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1、个人资料整理仅限学习使用机电一体课程设计说明书设计题目：数控铣床X-Y 工作台设计班级： 机自 0402 班设计者： 111 学号： 0400041024 指导教师： 1222 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用江南大学机械工程学院2008 年 1 月目录设计任务3 一. 系统总体方案设计3 ( 一机械系统3 ( 二接口设计3 ( 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4 ( 一滚珠丝杠的选型与计算4 ( 二滚动直线导轨的选型与计算7 ( 三电机的选择8 ( 四光电
2、开关的选择10 ( 五限位开关的选择10 三 控制系统设计12 1. 操作面板的布置图12 2. 操作面板功能介绍12 3. 控制系统原理框图15 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用5、光电开关和限位开关信号采集原理15 6、键盘、显示器接口电路分析15 四 程序16 五参考文献19 设计任务 :X 方向行程 :300mm Y方向行程 :200mm 工作台面的参考尺寸:500X300mm 平均切削力 :1500N 平均切削进给速度 :600mm/min 最高运动速度 :6m/min 定位精度
3、 :工作寿命 :每天 8 小时,工作 8 年,250天/年一.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2. 导向机构采用滚动直线导轨精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用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 控制系统设计二.机械
4、系统的设计计算(一滚珠丝杠的选型与计算由技术要求 ,平均载荷 F=1500N,丝杠工作长度 L=300mm, 工作寿命,传动精度要求设导程 P=5 mm ,则(1)求计算载荷精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用由条件,查机电一体化系统设计表2-6取=1.2, 查表 2-6取=1.2, 表 2-4 取 D 精度, 查表 2-6 取=1.0,(2计算额定动载荷计算值Ca由式(2-4 (3根据选择滚珠丝杠副假设选用 FC1 型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca 等于或稍大于的原则 ,查表 2-9选以
5、下型号规格FC1-2505-2.5 Ca=9610 公 称 直 径导 程螺 旋 角滚 珠 直 径按表 2-1 中尺寸计算滚道半径 R=0.52=0.52 3.175=1.651mm 偏心距丝杠内径(4稳定性验算1由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷其中 E=206Gpa L=0.3m 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用取则安全系数查表 2-10 S=2.5-3.3 SS 丝杠
6、是安全的 ,不会失稳2高速长丝杠工作时可能发生共振,因此需验算其不会发生共振的最高转速 -临界转速,要求丝杠的最大转速所以丝杠不会发生共振3此外滚珠丝杠副还受值的限制 ,通常要求(5刚度验算滚珠丝杠在工作负载F(N和转矩 T(Nm共同作用下引起每个导程的变形量为式 中 ,A为 丝 杠 截 面 积 ,A=为 丝 杠 的 极 惯 性矩,G 为丝杠切变模量 ,对钢 G=83.3GP a。T(Nm为转矩 .式中,为摩擦角 ,其正切函数值为摩擦系数。为平均工作载荷 .取摩擦系数为,则得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 19 页个人资
7、料整理仅限学习使用按最不利的情况取 (F= 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2,即该丝杠的满足上式 ,所以其刚度可满足要求 . (6效率验算要求在 90%-95%之间,所以该丝杠副合格 . 经上述计算验证 ,FC1-2505-2.5各项性能均符合题目要求,可选用. (二滚动直线导轨的选型与计算(1Y 方向导轨由所给条件得 ,该导轨的额定工作时间为由得因滑座数 M=4,所以每根导轨上使用2个滑座 ,由表 2-15-2-18 确定则由式 2-9,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7
8、页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用得X 方向导轨由所给条件得 ,该导轨的额定工作时间为由得因滑座数 M=4,所以每根导轨上使用2个滑座 ,由表 2-15-2-18 确定则由式 2-9,得选用汉江机床厂的HJG-D 系列滚动直线导轨 ,查表 2-13,其中 HJG-D26型号的导轨的 Ca值为 17600,能满足八年的使用要求.(三电机的选择1. 电机类型选择在开环控制的中小型伺服系统中,可以采用步进电机。减速器传动比计算选各传动齿轮齿数分别为=20,=40,模数 m=2mm, 齿宽 b=20mm.。大齿轮采用双圆柱薄片齿精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
9、- - - - - -第 8 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用轮错齿调整。强度强度检验略。2. 电动机轴上总当量负载转动惯量计算初选步进电机 75BF001,=将各传动惯量及工作台质量折算到电动机轴上，得总当量负载转动惯量。惯量匹配验算，满足要求。4步进电机负载能力校验步进电动机轴上得总惯量：空载启动时，电动机轴上得惯性转矩：电动机轴上得当量摩擦转矩：设滚动丝杠螺母副得预紧力为最大轴向载荷得,则因预紧力而引起的、折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为工作台上的最大轴向载荷折算到电动机轴上的负载转矩为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
10、9 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为按表 5-5 查得空载启动时所需电动机最大静转矩为按式 5-39 可求得在最大外载荷下工作时所需电动机最大静转矩为四）光电开关的选择产品简介E3R型放大器内置型光电传感器，低成本，小型光电传感器，采用了耐药品、耐油性都很优秀的特氟龙 PFA ）能够民晶圆片洗净槽的硫酸等高温液体的检测相对应。-40 +200 ），实现了 0.5mm的高重复精度。采用了防止液体的结构。应用范围能为制造过程提供高性能的目标探测、定位和高分辨率检测, 适用于半导体工业中的目标检测等应用产品性
11、能说明检测方式：对射型检出距离：5M 动作模态：遮光时ON ，入光时 ON 可切换）选择的产品型号： E3R-5E4 2M BY OMC五）接近开关的选择精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用选用 CLJ-A 系列 M
12、8*1 非埋入式来源于： http:/ 单片机。执行元件采用直流电机一）面板的布置图图五、面板示意图二）操作面板功能介绍1.位移状态选择开关以手动或自动操作工作台的移动时，可通过旋转此开关来改变工作台的移动状态。位移控制2启动开关 按下此开关机床启动）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用3停车开关 按下此开关机床停车。）4进给轴选择按钮开关按下欲运动的轴的按钮。被选择的轴会以相应的倍率进行移动，松开按钮则轴停止移动。5回零位键 按下此键工作台回零位）6显示器八位晶体管显示器，显示工作台的位置
13、，精确到0.001mm。X 向位置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用 Y 向位置7.X 零位指示灯ON表示 X 向工作台回零位。OFF表示 X 向工作台没有回零位。8.X 限位报警ON表示 X 向工作台到达极限位置，需要紧急停车。OFF表示 X 向工作台没有回零位9.Y 零位指示灯 ON表示 Y 向工作台回零位。 OFF表示 Y 向工作台没有回零位。10.Y 限位报警ON表示 Y 向工作台到达极限位置，需要紧急停车。OFF表示 Y 向工作台没有回零位11.正常运行指示灯ON表示机床正常运行
14、。OFF表示机床没有正常运行三）控制系统原理框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用图六、控制系统原理框图四）电动机控制原理步进电机控制接口电路如图八所示。图八、电动机接口电路图六）键盘、显示器接口电路分析键盘、显示器接口电路如图十一所示。8279 的 SL0 用来判断显示 X 向或显示 Y 向位移， SL1-SL3 经两片精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用74LS138 分成 16 路
15、作为发光二极管的位选信号，OUTA0-OUTA4 和OUTB0-OUTB4 送出段选信号。在位选信号中选出5 条作为键盘列扫描信号。图十一、键盘、显示器接口电路四、程序一）步进电机控制程序ORG 8100H ROUTN2: MOV R2, COUNT 。步进电机步数LOOP0: MOV R3, #00H MOV DPTR , #POINT 。送控制模型指针JNB 00H,LOOP2 ；反转，转LOOP2 LOOP1 ： MOV A,R3 。取控制模型MOVC A ,A+DPTR JZ LOOP0 MOV P1,A ACALL DELAY 。延时 INC R3 DJNZ R2,LOOP1 。步数
16、未走完，继续精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用 RET LOOP2: MOV A, R3 。 ADD A,#07H MOV R3,A AJMP LOOP1 二）键盘程序 MOV DPTR,#7FFFH 。指向 8279控制口 MOV A ,#00H 。键盘设置为编码扫描，双键锁定方式 MOVX DPTR, A 。输出控制字 MOV A ,#2FH 。置分频数为15 MOVX DPTR , A 。输出控制字KO:MOV 30H,#1 LCALL LS LJMP KEY K1:MOV 30H,
17、#6 LCALL LS LJMP KEY K2:MOV A , #0EH MOV DPTR , #17FFH 。指向 8355 C 口，输出X 向电机正转代码 MOVX DPTR ,A LJMP KEY K3:MOV 30H,#2 LCALL LS LJMP KEY K4:MOV 30H,#7 LCALL LS LJMP KEY K5:MOV A , #0DH MOV DPTR , #17FFH 。指向 8355 C 口，输出X 向电机反转代码 MOVX DPTR ,A LJMP KEY K6:MOV 30H,#3 LCALL LS LJMP KEY K7:MOV 30H,#8 LCALL L
18、S LJMP KEY K8: 回零位K9:MOV 30H,#4 LCALL LS LJMP KEY K10:MOV 30H,#9 LCALL LS LJMP KEY 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 19 页个人资料整理仅限学习使用K11:MOV A , #0BH MOV DPTR , #17FFH 。指向 8255 C 口，输出Y 向电机正转代码 MOVX DPTR ,A LJMP KEY K12:MOV 30H,#5 LCALL LS LJMP KEY K13:MOV 30H,#0 LCALL LS LJMP KEY K14:MOV A , #07H MOV DPTR , #17FFH 。指向 8355 C 口，输出Y 向电机反转代码 MOVX DPTR ,A LJMP KEY . 化学工业出版社,2004 6. 机电一体化技术手册编委会编. 机电一体化技术手册 ( 上. 下. 机械工业出版社 ,1999 7. 高学山编著 . 光机电一体化系统典型实例. 机械工业出版社 ,2006 , 8. 潘新民, 王燕芳主编 . 微型计算机控制技术 . 电子工业出版社 ,2005. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 19 页
