极正极分接达林顿集电极感性负载时该脚接负载电源正极实现续流作果该脚接实际达林顿集电极接通
引脚10：脉信号输出端应7 脚信号输入端
引脚11：脉信号输出端应6 脚信号输入端
引脚12：脉信号输出端应5 脚信号输入端
引脚13：脉信号输出端应4 脚信号输入端
引脚14：脉信号输出端应3 脚信号输入端
（3）单片机硬件接线图：
55 机接口设计
次电气设计中根台速度控制设计分3铣削档铣削类型次快进精密铣削强力铣削分三键构成时七段译码组成输入端输出端构成简单机接口电动机转动方正转反转两种两键构成台两端两触碰开关闭合否判断工作台否运行端头
56 单片机程序
#include
sbit P1_0P1^0
sbit P1_1P1^1
sbit P1_2P1^2
sbit P1_3P1^3
sbit P1_4P1^4
sbit P1_5P1^5
sbit P1_6P1^6
sbit P1_7P1^7
sbit P0_0P0^0
sbit P0_1P0^1
sbit P0_2P0^2
sbit P0_3P0^3
sbit P0_4P0^4
sbit P3_4P3^4
sbit P3_5P3^5
sbit P3_6P3^6
sbit P3_7P3^7
unsigned char idata step0 step电机运转步数
unsigned char idata high0
unsigned char idata low0
unsigned char idata mode0 mode铣削模式
unsigned char idata direct0 direct电动机运转方
void main(void) 程序
{
EA1 允许外部中断
EX11
PX11
P1_60
P1_70
while(1) 引外部中断程序
{
}
}
void output()
{
step++
if(step252)step0 电机运转步数252时电机初始状态
致
if(direct1&&P1_51) 电机正转工作台未台右端端头
switch(step6) 电机运行转数
{
case 0P30x3Fbreak
case 1P30x7Fbreak
case 2P30x5Fbreak
case 3P30xDFbreak
case 4P30x9Fbreak
case 5P30xBFbreak
}
if(direct0&&P1_41) 电机反转工作台未台左端端头
switch(step6)
{
case 0P30xBFbreak
case 1P30x9Fbreak
case 2P30xDFbreak
case 3P30x5Fbreak
case 4P30x7Fbreak
case 5P30x3Fbreak
}
}
void time_0() interrupt 1 计数器中断程序
{
output()
TH0high
TL0low
}
void int_1() interrupt 2 外部中断程序
{
if(P0_00)
{
mode1 1代表快进工作模式
P1P1&0xF0|mode 译码输出字符台左右两端开关
状态
high0xFF
low0x9C
}
if(P0_10)
{
mode2 2代表精密铣削工作模式
P1P1&0xF0|mode
high0xFC
low0x18
}
if(P0_20)
{
mode3 3代表强力铣削工作模式
P1P1&0xF0|mode
high0xF9
low0x7D
}
if(P0_30)
{direct1P1_71P1_60} 1代表电动机正转
if(P0_40)
{direct0P1_61P1_70} 0代表电动机反转
TMOD1 计数器选模式1
TH0high
TL0low
ET01 计数器允许部中断
TR01 计数器允许启动
第六章设计总结
课程设计针目前现场数控车床单数控中存问题机械车床设计技术单片器数控技术基础研制较先进单数控台实现数控车床速度信息效控制
课程设计完成工作：
（1）根机电体化系统设计手册选定手册推荐设计方案通
滚珠丝杠轴承步进电机联轴器等进行系列选择校核完成机械传动系统部件结构设计画出A1装配图张
（2）根系统检测控制求结合单片机案例分析实例步进电机控制做详细设计完成电气控制部分选型控制电路设计画出A2电气图纸张
首先谢谢苗运江老师指导设计程中位学相互帮忙深深感受种团队精神时工作学帮助次次课程设计程感触颇深断寻找资料搜索网页解决疑问坛查询相关容说实话知识力远远达设计步资料重参考资料查询图书馆机械设计手册学门课程书次针设计图您做汇报装配图电气图然求画肯定许足请老师指正老师汇报设计已完次谢谢苗老师
参考文献
（1）机电体化系统设计手册国防工业出版社杨黎明编
（2）机械设计课程机设计东南学出版社程志红唐放编
（3）画法机械制图中国矿业学出版社李爱军维鑫编
（4）电子技术基础高等教育出版社康华光编
（5）编程控制器原理应机械工业出版社吴中俊黄永红编
（6）机械原理高等教育出版社郑文伟吴克坚编
（7）机构构型应机械工业出版社孟宪源蒋琪编
（8）机械设计工程CAD中国矿业学学出版社唐放程志红编
（9）机械设计手册（单行）化学工业出版社成先编
（10）机械设计手册中国矿业学出版社吴相宪编
（11）计算机辅助设计基础国防科技学出版社程宝义编
（12）电动机直接设计法机械工业出版设E·列维编
（13）现代电机设计机械工业出版程福秀林金铭编
（14）伺服系统机床电器控制机械工业出版李清新编
（15）现代直流伺服控制技术系统设计机械工业出版秦继荣等编
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