通用两维运动平台设计1讲解.doc

课程设计说明书 题 目：通用两维运动平台设计 学生姓名： XXX 学 院： 机械学院 企鹅号： 1663714557 指导教师： 张楠 2014年 1月 8日 目 录 第一章 二维运动平台总体方案设计 1 第二章 二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 2 2.1 确定系统脉冲当量 2 2.2 确定系统切削力 2 2.3直线滚动导轨副的计算与选型 3 2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 4 2.4 计算减速比i 6 2.5步进电动机的计算和选型 6 第三章 微机数控硬件电路设计 11 3.1 MCS—51系列单片机简介 12 3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 12 3.1.2 定时器/计数器 13 3.1.3 中断系统 14 3.2 存储器扩展电路设计 14 3.2.1 程序存储器的扩展 14 3.2.2 数据存储器的扩展 15 3.2.3 译码电路设计 15 3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 17 3.3.1 8155 通用可编程接口芯片 17 3.3.2 8255 通用可编程接口芯片 19 3.3.3 键盘显示接口电路 21 3.3.4 电机接口及驱动电路 22 3.3.5 辅助电路 22 参考文献 24 第一章 二维运动平台总体方案设计 1.1系统的运动方式与伺服系统的选择 为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000，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电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。 1.2机械传动方式 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0.01mm的脉冲当量和0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。 1.3计算机系统 根据设计要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS—51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。 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。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 数控机床总体方案设计，X.Y数控工作台总体方案设计分别见图1.1和图1.2 图1.1 X.Y数控工作台总体方案设计 第二章 二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。现分述如下： 2.1 确定系统脉冲当量 一个进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数 。根据设计要求，二维运动平台采用的脉冲当量是0.01mm/step。 2.2 确定系统切削力 根据设计要求，机床的切削负载为：X向1000N；Y向1200N；Z向1500N；G为1500N。 2.3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使用寿命的重要因素。本课题中的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直方向载荷为： 其中，移动部件重量G=1500N，外加载荷，代入上式，得最大工作载荷=1875N=1.875。 查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-41，根据工作载荷=1.875，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG25型，其额定动载荷=17.7，额定静载荷=22.6。 任务书规定工作台平面尺寸为1000×800，考虑工作行程应留有一定余量，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为1250。 2 距离额定寿命L的计算 上述选取的KL系列JSA-LG型导轨副的滚道硬度为60HRC,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《机电一体化系统设计