康波综合课程设计报告DOC

1机电一体化系统综合课程设计X-Y数控工作台设计说明书（控制部分）学校名称：杭州电子科技大学信息工程学院学生姓名：康波专业：机械设计制造及其自动化指导老师：金成柱聂欣季国顺二〇一三年十二月-1-目录1.任务书........................................................-2-1.1课程设计的目的..........................................-2-1.2课程设计的任务和内容....................................-2-1.3需提交的设计成果........................................-4-2.制定总体设计方案.............................................-6-2.1总体方案一..............................................-6-2.2总体方案二..............................................-7-2.3总体方案三..............................................-8-3机械传动部件的计算与选型.....................................-10-3.1导轨上移动部件的重量计算...............................-10-3.2直线滚动导轨副的计算与选型.............................-10-3.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型.............................-11-3.4步进电动机减速箱的选用.................................-13-3.5步进电动机的计算与选型.................................-13-3.6增量式旋转编码器的选用.................................-18-4工作台机械装配图的绘制.......................................-19-5工作台控制系统的设计.........................................-20-5.1控制系统硬件组成........................................-20-5.2微控制器的选用..........................................-20-5.3驱动器件的选择..........................................-21-5.4控制系统硬件接口电路设计................................-23-6控制系统软件设计.............................................-25-6.1控制系统软件总体方案设计...............................-25-6.2主流程设计.............................................-25-6.3中断服务流程设计.......................................-26-7总结.........................................................-27-8附录.........................................................-28-9参考文献.....................................................-28--2-1.任务书1.1课程设计的目的《机电系统综合课程设计》是培养机械设计制造及其自动化学生的一个重要实践性教学环节，它是学完了机械制图、机械设计、数字电子技术、模拟电子技术、微机原理及应用、自动控制工程基础、机电传动与控制、数控技术、微机控制机械系统设计、可编程序控制器原理以及机床工艺等有关专业课，并经过生产实习取得一定的实际知识后，综合运用所学过的机械、电子和计算机知识而进行的一项机电结合的基本训练，其目的是●使学生了解机电一体化系统的构成，掌握机械系统元部件设计和微机控制系统及其接口设计方法，培养以机电结合，能设计简单机电一体化系统的能力。●正确运用微机控制机械系统设计等课程的基本理论和有关知识，学会X-Y工作台或设备数控化改造方案拟定、分析、比较以及进行必要的计算。●通过对X-Y工作台或设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法。●通过设备的电气部分电路设计，掌握机械设备对数控系统和电气线路的要求，掌握简单数控系统或其他电路设计的基本方法和技能。●通过课程设计，提高学生对机械设计、结构设计及电路设计的能力。综合运用机电结合的思考方法，以培养学生对数控设备问题的分析能力和解决问题的能力。●掌握编写技术文件等基本技能；●进一步培养学生应用各种手册和资料的能力。1.2课程设计的任务和内容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。-3-表1主要技术指标题号型号行程台面尺寸底座外形尺寸10HXY-3025XYCBHC1B1H130025024025415550500184（续表1）最大长度L负载重量NX,Y最大移动速度m∕min重复定位精度定位精度6785001±0.020.04设计目的：除了满足上表各项指标之外，另外要求满足：切削负载小、运动灵敏度高、低速无爬行；定位精度高；结构轻便，建议机座和滑台采用铝合金；标准组件，独立产品；可直接应用于钻、铣床。主要工作及设计步骤：（一）从机电一体化系统功能出发，制定总体方案设计1.理解设计参数，制定3种总体设计方案；2.分析与比较3种方案；3.画出选定的总体方案图，并阐述选用该方案的原因。（二）机械部分的设计1.脉冲当量的决定；2.根据结构参数和运动特性要求，选取合适的步进电机，初步选择电机的类型规格的型号；3.运动部分惯性的计算；4.伺服电机的最后确定。5.机械传动部件的设计、计算与选择；6.导向支承部件的设计、计算与选择；7.正确进行零部件的设计计算，合理选取材料；8.三维造型设计，按国标要求，转化为机械装置装配图与主要零部件图。（三）控制硬件系统设计-4-1.确定控制用电机的驱动，制定控制系统框图；2.CPU的选择及其它模块的选择(或可编程逻辑控制器选用)；3.机电一体化系统中的接口电路确定；4.完成控制系统电气原理图的设计。（四）控制软件系统设计1.软件框图统计；2.I/O接口电路的程序；3.编程(生成斜线、曲线、圆弧或图案等，根据生成对象的难易程度打分)；（五）编写课程设计说明书，要求如下1.说明书是课程设计总结性的技术文件，应叙述整个设计的内容；2.对机械部分和电气部分的设计都要论证设计的合理性，大体方案要有比较，选用的元器件，采用的参数要说明理由，计算部分要附上；3.说明书学术条理清晰、语言简练、文字通顺、字迹端正。1.3需提交的设计成果1.课程设计说明书一本(电子文档和打印稿各一份)；要求：内容完整，图表完备，条理清晰，分析有据，计算精确；2.三维图１张，机械总装配图１张至少A１，主要零件图不少于３张；3.完整的电路图１张(A１)，附元器件清单；4.完整的程序流程图及相应的程序代码。-5-1.4时间安排起止时间：2013年12月23日至2014年1月10日表2任务时间进度安排序号时间内容1方案的论证10%2机械部分的设计35%3电气部分的设计25%4编程或调试15%5编写说明书10%6准备答辩5%（续上表2）1.5参考书目[1]尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社,2007.7.[2]赵松年.机电一体化机械系统设计[M].北京:机械工业出版社,1997,6.[3]张建民.机电一体化系统设计[M].北京:北京理工大学出版社,1996,8.[4]陈强,解云龙.机械系统的微机控制[M].北京:清华大学出版社,1999,8.[5]周佩玲.微机原理与接口技术(基于16位机)[M].北京:电子工业出版社,2004.[6]吴秀清.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,2003.[7]沈美明.IBM-PC汇编语言程序设计[M].北京:清华大学出版社,2002.[8]张伟.ProtelDXP入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,2003.2.[9]钱培怡.电子电路实验与课程设计[M].北京:地震出版社,2002,6.[10]各类机电产品设计手册.-6-2.制定总体设计方案现代科学技术的不断发展．极大地推动了不同学科的交叉与渗透，计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。其工作原理是X、Y向均采用伺服电机，通过齿轮减速和丝杆传动后，带动工作台做X-Y向的运动。如数控机床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控转台的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统和电子元件表面贴装系统等，尽管结构和功能各不相同，但其基本原理相同。因此，选择X-Y数控工作台作为毕业设计选题的主干内容，对于机电一体化设计具有普遍意义。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件组成。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚动丝杆螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。根据任务书的主要技术指标，结合当前主流的X-Y数控工作台设计趋势，初步拟定如下三种总体方案。2.1总体方案一2.1.1机械传动部件的选择1)导轨副的选用选用贴塑滑动导轨副。其具有以下特点：①摩擦系数低而稳定，比铸铁导轨副低一个数量级；②动、静摩擦系数相近，运动平稳性和爬行性较铸铁导轨副好；③吸收振动，具有良好的阻尼性，优于接触刚度较低的滚动导轨和易漂浮的静压导轨；④耐磨性、抗撕伤能力强、有自润滑作用，无润滑油也可以工作，灰尘、磨粒的嵌入性好；⑤化学稳定性好，耐磨，耐低温，耐强酸、强碱、强氧化剂和各种有机溶剂；⑥维护修理方便，软带耐磨，损坏后更换容易；⑦加工性和化学稳定性好，工艺简单，经济性能好，结构简单，成本低，其成本约为滚动导轨副成本的1∕20。2)丝杠导轨副的选用根据任务书的相关数据要求，选用滚珠丝杠螺母副。其具有以下特点：①传动效率高，摩擦损失小；②能预紧；③运行平稳，传动精-7-度高；④具有可逆性；⑤磨损小，使用寿命长；⑥制造成本较高；⑦不能自锁；⑧定位精度和重复定位精度高；⑨同步性好；⑩可靠性高。3)减速装置的选用为了圆整脉冲当量，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个，可能需要减速装置，且应有消间隙机构，采用无间隙齿轮传动减速箱。齿轮传动的回差可通过如下几种方式进行控制：①偏心套（轴）调整法；②轴向垫片调整法；③双片薄齿轮错齿消除法；④斜齿轮垫片消除法；⑤斜齿轮轴向压簧调整法；⑥锥齿轮传动轴向压簧调整法。本方案中选用锥齿轮传动轴向压簧调整法控制回差。4)伺服电动机的选用选用有刷直流伺服电机。其优点是电机成本低、结构简单、启动转矩大、调速范围宽、控制容易，缺点是需要维护