数控xy工作台及控制系统设计课程设计说明书.doc

PAGE 课程设计 数控xy工作台及控制系统设计 学生姓名 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机制1071 指导老师 张世亮 年 月 日 目录 PAGE II PAGE I 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 设计说明 - 1 - 1 总体方案的确定 2 1.1 系统运动方式的确定 2 1.2 伺服系统的选择 2 1.3 计算机系统的选择 2 1.4 工作台的传动方式 2 2 机械部分的设计 3 2.1 确定脉冲当量 3 2.2 工作台外形尺寸及重量初步估算 3 2.3 确定传动比 4 2.4 工作载荷分析及计算 4 2.5 进给工作台工作载荷计算 5 2.6 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 6 2.6.1初选丝杠型号 6 2.6.2 计算进给牵引力 6 2.6.3 最大动载荷的计算及主要尺寸初选 6 2.6.4 计算传动效率 7 2.6.5 丝杠刚度验算 7 2.6.6 压杠稳定性验算 8 2.6.7 滚珠丝杠螺母副安装与连接尺寸 9 2.6.8 联轴器选用 9 2.7 导轨的选型和计算 11 2.7.1 滚动导轨副的预紧 11 2.7.2 直线滚动导轨副的计算 11 2.7.3 直线滚动导轨长度选取 11 2.7.4 滚动导轨的润滑与保护 11 2.8 驱动电机的选用 11 2.8.1 初选步进电动机 11 2.8.2 电机的矩频特性 12 2.8.3 步进电机输出转矩的选择 12 2.9 步进电机的矩频特性校核 14 2.9.1 步进电机启动矩频特性校核 14 2.9.2 电机快速进给矩频特性校核 15 2.9.3 工进运行矩频特性校核 15 2.9.4 步进电机的安装尺寸 17 3 控制系统部分的设计 20 3.1 控制系统硬件的基本组成 20 3.2 步进电机控制电路 20 3.2.1 步进电机开环驱动原理 20 3.2.2 脉冲分配 21 3.2.3 驱动电路 22 3.3 控制系统软件组成及结构 22 3.3.1 步进电机控制模块 22 3.3.2 直线插补程序设计 23 3.3.3 键盘输入程序 25 参考文献 28 设计总说明 PAGE 27 设计说明 设计任务： 设计一个数控XY工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。系统分辨率为0.01mm，最大铣刀直径30mm，最大铣削宽度=12mm，最大铣削深度=6mm,加工材料为碳钢，工作台加工范围400X350mm，最大移动速度3m/min，制系统为单片机控制系统。 设计内容: 1.总体方案的确定（组成框图、功能、机械传动系统见图、主要设计参数，及方案分析、比较、说明） 2.机械部分的设计：确定脉冲当量；机械部件的总体尺寸、质量。转动惯量的估算；传动部件、导向部件的设计、计算和选用；步进电机计算、选用；绘制机械结构装配图。 3.数控系统的设计：确定数控装置的方案（组成框图、功能、主要设计参数，方案分析、比较、说明）；电气控制原理图设计（cpu、存储器、I/O接口电路及伺服驱动电路）；系统控制软件的结构设计（控制流程图）和部分功能控制软件设计（会变汇编程序及流程图）。 4.编写设计说明书 广东海洋大学数控XY工作台课程设计说明书 总体方案的确定 数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。 系统运动方式的确定 该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。 伺服系统的选择 开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。 计算机系统的选择 采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。 工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝