数控课程设计小结

第一篇：数控课程设计小结

课程设计小结

为期两周的课程设计进入了尾声，通过这两周的课程设计，使我们能够全面地、系统地掌握数控加工工艺和数控编程的基本内容和基本知识，学习总体方案的撰写，分析和比较的方法。通过这次课程设计我们真正学会了自主学习，独立完成作业，如何学会与自己的团队做好协调。因为课程设计具有实践性、综合性、探索性、应用性等特点。本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习。随着课程设计的逐渐完成，使我对《数控加工技术》这门课程有了更深入的理解和掌握。

在这段时间里，我们这个小组，就是新建的团队，每个人都是一样，尽着自己最大的努力学习，来学习和创新。为了解决技术上的问题，我也不断地去翻阅所学的专业书籍和各种相关的资料。这使我真正体会到了很多，也感受到了很多，当然更重要的是学习到了以前书本上没学到的知识。

在这次课设中，对加工程序的编写是最让人感到棘手的，因为对数控加工程序指令不是很熟悉，在编写上也费了不少的功夫，虽然编写程序这一块占用了整个时间的相当一部分，但我依然感到欣喜，因为现在的我已经掌握了基本程序的编写，而且对一些特殊指令也可以应用到实例中了。我想如要加快编程速度，除了对各编程指令的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识。对于夹具的选择、切削参数的设定我们必须十分清楚。在上机操作时，我们只有不断地练习各个功能指令的作用，才能在编程时得心应手。

通过这次课程设计，我的第一感受就是团队精神的重要性。当第一天开始课程设计要分组的时候，老师就给我们大家心里埋下了一股高昂的基调。在这让人觉得枯燥又充实的几天中，我们大家都按照自己所分工所要做的事性在埋头苦干，给人的感觉好像回到了高中时代将面临高考时候，以现在的身份看那时，假以那时的身份又想到现在，让人心潮澎湃，激情更加高涨。以往做一件事情的时候，个人可能都会有精神分散的情况，而当一个人真正面对一件难做而又不得不做的事情时，觉得拿下它就是一种胜利，这是对自己的一种最起码的要求，精神集中也是对你在做的一件事情负责，对自己负责。这是我们在以后的工作中，应该具备的一种本质，现在学会或者说是养成是非常有必要的。

总之，这次课设是带给了我们很大的收获的，在将临毕业的时候，我想我会继续以高昴的心态去面对下一次的毕业设计，去面对将要走上的社会中的工作岗位带给我的无限挑战。

第二篇：数控编程课程设计小结

数控编程课程设计小结

我们这次所做的课程设计的零件属于回转体类零件，由圆弧、圆锥面、倒角、内外螺纹、内孔、退刀槽等几部分组成，随着课程设计的做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决课程设计上的问题，而去翻我所学专业的书籍，请教潘老师及其他同学。经过这段时间我真

正体会了很多，也感到了很多。

通过本次数控编程与工艺课程设计，我觉得在两年的大学生活里，我对本专业的认识还是不够,在大二下学期和本学期学院曾为我们组织了三个星期的实习，但由于当时所学知识涉及本专业知识不多，所看到的东西与本专业很难联系起来,所以对本专业掌握并不是很理想.。为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业技能，这两周我们做了数控编程与工艺课程设计。通过此次的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象，各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。这次数控编程与工艺课程设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源于我们对专业的熟练程度。比如，我们想加快编程程度，除了对各编程指令的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识，对于夹具的选择，切削参数的设定我们必须十分清楚。如我们在上机操作时，我们只有练习各功能键的作用，在编程时才得心应手。因此，我总结出一个结论：理论是指导实践的基础，只有不断在实践中总结验，并对先前的理论进行消化和创新，自己的水平才会很快的提高。

本次数控编程与工艺课程设计的选题、设计内容、及设计的形成是在潘老师的悉心指导下完成的。在课程设计的完成过程中倾注了老师大量的心血，因此，在课程设计完成之际，特向我尊敬的潘老师表示衷

心的感谢。

课程设计设计期间，我非常感谢潘老师，在设计过程中，他教会了我许多加工实际操作方面的知识和加工工艺方面的知识。

在本次数控编程与工艺课程设计的过程中，潘老师也给我讲解了一些工艺上的问题和要注意的事项，让我在做课程设计时思路更加清晰，在设计过程中我还得到了老师的认真指导，也非常感谢。

通过此次设计使我掌握了一些机械设计的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度

和热情。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

第三篇：数控课程设计总结

.结语

数控技术课程设计是很注重实际操作应用的一次设计，在做课程设计的工程中我遇到了许许多多的一系列的问题，有些问题通过与同学讨论以及询问得到了答案，但还有些一直也没有找到答案，一直徘徊在我的心头。课程设计不仅暴露了我对于实际操作的缺乏经验，让我在设计过程中一次又一次的出现问题单总是找不到解决的方法。但同样也增加了我各方面的知识。为了完成设计，我一次又一次的编程，刚开始我以为会很容易。一开始程序很快就编写出来了，我很直还检查了还几次，没想到一放到仿真模拟程序上去试车时，不是提示我程序编写错误，就是零件被车坏了。苦恼了一次又一次，终于发现自己懂得哪些仅仅只是一些皮毛而已。辛苦了一个星期课程设计总算是完成了。我收获的有辛酸也有快乐。我想我以后会更加注重自己的动手操作能力，一些设计都都离不开现实实际。这次的设计我增加操作能力，对数控机床的操作有了更深入的熟悉与了解。我也懂得了只有踏踏实实掌握好牢固的基础知识，在以后工作中才不会再犯同样的错误。

4总结

现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成.在实习过程中,老师耐心地给我们讲解数控软件上面每个指令的使用，在老师的指导下，我们很快就上手了，踏入了数控这个门槛，还适当地给我们布置些作业，我们也积极认真地对待，认真完成每一次老师布置下来的任务。在完成任务之余，我们还发挥自己的想象空间，自己尝试着车一些自己想要有图案零件，效果还不错。

时光总是匆匆而逝，很快两个星期就这样过去了。大三了，我们就要步入社会，面临就业了，就业单位不会像老师那样点点滴滴细致入微地把要做的工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察、学习、总结。不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。两的数控实习带给我们的，不全是我们所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工种所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在实习结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次实习达到了他的真正目的。

2.1数控加工工艺设计主要内容主要内容：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。

2.1.1数控加工工艺内容的选择

2.1.2 数控加工工艺性分析

a)尺寸标注应符合数控加工的特点

在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。b)几何要素的条件应完整、准确在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。c)定位基准可靠

在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一

些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。在完成定位加工后再除去。

2.1.3数控加工工艺路线的设计

数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：a)工序的划分根据数控加工的特

点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：（1）以一次安装、加工作为一道工序。这

种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道

工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不

能太长，一道工序的内容不能太多。（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加

工作为一道工序。（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗

加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工

序分开。

2、顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹

紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：

（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应

综合考虑；（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同

一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；

（4）如一次装夹进行多道加工工序时，应把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加

工变形；

2.2 数控加工工艺设计方法

在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。

数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹

紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。

2.2.1确定毛坯的形状、尺寸和材料

2.2.2确定走刀路线和安排加工顺序

走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出

工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：

1、寻求最短

加工路线

2、最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。

3、选择切入切出方向

考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切

线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减

少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。

4、选择使工件在加工后变形小的路线

对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量

法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。

2.2.3确定定位和夹紧方案

在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程

计算基准的统一；（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部

待加工表面；（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；（4）夹紧力的作用点应落在工

件刚性较好的部位。2.2.4确定刀具与工件的相对位置

这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位

置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定

尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：（1）

所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。

2.2.5 确定切削用量

编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。

2.3 填写数控加工技术文件

数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。

2.3.1数控加工工序卡片

数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明（如：所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择。

第四篇：数控小结

数控设计小结

机械71王斌0723037 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。

可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的润滑以油气润滑、喷油润滑等取代油雾润滑，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。

国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证〔2〕。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。

第五篇：x-y数控课程设计论文

X-Y数控工作台机电系统设计

一、设计任务

设计一种供立式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：（1）立铣刀最大直径d =15 mm；（2）立铣刀齿数Z=3；（3）最大铣削宽度ae=15 mm；（4）最大铣削深度ap=8 mm；（5）加工材料为碳素钢或有色金属；

（6）X、Y方向的脉冲当量δx = δy = 0.005mm/脉冲；（7）X、Y方向的定位精度均为 ± 0.01 mm；

（8）工作台面尺寸为230 mm³230 mm，加工范围为250 mm³250 mm；（9）工作台空载最快移动速度vxmax = vymax = 3000 mm/min；（10）工作台进给最快移动速度vxmaxf = vymaxf = 400 mm/min。

二、总体方案的确定 1.机械传动部件的选择

（1）导轨副的选用

要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定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、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

（2）丝杠螺母副的选用

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，要满足0.005mm的脉冲当量和 ±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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。

（3）减速装置的选用

选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构，所以采用无间隙齿轮传动减速箱。

（4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。

（5）检测装置的选用

选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。

考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。2．控制系统的设计

（1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。

（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89C52作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。

（3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。

（4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

三、机械传动部件的计算与选型 1.导轨上移动部件的重量估算

按照下导轨之上移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为800N。2.铣削力的计算

设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。则查表得立铣时的铣削力计算公式为：

0.850.750.731.00.13Fc118aefzdapnZ

（1）今选择铣刀直径d=15mm，齿数Z=3，为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度ae=15mm，铣削深度ap=8mm，每齿进给量fz0.1mm，铣刀转速n300r/min。则由式（1）求得最大铣削力：

Fc=118×150.85×0.10.75×15-0.73×81.0×3000.13×3 N≈1463 N

采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由查表，并考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：Ff =1.1Fc≈1609N，Fe =0.38Fc≈556N，Ffn =0.25Fc≈366N，工作台受到垂直方向的铣削力Fz= Fe =556N，受到水平方向的铣削力分别为Ff和Ffn。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向（丝杠轴线方向），则纵向铣削力Fx= Ff=1609N，径向铣削力Fy =Ffn= 366N。3.直线滚动导轨副的计算与选型

（1）滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取

工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂向载荷为：

G PCF（2）

4其中，移动部件重量G＝800N，外加载荷F= Fz= 556N，代入（2）式得最大工作载荷PC=756N=0.756kN。查表，根据工作载荷PC=0.756kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷Ca=7.94 kN，额定静载荷C0a=9.5 kN。任务书规定工作台面尺寸为230mm³230mm，加工范围250mm³250mm，考虑工作行程应留有一定余量，按标准系列，选取导轨的长度为520mm。

（2）距离额定寿命的计算

上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为HRC60，工作温度不超过100℃，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表，分别取硬度系数fH=1.0，温度系数fT=1.00，接触系数fC=0.81，精度系数fR=0.9，载荷系数fW=1.5，得距离寿命：

ffffCL(HTCRa)3506649kmfWpc

远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。4.滚珠丝杠螺母副的计算与选型（1）最大工作载荷Fm的计算

当承受最大铣削力时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=1609N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）Fy = 366N，受到垂向的载荷（与工作台面垂直）Fz= 556N。已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，查表，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：

Fm = KFx + μ（Fz + Fy + G）= [ 1.1×1609 + 0.005 ×(556 + 366 + 800)] N ≈ 1779 N（2）最大动载荷FQ的计算

设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程Ph=5 mm，则此时丝杠转速n=v/Ph = 80 r/min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000 h，代入L0=60nT/106，得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106 r）。查表，取载荷系数fW =1.2，滚道硬度为HRC60时，取硬度系数fH=1.0，求得最大动载荷：

FQ3L0fWfHFm ≈8881 N

（3）初选型号

根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20 mm，导程为5 mm，循环滚珠为3圈³1列，精度等级取4级，额定动载荷为9309 N，大于FQ，满足要求。（4）传动效率η的计算

将公称直径d0=20mm，导程Ph=5mm，代入λ= arctan[Ph/(πd0)]，得丝杠螺旋升角λ=4 33′。将摩擦角φ=10′，代入η=tanλ / tan(λ+φ)，得传动效率 η=96.4%。（5）刚度的验算

1）X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为a=500mm；钢的弹性模量＝2.1 Mpa；查表，得滚珠直径=3.175mm，丝杠底径=16.2 mm，丝杠截面积 /4=206.12mm2。得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量

δ1=Fma/（ES）=[1779×500/（2.1 ×206.12）] mm≈ 0.0205 mm。2）根据公式 Z＝(d0/Dw)-3,求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数³列数为3³1，代入公：Z＝Z³圈数³列数，得滚珠总数量Z=60。丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJ = Fm /3=593 N，求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2≈ 0.0026 mm。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取2=0.0013mm。

3）将以上算出的1和2代入总12，求得丝杠总变形量（对应跨度500mm）总0.0218 mm=21.8μm。由表知,5级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm时，行程偏差允许达到25μm，可见丝杆刚度足够。（6）压杆稳定性校核

根据公式计算失稳时的临界载荷Fk。查表，取支承系数fk=1；由丝杠底径

4d2=16.2 mm，求得截面惯性矩Id2/64≈ 3380.88 mm；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值500mm，得临界载荷Fk≈ 9343N，远大于工作载荷Fm=1779N，故丝杠不会失稳。

综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。5.步进电动机减速箱的选用

为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机转轴上尽可能地小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。采用一级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联接，滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用弹簧错齿法消除侧隙。

已知工作台的脉冲当量δ=0.005 mm/脉冲，滚珠丝杠的导程Ph=5 mm，初选步进电动机的步距角α=0.75°，算得减速比：

i=(αPh)/(360δ)=(0.75³5)/(360³0.005)=25:12

本设计选用大小齿轮模数均为1mm，齿数比为75:36，材料为45号调质钢，齿表面淬硬后达HRC55。减速箱中心距为[(75+36)³1/2] mm＝55.5 mm，小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。6.步进电动机的计算与选型

（1）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 已知：滚珠丝杠的公称直径d0=20 mm，总长l =500mm，导程Ph＝5mm，材料密度7.85103kg/cm3 ；移动部件总重量G=800N;小齿轮宽度b1＝20mm，直径d1=36 mm;大齿轮宽度b2＝20mm，直径d2=75 mm；传动比i =25/12。参照表，算得各个零部件的转动惯量如下（具体计算过程从略）：滚珠丝杠的转动惯量JS=0.617kgcm2，拖板折算到丝杠上的转动惯JW=0.517kgcm2，小齿轮的转动惯量Jz1=0.259kgcm2，大齿轮的转动惯量Jz2=4.877 kgcm2。初选步进电动机型号为90BYG2602，为两相混合式，二相四拍驱动时步距角为0.75º，则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为

Jeq= Jm+Jz1+(Jz2+JW+JS)/i2=30.35kgcm2

（2）计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。

1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩Tamax；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0。因为滚珠丝杠副传动效率很高，T0相对于Tf和Tamax很小，可以忽略不计。则有： Teq1 =Tamax+ Tf（3）考虑传动链的总效率η，计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：

2Jeqnm1Tamax（4）60ta式中 nm ——对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min；

ta——步进电动机由静止到加速至nm转速所需的时间，单位为s。

v 其中：nmmax（5）式360 中vmax——空载最快移动速度，任务书指定为3000mm/min；

α ——步进电动机步距角，预选电动机为0.75； δ ——脉冲当量，本例δ=0.005mm/脉冲。

将以上各值代入式（5），算得nm=1250r/min。

设步进电动机由静止到加速至nm转速所需时间ta=0.4s，传动链总效率η=0.7。

230.3510412501.42（N·则由式（4）求得：Tamaxm）

600.40.7(FZG)Ph当移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：Tf（6）

2i 0.005(0800)0.0050.002（N²m）则由式（6），得：Tf20.725/12最后由式（3），求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：

Teq1=Tamax + Tf= 1.422 N

（7）

2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2

Teq2包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf ；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0，T0相对于Tt和Tf很小，可以忽略不计。则有：Teq2= Tt

+ Tf

（8）

本例中在对滚珠丝杠进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷Fx=1609N，则折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt有：

FfPh16090.005 Tt0.88（N²m）

2i20.725/12再计算垂直方向承受最大工作负载（Fz=556N）情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：

(FzG)Ph0.005(556800)0.005 Tf= m） 0.004（N·2i20.725/12最后由式（8），求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为：

Teq2= Tt

+ Tf

= 0.884 N·m

（9）

经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：

Teq= max{Teq1，Teq2} = 1.422 N·m（3）步进电动机最大静转矩的选定

考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足： Tjmax ≥ 4³1.422 N²m =5.688 N²m(10)上述初选的步进电动机型号为90BYG2602，查表得该型号电动机的最大静转矩Tjmax = 6 N²m。可见，满足（10）式的要求。

（4）步进电动机的性能校核

1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度vmax=400mm/min，脉冲当量δ=0.005mm/脉冲，可求出电动机对应的运行频率 fmaxf=[400/(60³0.005)]Hz ≈1333Hz。从90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图1可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf≈5.6N²m，远远大于最大工作负载转矩Teq2=0.884N²m，满足要求。

2）最快空载移动时电动机输出转矩校核

任务书给定工作台最快空载移动速度vmax=3000mm/min，可求出电动机对应的运行频率fmax=[3000/（60³0.005）]Hz =10000Hz。在此频率下，电动机的输出转矩Tmax=1.8 N²m，大于快速空载起动时的负载转矩Teq1= 1.422N²m，满足要求。3）最快空载移动时电动机运行频率校核

最快空载移动速度vmax=3000mm/min对应的电动机运行频率fmax=10000Hz。查表知90BYG2602电动机的极限运行频率为20000Hz，可见没有超出上限。4）起动频率的计算

已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq=30.35kgcm2电动机转子的转动惯量Jm4kgcm2，电动机转轴不带任何负载时的最高起动频率fq=1800Hz。可求出步

fq进电动机克服惯性负载的起动频率：fL=614Hz

1JeqJm 上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于614Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。

综上所述，本例中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。

图1 90BYG2602步进电动机的运行矩频特性曲线 7.增量式旋转编码器的选用

本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。由步进电动机的步距角α=0.75，可知电动机转动一转 时，需要控制系统发出360/α=480个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨率可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲，电动机转过一个步距角，编码器对应输出一个脉冲信号。

本例选择编码器的型号为：ZLK-A-120-05VO-10-H：盘状空心型，孔径 10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V，每转输出120个A/B脉冲，信号为电压输出。

四、工作台机械装配图的绘制

在完成直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副、齿轮减速箱、步进电动机以及旋转编码器的计算与选型后，就可以着手绘制工作台的机械装配图了。

五、步进电动机驱动电源的选用

本例中X、Y向步进电动机均为90BYG2602型，查表，选择与之配套的驱动电源为BD28Nb型，输入电压100V AC，相电流4A，分配方式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图2所示。

图2 BD28Nb驱动电源的接线图