1机电一体化课程设计说明书设计题目：数控铣床X-Y工作台设计班级：机制三班设计者：陈钦元学号：07120526指导教师：张继祥重庆交通大学2010年12月2目录一.系统总体方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3(一)机械系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3(二)接口设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4(三)伺服系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4(四)控制系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4二.机械系统的设计计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5(一)初选步进电动机⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5(二)计算减速器传动比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6(三)齿轮机构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7(四)滚珠丝杠的选型设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10(五)滚动直线导轨的选型与计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14(六)计算系统转动惯量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15(七)光电开关的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17(八)接近开关的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18三控制系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18（一）.操作面板的布置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18（二）.操作面板功能介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19（三）.控制系统原理框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22（四）、电动机控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯223（五）、键盘、显示器接口电路分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23四参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24原始数据设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制,控制方式采用步进电机开环控制。其他参数如下设计任务:X方向行程:610mmY方向行程:350mm工作台面的参考尺寸:800X320mm平均切削力:1100N最高运动速度:5m/min定位精度:0.03mm台上最大重物质量500kg脉冲当量0.005mm/step一.系统总体方案设计由设计任务书知,本次设计可采用如下方案(一)机械系统1.传动机构采用滚珠丝杠副42.导向机构采用滚动直线导轨3.执行机构采用步进电机(二)接口设计1.人机接口(1)采用键盘作为输入(2)采用LED作为指示标志(3)采用数码管作为显示器2.机电接口采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离.(三)伺服系统设计采用开环控制(四)控制系统设计1、控制部分方案选择控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。上图为最简单的开环控制，若在机械传动机构中引出反馈给控制5部分，再经过比较放大器的则为半闭环控制。如若是在机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有着正比关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。一次通常在精确度要求很高时，采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频失步，负载能力不强的缺点。二.机械系统的设计计算（本次设计若未作特殊说明，其中的表与图均来自：由郑堤主编的《机电一体化设计基础》）（一）初选步进电动机根据已知条件：X、Y方向的脉冲当量yx，均为0.005mm/step即脉冲当量较小，因此这里选用反应式步进电动机。其特点是：步距角小，运行频率高，价格较低，但功率大。结论：初选步进电机型号为：130BF001其相关参数如下：相数电压电流步距角（度）步距角误差（秒）空在运行频率空载启动频率转动惯量580/10A0.751016000H3000HZ0.00046612VZkg.m.m并采用单双相通电方式，因此步距角°α=0.751、步进电动机的脉冲频率计算典型工况下，步进电机的脉冲频率均为：（取XY方向的速度都为5m/s）p/s1666705.0060560vf2、步进电动机的驱动转矩计算典型工况下，步进电机的驱动转矩yxTT和均为：T均为0.8N/m3、步进电动机的驱动力计算典型工况下，步进电机的驱动力均为：代入数据得1851N驱动力远大于进给抗力，所以所选步进电动...
