《XY运动工作台控制系统设计机械工程及自动化课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XY运动工作台控制系统设计机械工程及自动化课程设计（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西安工程大学课程设计（报告） “X-Y运动工作台控制系统设计”课程设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学生姓名 指导老师 2013年 12 月27日课 程 设 计 任 务 书兹发给 班学生 课程设计任务书，内容如下：1 设计题目： X-Y运动工作台控制系统设计 2 应完成的项目：（1）原始资料：该X-Y工作台图样，小批量生产； （2）熟悉X-Y工作台图样，绘制装配图一张； （3）编写控制系统程序； （4）撰写说明书。 3 参考资料以及说明：1李洪主编.实用机床设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，19992郑堤主编.数控机床与编程.北京：机械工业出版社，3机械加工技术手
2、册编写组.机械加工技术手册.北京：北京出版社，19934何立民.单片机应用系统设计【M】北京：北京航空航天大学出版社，19905周开勤主编.机械零件手册.北京：高等教育出版社，19996冯辛安主编.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，19997吴振彪.机电综合设计指导.北京：机械工业出版社，19978李洪.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，19904 本设计任务书于2013年 12月 16日发出，应于2013年12月 27日前完成，然后进行答辩。指导教师 签发 2013 年12 月 16 日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：年 月 目 录摘要第一章 绪论3 1.1 引言3 1
3、.2 课程设计的目的、意义及要求3第二章 课程设计的内容42.1 课程设计题目42.2 课程设计的内容4第三章 数控系统总体方案的确定5 3.1 系统运动方式确定5 3.2 伺服系统选择5 3.2 计算机系统选择5 3.4 X-Y工作台传送方式5 第四章 机械部分设计64.1 确定系统脉冲当量64.2 工作台外形尺寸及重量初步估算64.3 滚动导轨副的计算、选择74.4 滚珠丝杠计算、选择84.5 齿轮计算、设计104.6 步进电机惯性负载的计算114.7 步进电机的计算选择11第五章 机床数控系统硬件电路设计135.1 CPU板135.2 驱动系统145.3 电磁铁驱动电路165.4 电源设
4、计16第六章 系统控制软件设计17 6.1 总体方案17 6.2 主流程图17 6.3 X轴电机点动正转程序图18 6.4 步进电机控制程序设计20第七章 设计总结22参考文献23西安工程大学课程设计（报告）摘 要当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的C
5、NC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。关键字：机电一体化的基础 基本组成要素 特点 发展趋势第一章 绪论1.1引言在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为
6、代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统 ,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化 ,如加工过程的自适应控制 ,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 ,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求 ,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元 ,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.2课程设计的目的和意义课程设计是培养学生
7、设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。其目的是：1. 能够正确运用机电一体化系统设计课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；2. 通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；3. 通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；4. 通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技
8、术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。第二章 课程设计的内容第一节 课程设计题目：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，负载G=150N，加工范围500mm*50mm,最快移动速度1m/min第二节 课程设计的内容 a.数控装置总体方案的确定 (1).数控装置设计参数的确定； (2).方案的分析，比较，论证。 b.机械部分的设计(1).确定脉冲当量；(2).机械部件的总体尺寸及重量的初步估算；(3).传动元件及导向元件的设计，计算和选用；(4).确定伺服电机；(5).绘制机械结构装配图；(6).系统等效惯量计算；(7).
9、系统精度分析。c.数控系统的设计(1).微机及扩展芯片的选用及控制系统框图的设计；(2).I/O接口电路及伺服控制电路的设计和选用；(3).系统控制软件的设计第四章 数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括：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。3.1 系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。3.2 伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，
10、调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。.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。3.3 计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8031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。系统的工作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和工作状态等信息。3.4 XY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
11、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。系统总体框图如下:图3-1 系统总体框图第五章 机械部分设计机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。4.1 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，由于定位精度为0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。4.2 工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定
12、的有效行程，画出工作台简图，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为410mm,Y向导轨支撑钢球的中心距为400mm,设计工作台简图如下:工作台简图a. X向拖板(上拖板)尺寸为: 长*宽*高=420*410*50重量:按重量=体积*材料比重估算为: = b. Y向拖板(下拖板)尺寸为: 重量=c. 上导轨(含电机)重量为夹具及工件重量:约155NX-Y工作台运动部分总重量为:4.3 滚动导轨副的计算、选择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数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1
13、.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：因系统受中等冲击,因此取根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25基本参数如下:额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.4.4 滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC5860，导程
