二维工作台课程设计【优秀】.doc

机电一体化系统设计 课程设计报告 设计题目： 学 院： 姓 名： 班级（学号）： 指导老师： 时 间： 2013年6月 目录 一、总体方案设计………………………………………………………1 1.1、设计任务………………………………………………………1 1.2、总体方案确定…………………………………………………1 二、工作台的尺寸及其重量的初步确定………………………………4 2.1、 工作台（X向托板）…………………………………………4 2.2、 工作台（Y向托板）…………………………………………4 2.3、上导轨座（连电机）重量……………………………………4 三、滚动导轨的计算与选择……………………………………………5 3.1、滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取……………5 3.2、导轨的寿命计算………………………………………………5 3.3、导轨额定动负载的核算………………………………………6 四、滚珠丝杠的设计计算及选择………………………………………6 4.1、滚珠丝杠最大工作载荷的计算…………………………6 4.2、滚珠丝杠静载荷的计算……………………………………7 4.3、滚珠丝杠动载荷的计算……………………………………7 4.4、丝杠型号的确定………………………………………………8 4.5、丝杠压杆稳定性核算…………………………………………8 4.6、丝杠刚度的验算………………………………………………9 五、电机的计算与选择…………………………………………………10 5.1、电机步距角的计算……………………………………………10 5.2、负载惯量的计算………………………………………………10 5.3、负载转矩的计算………………………………………………11 5.4、步进电动机最大静转矩的计算………………………………12 5.5、步进电动机的确定……………………………………………13 5.6、步进电动机的性能校核………………………………………13 六、联轴器的选择………………………………………………………14 6.1、联轴器的介绍…………………………………………………14 6.2、联轴器的选择………………………………………………14 七、轴承的选择…………………………………………………………15 八、控制系统硬件设计…………………………………………………15 九、控制系统的设计……………………………………………………21 十、参考文献……………………………………………………………28 一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：CNC二维工作平台的设计 任务：设计两轴联动的数控X-Y运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下： 工作台负载重量； 工作台面尺寸为； 底座外形尺寸为； 加工范围； 工作台最大移动速度； X,Y方向的定位精度为； X,Y方向的脉冲单量为. 1.2 总体方案确定 1.2.1方案确定思想 该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。 因X向和Y向机械结构基本相同，故只绘制X向机械系统部分的结构简图，如下： 考虑在满足设计要求的前提下，应尽可能采用简洁轻便的结构设计和廉价实用的可选材料，符合绿色环保的现代机械设计理念，由此来确定最终方案。 1.2.2 方案的确定 综合考虑设计任务和方案确定思想，因系统定位精度和最快移动速度相对并不是很高，故选用性能较好而性价比较高的混合式步进电动机已经足够；为了避免爬行现象，同时节约生产成本，且因该设计载荷较低，故选用直线滚动导轨副；滑动丝杠副在低速或微调时可能产生爬行显现，且为了能够满足的定位精度，故选用滚珠丝杠副；控制系统选用AT89C51单片机，足以满足设计要求且较为廉价；由于本设计中要求系统结构紧凑，且依靠步进电动机和滚珠丝杠副已经可以达到所需的脉冲当量，因此可以不使用减速箱。 1.2.3 总体方案系统组成 （1）机械系统组成 1）导轨副的选用 该设计课题中所要求的二维工作台，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副。它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，选用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。 减速装置的