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机电一体化系统综合课程设计 课题名称： Ｘ－Ｙ数控工作台设计（电气部分） 学 院： 信息工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机械三班 姓 名： 胡忠钦 学 号： 指导老师： 季国顺 金成柱 聂欣 目录 TOC \o 1-3 \h \u 1685 一、总体方案设计 1 22525 1.1设计任务 1 3256 1.2总体方案确定 1 4660 二、机械系统设计 4 28274 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 4 7233 2.2 导轨参数确定 4 22122 2.3 滚珠丝杆的设计计算 4 31650 2.4步进电动机减速箱设计 6 30102 2.5 步进电机的选型与计算 6 12783 三、控制系统硬件设计 8 13192 3.1 CPU 8 1987 3.2 驱动系统设计 10 32355 3.2.1步进电机的驱动电路 10 27670 3.2.2电磁铁驱动电路 12 14726 3.2.3电源转换 12 9676 四、控制系统软件 13 23207 4.1控制系统软件总体方案设计 13 10438 4.2主流程设计 13 11081 4.3中断服务流程 15 8705 4.3.1 INTO中断服务流程图 15 12119 4.3.2 INTI 中断服务流程图 16 4.4软件调试 17 4.4.1 复位程序流程图 17 4.4.2 X轴电机点动正转程序流程图 19 4.4.3 绘制圆弧程序流程图 20 4.4.4 步进电机步进一步程序流程图 21 29177 五、总结 22 20567 六、参考文献 23 29177 七、附录 24 PAGE 28 一、总体方案设计 1.1机电专业课程设计的任务 主要技术指标： 一定的规格要求（负载重量G=500N；台面尺寸C×B×H=240×254×15mm；底座外形尺寸C1×B1×H1=550×550×184mm；最大长度L=678mm；工作台加工范围X=300mm；Y=300mm；工作台最快移动速度为1m/min；重复定位精度为±0.02mm，定位精度为±0.04mm； 设计具体要求完成以下工作： （1）数控工作台装配图 1张； （2）数控系统电气原理图 1张； （3）设计说明书页 1本； 所有图样均采用CAD绘制打印，设计说明书按规定撰写。 1.2 总体方案确定 图1-1 系统总体框图 机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 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。 ② 丝杠螺母副的选择 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0.005mm的脉冲当量和±0.02mm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。 ③ 减速装置的选择 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。 ④ 伺服电动机的选择 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。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。 ⑤ 检测装置的选择 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。 二、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。 ②对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-5