《机电一体化系统设计》课程设计往届作业参考.docVIP

综合课程设计 说 明 书 （第2组） 课程性质：专业课(必修) 适用专业：机械电子工程 所用时间：两周 设计人 ： 同组人 ： 指导老师： 机电与汽车工程学院 目 录 一、课程设计的题目及要求 2 （一）题目 2 （二）要求： 2 二、总体方案的确定 2 三、机械部分的设计和计算 3 1、工作台的初步设计： 3 2、滚动导轨的参数确定： 5 3、滚珠丝杆计算、选择。 6 4、步进电机的选择 8 5、齿轮计算、设计 10 6、步进电机等效负载计算 10 7、机械传动结构装配图见附录。 11 8、三维图纸如下： 11 四、机床数控系统硬件电路设计 11 1、确定硬件电路总体方案: 11 2、主控制器CPU的选择： 12 3、I/O口扩展电路设计: 12 4、键盘、显示接口电路: 12 5、步进电机驱动电路 12 6、其它辅助电路设计 14 五、系统控制软件的设计 16 1、系统控制软件的主要内容 16 2、程序设计技术 17 3、步进电机控制子程序的设计 17 4、汇编语言程序设计 19 六、课程设计的心得和体会 20 七、参考资料 21 一、课程设计的题目及要求 （一）题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。 已知条件：定位精度：±0.01mm题号 有效行程mm) 快速进给速度(mm/min) 工作载荷Fz (N) Lx Ly vmax vymax 2 350 350 1000 1000 300 （二）要求： 课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格地要求自己，不允许相互抄袭； 认真阅读《课程设计指导书》，明确题目及具体要求； 认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准； 大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案； 机械部分和驱动部分设计思路清晰，计算结果正确，选型合理； 微机控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确； 手工或电脑绘制机械系统装配图一张（A1），控制系统电气原理一张（A1），图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰； 课程设计说明书一份（不少于5000字），包括：目录，题目及要求，总体方案的确定，机械系统设计，控制系统设计，参考文献等。设计说明书应叙述清楚、表达正确、内容完整、技术术语符合标准。 该课程设计由三人共同完成。其中，邓海燕完成机械部分的设计，甘浦泓和姜志凌完成电气部分的设计。 二、总体方案的确定 根据设计任务确定系统的总体机械和控制系统方案：进行系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。 系统运动方式与伺服系统 采用连续控制系统。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 采用MCS-51系列中的8051单片机扩展控制系统。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。 X—Y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，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。 系统总体框图 三、机械部分的设计和计算 1、工作台的初步设计： （1）确定系统脉冲当量 脉冲当量是个进给指令时工作位移量，应小于等于工作台的位置精度。一般为0.01~0.005mm。 （2）工作台外形尺寸及重量初步估算。 取X向导轨支承钢球的中心距为130mm ,Y向导轨支承钢球的中心距为180mm，设计工作简图。 工作台简图 工作台的尺寸： ； 重量：按重量=体积材料比重估算： ； X向拖板（上拖板）尺寸：长 宽高： ； 重量：按重量=体积材料比重估算： ； Y向拖板尺寸： ； 重量： ； 上导轨座重量：； 夹具及工件重量：约160N 则X—Y工作台运动部分的总重量约： 1100N 2、滚动导轨的参数确定： （1）导轨型式：双V型滚珠导轨 （2）导轨长度: 上导轨（X向） 取动导轨长度 ; 动导轨行程; 支承导轨长度 ; 保持器长度; 下导轨（Y向） 取动导轨长度 ; 动导轨行程; 支承导轨长度 ; 保持器长度; （3）滚动体尺寸与参数的确定: 滚珠直径取d=6mm 数目根据决定。上导轨 , 所以; X向动导轨长度; 则,两滚珠之间的间距。 ②下导轨 G=740N所以 因为, 取, 滚珠之间的间距 。 （4）许用负载验