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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