lichengcheng的课程设计说明书.doc

第一章 概 述 机械电子工程专业的课程设计，是对前阶段机电课程教学的一次设计性的训练过程，其后二周的综合训练则是将课程设计的设计成果进行物化的过程。整个过程应该能实现对理论教学内容的综合应用目的。所以，本指导书涉及了单片机原理及接口技术、机电一体化系统设计、电气控制与PLC、数控机床与编程技术、机械工程测试技术基础等多门机电课程知识，从机电系统及其电气原理图的设计与绘制，到动手制作控制电路及调试，对这些课程的诸多知识点在机电系统中的综合应用进行了简单的阐述。 1.1 本次课程设计综合训练对象及内容 本次设计任务是根据实验室的模拟数控平台，进行伺服传动系统设计及图形绘制、微控制器（单片机、可编程序控制器PLC、微机插卡）的接口电路设计、控制程序的编写、切削加工调试，初步掌握伺服控制系统的设计方法（可采用开环或闭环），完成数控车加工平台伺服系统零件的加工。 本次设计和训练的具体内容如下： (1)根据指导老师给定的任务，绘制数控系统传动图形，选择系统所用步进电机、计算系统减速器传动比； (2)使用PROTEL绘图工具绘制微控制器接线图； (3)利用元气件制作微控制器及其接口控制电路； (4)编制和调试程序，加工出任务书中要求的零件类型； （5）编制说明书。 1.2 课程设计综合训练任务书及要求 课程设计综合训练任务书及其格式见附录，其主要内容有： 1．设计训练题：分别给出课程设计和综合训练的题目，如课程设计的题目为“机电伺服传动系统设计及图形绘制”，综合训练的题目为“连接自制电路和机床进给电机驱动器实现第四象限直线插补加工”。 2.主要设计参数及要求：可以给出具体的设计参数，如丝杠导程步进电机步距角、加工线型及走刀长度、脉冲当量、电机和折算到电机轴上等效转动惯量、空载启动时间、最大进给速度、大小拖板质量、主切削力、吃刀抗力、走刀抗力等参数；要求如选择电机型号、制作接口电路、编制程序，使其能进行两方向伺服驱动加工出所需要的零件等。 3.设计内容及工作量：如课程设计内容要求“根据给定的任务参数，计算齿轮箱传动比，选择驱动中使用的步进电机，使用AutoCAD绘制数控系统传动图形；使用PROTEL绘图工具绘制微控制器接线图。” ；综合训练内容要求“利用元气件制作微控制器及其接口控制电路；编制和调试程序，加工出任务书中要求的零件类型；编制课程设计和综合训练说明书。” 设计具体任务书由指导老师下达，要求每个学生完成的内容： （1）根据给定的脉冲当量选择传动比、电机后，设计伺服传动系统； （2）绘制微控制器电器接线图一张； （3）利用自制数控加工平台，编程插补加工出零件一个； （4）课程设计综合训练说明书1份：6000～8000字。 第二章 机电伺服传动系统设计及图形绘制 2.1步进电机的选择和齿轮传动比的计算 系统总体设计非常重要，是对一部机器的总体布局和全局的安排。总体设计是否合理将对后面几步的设计产生重大影响，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能和设计质量。所以，在总体设计时应多花时间、考虑清楚，以减少返工现象。 当伺服系统的负载不大、精度要求不高时，可采用开环控制。一般来讲，开环伺服系统的稳定性不成问题，设计时主要考虑精度方面的要求，通过合理的结构参数设计，使系统具有良好的动态响应性能。 2.1.1 系统方案设计 在机电一体化产品中，典型的开环控制位置伺服系统是简易数控机床（本实验室自制数控平台）及X-Y数控工作台等，其结构原理如图2-1所示。各种开环伺服系统在结构原理上大同小异，其方案设计实质上就是在图2-1的基础上选择和确定各构成环节的具体实现方案。 图2-1 开环伺服系统结构原理框图 1.执行元件的选择 选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性及体积、成本等多方面要求。开环系统中可采用步进电机、电液脉冲马达等作为执行元件，其中步进电机应用最为广泛，一般情况下优先选用步进电机，当其负载能力不够时，再考虑选用电液脉冲马达等。 2.传动机构方案的选择 传动机构实质上是执行元件与执行机构以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换为直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂，后者因结构简单、制造容易而广泛使用。在步进电机与丝杠之间运动的传递有多种方式，可将步进电机与丝杠通过联轴器直接连接，其优点是结构简单，可获得较高的速度，但对步进电机的负载能力要求较高；还可以通过减速器连接丝杠，通过减速比的选择配凑脉冲当量、扭矩和惯量；当电动机与丝杠中心距较大时，可采用同步齿形带传动。 3.执行机构方案的选择 执行机构是伺服系统中的被控对象，是实现实际操作的机构，应根