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1、课程设计说明书课程名称： 设计题专 班 姓 名学 号： 指导教设计时间：2016 年 12 月 29 日2017 年 1 月 6 日目录一、课程设计的题目及要求 .11、题目 .12、要求 .1二、总体方案的确定 .2三、XY 二维工作台机械系统设计 .31、工作台的初步设计 .32、滚动导轨的参数确定 .33、滚珠丝杆计算、选择 .44、步进电机的选择 .75、齿轮计算、设计 .76、步进电机等效负载计算 .87、机械传动结构装配 .11四、XY 二维工作台控制系统硬件电路设计 .121、硬件电路总体方案设计 .122、主控制器的选择 .133、键盘、显示接口电路设计 .144、步进电机驱动
2、电路设计 .155、其它辅助电路设计 .15五、系统控制软件的设计 .161、开发环境和设计语言简介 .162、系统控制软件的主要内容 .183、键盘、显示子程序的设计 .194、步进电机控制子程序的设计 .20六、课程设计的心得和体会 .22参考文献 .231一、课程设计的题目及要求1、题目：步进电机驱动的 XY 二维工作台设计已知条件：定位精度：0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h，中等冲击，各题目的有效行程、快速进给速度和工作载荷见下表：表 1 工作台运动要求表有效行程(mm) 快速进给速度(mm/min)题号Lx Ly vmax vymax工作载荷 Fz (N)17
3、700 500 2000 2500 12002、要求1.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，不允许互相抄袭。2.认真阅读课程设计指导书，明确题目及具体要求；3.认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准；4.大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案；5.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；6.微机控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确；7.绘制机械系统零件图一张（A3）、装配图一张（A3），控制系统硬件电路原理图一张（A3），编写软件代码一份，图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰； 8.课程设计说明书一份（不少于 5000 字），包括：目录
4、，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。22、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。1、系统运动方式与控制方式采用连续控制系统，开环或闭环控制方式。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，建议大多数同学采用步进电机开环系统驱动。2、计算机系统建议采用教科书上的 MSC-51 系列单片机。控制系统应该包括微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进功率
5、放大电路等。系统的工作程序和控制指令通过键盘操作实现。采用数码管显示加工和工作状态等信息。33、XY 二维工作台机械系统设计1、工作台的初步设计1.1、确定系统脉冲当量脉冲当量 p 是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，一般为 0.010.005mm，本次设计取值 0.005mm.1.2、工作台的初步设计根据给定的有效行程，画出工作台简图，如下：图 1 工作台简图估算 X 向和 Y 向工作台承载重量 WX 和 WY， 取 x 向导轨支撑钢球的中心距400mm，y 向导轨支撑钢球的中心距 380mm,工作台的材料为 号钢，其密度为45，（取 ）。3/1085.7mkgkgN
6、/0工作台重量的估算如下：X 向拖板（工作台上拖板）的尺寸为： 30941m重量: Wx 6.37085.739041Y 向拖板（工作台下拖板）的尺寸为： 38重量: Ny.导轨座的尺寸依据 XY 向的行程选取： 2409上导轨的重量主要包括了导轨座、导轨副以及电机的重量，查阅南京工艺装备制造有限公司的导轨副型号及其质量，得到上导轨的重量为： N.162712087.21085.74201 3另外，包括滚珠丝杠、电机、联轴器、减速器等一些部件约重 100NX-Y 工作台运动部分的总重量为: NW4.63. 42、滚动导轨参数的确定根据给定的工作载荷 Fz和估算的 Wx和 Wy计算导轨的静安全系
7、数 fSL=C0/P，式中：C 0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷 P=0.5(Fz+W)；f SL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：依据使用速度 v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 C(kN)验算导轨的工作寿命 Ln：(hour)33(/)5016nCPvL由设计的要求知道，工作台工作时收到的是中等冲击，故静安全系数 取 4.0slfNWFPXZX .78).120(5.)(5.0YY 536fCXslX .3.7840NPYslY145由以上算出来的额定静载荷初选导轨，选择型号为 GGC128AK（南京工艺装备
8、制造有限公司制造）。表 2 直线滚动导轨副相应参数导轨副尺寸 滑块尺寸H W r B1 L1 B2 L1 Mi l0B2 M2 L216 8.5 10 40 46.4 25 20 M33.56 M4 32.4导轨尺寸额定动载C(KN)额定静载C0(KN）重量B1 H1 d D h单根最大长度（mm）滑块/ 个 导轨/米24 8.5 4.5 84.51200 4.45 4.6 0.06 1.87由公式 计算得：33(/)5016nCPvLhhn 50272.781533由以上计算验证该导轨满足使用的要求。53、滚珠丝杆计算、选择初选丝杠材质：CrWMn 钢，HRC5860，导程： l0=5mm。
9、3.1、强度计算丝杠轴向力：(N)(,maxyxzyxWFfKF式中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数 f=0.0030005；在车床车削外圆时：F x=(0.10.6)Fz， Fy=(0.150.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，F y=0.6Fz 计算。取 f=0.004，受到垂直载荷 =1200N,则：PZ=0.5 1200N=600NX=0.6 1200=720NyF=1.15 600+0.004 (1200+376.6)N=763NmaxX=1.15 720+0.004 (1200+367)N=891NY滚珠丝杠寿命系数： ，其中丝杠转速 (r/min) 601nTL0maxlvnX 方向： = r/min=400r/minxn52= =360xL6104Y 方向： = r/min=500y45065y最大动载荷： 3maxHWQLfF式中： fW为载荷系数，中等冲击时为 1.21.5
