综合课程设计解析.docx

设计组号：9机电一体化系统综合课程设计X-Y数控工作台设计说明书 学 院: 信息工程学院班 级：机械三班设 计 者：屠昊杰指导老师：李沛同完成日期：2015年11月5日目录一、总体方案设计1设计任务2 总体方案确定机械系统设计1 工作台外形尺寸及重量估算2 直线导轨副的计算与选型3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型4 步进电机减速箱的选用5 步进电机的计算与选型三、控制系统硬件设计1 CPU的选择2 CPU接口设计3 驱动系统4 步进电机驱动电路和工作原理5 电磁铁驱动电路6 电源设计7本章小节四、控制系统软件设计1 总体方案2 主流程图3 INT0中断服务流程图4 INT1中断服务流程图5 复位程序流程图6 X轴电机点动正转程序流程图7 绘制圆弧程序流程图8 步进电机步进一步程序流程图五、附录一、总体方案设计1设计任务设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.02mm，定位精度为0.04mm。设计参数如下：负载重量G=1500N；台面尺寸C×B×H＝240mm×254mm×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝550mm×450mm×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm，Y=200mm；工作台最大快移速度为1m/min。2 总体方案确定（1）系统的运动方式与伺服系统由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。（2）计算机系统本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。（3）X-Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 系统总体框图二、机械系统设计1、工作台外形尺寸及重量估算X向拖板（上拖板）尺寸：长宽高 240×254×50重量：按重量=体积×材料比重估算NY向拖板（下拖板）尺寸： 240×254×50重量：上导轨座（连电机）重量：夹具及工件重量：约500N 。X-Y工作台运动部分的总重量：约856N。2、直线导轨副的计算与选型 （1）、滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 单滑块所承受的最大垂直方向载荷为：查表3-41，根据工作载荷，故初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷，额定静载荷。上述导轨硬度为60HRC，工作温度不超过100°C，根据导轨上配有两只滑块，精度为4。任务书规定工作台面尺寸为240mm×254mm，加工范围为300mm×200mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为600mm。 （2）、距离额定寿命L的计算 查表3-36和表3-40，分别取硬度系数，温度系数，接触系数，精度系数，载荷系数,代入上述公式得： 远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。3、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 （1）最大工作载荷的计算工作台收到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）,受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）,受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）。已知移动部件总重量，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因素，球的滚珠丝杠副的最大工作载荷：最大动载荷的计算 工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度，初选丝杠导程，则此时丝杠转速：。 取滚珠丝杠的使用寿命，代入,得丝杠寿命系数（单位为：）查表3-30，取动载荷系数，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数，代入下列式中，求得最大动载荷： （3）初选型号根据最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循固定反向单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于，满足要求。