【正文】 ……本科畢業(yè)設計說明書（論文） I XY 數(shù)控工作臺及其控制系統(tǒng)設計 摘 要 本文旨在設計一臺簡單、經(jīng)濟型的 XY 數(shù)控工作臺。一般來說， XY 數(shù)控工作臺的機電系統(tǒng)設計都是通過開環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，所以其結構簡單，實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度，降低了設計制造過程中的成本，因此可以說 XY 數(shù)控工作臺是微機控制技術中最常見的應用。 本文設計的 XY 數(shù)控工作臺充分地利用了可編程序控制技術來實現(xiàn)對機床的控制，在擴大了其加工范圍的同時，精度和可靠性也得到了進一步的提高。該設計完全圍繞數(shù)控機床工作原理而展開，充分體現(xiàn)了數(shù)控機床機械設備與電氣設備部分 的緊密結合。主要設計內容包括總體方案的設計；步進電機的選用；傳動裝置的設計；絲杠螺母副的設計；滾動導軌的選用和電氣控制部分的設計。本設計的經(jīng)濟型數(shù)控工作臺采用開環(huán)系統(tǒng)，機械傳動部分采用步進電機通過同步帶一級減速傳動，減速器輸出軸連接到滾珠絲杠上，絲杠上的絲杠螺母副帶動工作臺實現(xiàn) XY 方向進給。 關鍵詞： XY 數(shù)控工作臺，可編程序控制技術，機械傳動部件，控制系統(tǒng) ……本科畢業(yè)設計說明書（論文） II Abstract This design is the design with a simple and economical CNC of xy tables. Xy tables CNC machinery system design is an openloop control system. Its simple structure, convenient and can ensure the precision of certain, reduced cost, is the most simple of microputer control technology of application. It fully utilize the PLC to realize the control of machine tools, expanding the scope of machining accuracy and reliability, and further improved. Design task is plete on nc machine tools and working principle of the design, fully embodies the CNC machinery and electrical equipment parts. XY tables include overall scheme design of CNC design, selection of stepping motor driving device, the design, the design of ball screw nut pair, the selection and design of electric controlling part. The design of the economical nc workbench precision request is not high, the open loop system. Mechanical transmission through adopting stepmotor synchronous belt transmission, connect to slow level on the ball screw, thus the driver. Keywords: XY tables, PLC, transmission machinery parts and control system ……本科畢業(yè)設計說明書（論文） III 目 錄 摘 要 ..........................................I Abstract ......................................... II 1 緒 論 .......................................... 1 XY數(shù)控工作臺研究背景 ................................ 1 XY數(shù)控工作臺研究意義 ............................ 1 XY數(shù)控工作臺的 現(xiàn)狀與發(fā)展 ............................. 2 2 XY 數(shù)控工作臺總體方案確定 ............................... 4 傳動系統(tǒng)方案的確定 ................................... 4 控制電機的確定 ...................................... 5 控制系統(tǒng)方案的確定 ................................... 7 其他零部件的選擇 ..................................... 8 3 XY 數(shù)控工作臺機械系統(tǒng)設計 ......................... 10 XY數(shù)控工作臺的整體結構設計 ............................... 10 主要設計參數(shù)及其依據(jù) ................................. 11 工作載荷分析及計算 ..................... 錯誤 !未定義書簽。 直線滾動導軌副的計算與選型 ............................ 12 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 ............................ 14 同步帶輪傳動的設計和計算 ............................. 17 驅動電機的選擇 ..................................... 19 其它零部件的確定 .................................... 23 ……本科畢業(yè)設計說明書（論文） IV 4 控制系統(tǒng)的設計 .................................. 27 PLC 的 組成 與工作原理 ................................. 27 PLC 的選型 ......................................... 29 PLC 控制步進電機的梯形圖程序設計 ....................... 30 程序的分析與比較 .................................... 36 總 結 ......................................... 38 致 謝 ......................................... 39 參考文獻 ......................................... 40 附錄一 英語論文 ................................... 41 附錄二 漢語翻譯 ................................... 46 ……本科畢業(yè)設計說明書（論文） 1 1 緒 論 XY 數(shù)控工作臺研究背景 現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)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，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展 ,及其向機械工業(yè)的滲透 ,而形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結構、 產(chǎn)品機構、功能與構成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由 “機械電氣化 ”邁入了以 “機電一體化 ”為特征的發(fā)展階段。 隨著科學技術的不斷進步和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對機械產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，而機械加工過程的自動化是實現(xiàn)上述要求的有效途徑。 從工業(yè)化革命以來，人們實現(xiàn)機械加工自動化的主要手段有： ； 機床； 。 這些設備的使用大大提高了機械加工自動化的程度，提高了勞動生產(chǎn)率，促進了制造業(yè)的發(fā)展。但它也存在固有的缺點，如： ； ； 。 因此，上述方法僅適用于批量較大的零件生產(chǎn)。然而，隨著市場競爭的日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短，小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)所占的比重越來越大，約占總加工量的 80％以上。在航空、航天、重型機床以及國防工業(yè)部門尤為突出。因此，迫切需要一種精度高，柔性好的加工設備來滿足上述需求，這是機床數(shù)控技術產(chǎn)生和發(fā)展的內在動力。另一方面，電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展則為 NC 機床的發(fā)展提供了堅實的技術基礎。數(shù)控工作臺正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的，它極其有效地滿足了上述要求，為小批量、精密復雜的零件生產(chǎn)提供了自動化加 工手段。 XY 數(shù)控工作臺研究意義 數(shù)控技術可以說是先進制造技術的基本，體現(xiàn)著數(shù)控技術的數(shù)控機床成為制造業(yè)關注的焦點。微機控制的數(shù)控機床、數(shù)控加工中心的高精度、高度柔性化及適合加工復雜零件的性能，正好滿足當今市場競爭和工藝發(fā)展的需要?？梢哉f，微機數(shù)字控制技術的應用是機械制造行業(yè)現(xiàn)代化的標志，在很大程度上決定了企業(yè)在市場競爭中的成敗。 裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水品和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新型高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術和最基本的裝備，又是當今先進制造技術和裝備最 核心的技術。數(shù)控技術是使用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，其技術范圍覆蓋很多領域。 XY 數(shù)控工作臺 是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，其結構簡單，實現(xiàn)方便，而且能夠保證一定……本科畢業(yè)設計說明書（論文） 2 的精度、降低成本，是微機控制技術的最簡單的應用。它充分的利用了危機的軟件硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進一步得到提高。 數(shù)控精密工作臺采用滾珠直線導軌副為導向支承，滾珠絲杠副為運動執(zhí)行元件的結構，具有精度高、效率高、壽命長 、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結構緊湊、通用性強等特點。目前已廣泛應用于測量、激光焊接、激光切割，涂膠、打孔，插件、小型數(shù)控機床、射線掃描、雕銑機及實用教學等場合。 XY 數(shù)控工作臺是許多機電一體化設備的基本部件，如數(shù)控車床的縱 —橫向進刀機構、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的 XY 工作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的 XY 數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作臺、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動， 完成工作臺在 X、 Y 方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設計時只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。 XY 數(shù)控工作臺的現(xiàn)狀與發(fā)展 我國數(shù)控機床產(chǎn)量持續(xù)高速增長，根據(jù)市場需求和技術發(fā)展趨勢，應重點推進高效、精密為核心的數(shù)控機床 “μm”級工程，加強發(fā)展高性能、高可靠性數(shù)控功能部件，積極開展復合加工機床、超精密數(shù)控機床和可重構制造系統(tǒng)的工程化研究等相應的關鍵技術。 數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的柔性 化制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)機械加工裝備產(chǎn)業(yè)、構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎，它的發(fā)展一直備受人們關注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目。它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。通過持續(xù)的開發(fā)研究以及對信息技術的深化應用，促進了數(shù)控機床性能和質量的進一步提升，使數(shù)控機床成為國民經(jīng)濟和國防建設發(fā)展的重要制造裝備。 在我國對外開放進一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備，提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力尤為重要。 數(shù)控技 術的發(fā)展趨勢： 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)，例如 IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：（ 1）高速、高精加工技術及裝備的新趨勢；（ 2） 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切割，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高；（ 3）智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系……本科畢業(yè)設計說明書（論文） 3 統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢； 對我國數(shù)控技術 和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考：（ 1）戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，所以，我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全