专业课程设计xy数控工作台[].docVIP

本 科 生 专 业 课 程 设 计 （ 2011 届） 学生姓名： 学 号： 专业名称： 班 级： 指导教师： 2010年 11月 20日 目 录 任 务 书 2 二、总体方案的确定 3 三、机械传动部件的计算与选型 5 四、工作台机械装配图的绘制 17 五、工作台控制系统的设计 18 参考文献 20 附件1 21 附件2 22 附件3 23 附件4 24 任 务 书 设计题目：X-Y数控工作台机电系统设计 设计任务： 设计一台微机控制XY两坐标工作台，供立式数控铣床使用。具体内容如下： 机械系统设计：通过计算,正确选择传动机构、导向机构、执行机构、驱动电机等，根据计算说明，绘制机械系统装配图。 控制系统设计：根据系统要求，选择正确的控制策略，设计合理的控制系统，并绘制控制系统电路图。 主要程序设计：在机械系统设计与控制系统设计的基础上，进行控制系统的主程序设计，列出程序清单。 设计说明书撰写。 系统主要参数： 立铣刀最大直径d=20mm 立铣刀齿数Z=3 最大铣削宽度 最大背吃刀量 加工材料为碳素钢或有色金属 X,Y方向的脉冲当量 X,Y方向的定位精度均为±0.01mm 工作台面尺寸为400mm×500mm(我们这个长度400以下)，加工范围为200mm×200mm 工作台空载最快移动速度 工作台进给最快移动速度 时间安排及任务： 一、系统功能介绍、总体方案设计（1天） 1. 机电一体化产品设计的基本过程介绍；2. XY工作台功能介绍；3. 总体方案的确定 二、单元功能模块介绍和设计任务的落实（1天） 三、详细设计（8天） 1．机械系统装配图设计；2．控制各部分原理图的设计；3．主功能程序的编制  二、总体方案的确定 1、机械传动部件的选择 （1）导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，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。 选直线滚动导轨副 （2）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，要满足0.01mm的脉冲当量和±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。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，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 选滚动丝杠螺母副 （3）减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消除间隙机构。为此，系统中决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 拟采用减速器 （4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。 伺服电机选步进电机 （5）检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，并在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。 考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相同的型号与规格。 检测装置的选用：增量式旋转编码器 2、控制系统的设计 （1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。 连续控制型 （2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。 单片机选：AT89S52 （3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存贮器、数据存贮器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等