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.doc

HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 《机电一体化系统设计》课程 课 外 学 分 项 目 名 称 X-Y数控工作台 项 目 组 成 员 王扬2013210475 朱诚诚2013210484 李青岩2013210493 黄志鹏2013210502 成 绩 机械工程学院 机械电子工程系 二零一六年十一月 目录 1总体方案设计 1 1.1设计任务 1 1.2总体方案确定 1 1.2.1系统的运动方式与伺服系统 1 1.2.2计算机系统 1 1.2.3X-Y工作台的传动方式 1 2机械系统设计 2 2.1工作台外形尺寸及重量估算 2 2.2滚动导轨的参数确定 2 2.2.1导轨型式 2 2.2.2导轨长度 2 2.2.3直线滚动轴承的选型 2 2.2.4滚动导轨刚度及预紧方法 3 2.3滚珠丝杠的设计计算 3 2.3.1最大动负载Q的计算 3 2.3.2滚珠丝杠螺母副几何参数计算 4 2.3.3传动效率计算 4 2.3.4刚度验算 4 2.4步进电机的选用 5 2.4.1步进电机的步距角 5 2.4.2步进电机启动力矩的计算 5 2.4.3步进电机的最高工作频率 6 2.5确定齿轮传动比 6 2.6确定齿轮模数及有关尺寸 6 2.7步进电机惯性负载的计算 7 3控制系统硬件设计 9 3.1CPU板 9 3.1.1CPU的选择 9 3.1.2CPU接口设计 9 3.2驱动系统 10 3.2.1步进电机驱动电路和工作原理 10 3.2.2电磁铁驱动电路 11 3.2.3电源设计 12 4控制系统软件设计 13 4.1总体方案 13 4.2主流程图 13 4.3X轴电机点动正转程序流程图 14 4.4步进电机步进一步程序流程图 15 参考文献 16 1总体方案设计 1.1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±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 1.2总体方案确定 1.2.1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。 1.2.2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。 1.2.3X-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。 图1-1 系统总体框图 2机械系统设计 2.1工作台外形尺寸及重量估算 X向拖板（上拖板）尺寸： 长宽高 145×160×50 重量：按重量=体积×材料比重估算 N Y向拖板（下拖板）尺寸： 重量：约90N。 上导轨座（连电机）重量： 夹具及工件重量：约150N 。 X-Y工作台运动部分的总重量：约287N。 2.2滚动导轨的参数确定 2.2.1导轨型式 选用x圆形截面滚珠导轨①上导轨（X向） 取动导轨长度 动导轨行程 支承导轨长度 ②下导轨（Y向） 选择导轨的型号：GTA16 2.2.3直线滚动轴承的选型 ①上导轨 ②下导轨 由于本系统负载相对较小，查表后得出LM10UUOP型直线滚动轴承的额定动载荷为370N，大