数控回转工作台课程设计

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步进电机的选用:
滑动导轨副动摩擦系数设为f=0.005,导轨半径为80mm,最大轴向载荷为 ,则工作台承受最大转矩 ,故作用在涡轮上的转矩 ,蜗轮蜗杆减速器有转矩放大作用,蜗杆所承受转矩 ,所以步进电机静转矩不可低于它,由以上数据选得步进电机如下表所示。
参数
型号
相数
步距角
/(º)
最大静转矩/( )
空载启动频率/(步/s)
具体任务:
1、确定总体方案,绘制系统组成框图1张(A2);
2、进行必要的匹配计算,选择适当的元器件;
3、机械部分装配图一张(A0);
4、数控系统控制电路设计,绘制电气原理图一张(A1或A0);
5、编写设计说明书1份(不少于8000字)。
二、总体方案
一、数控回转工作台总体设计
数控回转工作台大致包括以下几部分:
4)确定接触系数
先假设蜗轮分度圆直径 和传动中心距a的比值 ,从图11-8中可查得 。
5)确定许用接触应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,可从表11-7中差得蜗杆的基本许用应力 。
应力循环次数
寿命系数

6)计算中心距
取中心距a=50mm,因i=18,故从表11-2中取模数m=1.6mm,蜗杆分度圆直径 =20mm。这时 ,从图11-8中可查得接触系数 ,因为 ,因此以上结果可用。
1、单片机选用
因程序不是很复杂,I/O连接数码管与环形分配器以及连接键盘电路,不需要太多I/O口,故选用80C51单片机,12MHz振荡器,以下为80C51单片机简介:
MCS-51 NMOS single-chip 8-bit microcontroller with PCA,
32 I/O lines, 3 Timers/Counters, 7 Interrupts/4 priority levels,
MOV P2,A
MOV IE,#8FH;开中断
AJMP DISPLAY
RETURN:RETI
JPSM:CLR EA;键盘扫描子程序,关闭总中断
XIAODOU:MOV A,#0FFH;读行线,消除抖动
MOV P1,A
MOV A,P1
MOV R3,A
LCALL D_10ms
MOV A,#0FFH
MOV P1,A
HANG_2_2:CJNE R2,#02H,HANG_2_3
MOV @R0,#07H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_2_3:CJNE R2,#H,RETURN
MOV @R0,#08H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_3:CJNE R3,#0FBH, HANG_4
MOV A,P1
CJNE A,03H,RETURN;两次结果不一致,转RETURN,相等则R3中存放行值
MOV R2,#01H
SJMP LIEZHI_2
LIEZHI_1:MOV A,R2
RL A
MOV R2,A
LIEZHI_2:MOV A,R2
MOV P2,A
MOV A,#0FFH
MOV P1,A
MOV A,P1
CHUSHI:MOV SP,#4FH;堆栈区
MOV TMOD,#00H;置定时器
SETB IT0;INT0脉冲触发方式
MOV R0,#18H;数据存放首地址
MOV R1,#00H;存放显示位数
MOV 17H,#00H;运行标志位置零
MOV A,#0FFH;P1口置1
MOV P1,A
MOV A,#00H
分配方式
外形尺寸(轴径)/mm
75BF003
3
1.5
0.882
1250
3相6拍
步进电机转速计算公式 ,其中 为步距角(º), 为通电频率(步/s);因工作台工作时带负载,所以电机运行频率应低于空载启动频率,取运行频率f=625(步/s),进行转速计算得 。
二、蜗杆传动设计校核
1.选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。
7.蜗轮蜗杆零件图
四、控制、驱动系统设计
一、控制系统应满足的条件
1、回转工作台可以连续旋转与定角度旋转,分正逆方向;
2、由键盘输入命令,显示器显示,以直观的判别是否输对;
3、有复位按键,可以重新输入,重新旋转。
二、控制系统总体设计
由键盘按顺序输入五位数字:
第一位:运行方向,“1”为正向运行,“0”为逆向运行,存于18H;
HANG_1_2:CJNE R2,#02H,RETURN
MOV 17H,#01H;置运行标志位
SETB EA;开中断
RETI
HANG_2: CJNE R3,#0FDH,HANG_3
HANG_2_1:CJNE R2,#01H,HANG_2_2
MOV @R0,#06H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
采用步进电机驱动,选择适当的步距角与传动比便可达到分辨率要求。
2、电气部分
采用专用环形分配器经功率放大电路驱动步进电机。
采用单片机控制环形分配器,并控制显示系统显示控制命令。
采用键盘输入控制命令,单片机进行显示并处理。
三、机械系统设计
一、传动比的计算及步进电机的选用
传动比计算:
初选电机步距角为 ,由传动示意图、所选电机步距角及任务书要求分辨率可得传动比 ,因任务书要求分辨率 ,所以分辨率不可低于以上所得的传动比,但可以高于它。
2.选择材料
考虑到蜗杆传递的功率不大,速度不高,故蜗杆用45钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45-55HRC。涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。
3.按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。
键盘电路如下图:
如图所示,P1.0到P1.3与键盘行线连接,P2.0到P2.3与键盘列线连接,键盘行线通过与门与INT0连接,初始化时P1口写一,P2口写零,按键闭合时,INT0电平由高变低,响应中断,P1口的高电平被P2口的低电平拉低,此时P1口即为行值,接着P2口轮流送高电平,检测P1口电平,当P1口全为高电平时,此时P2口即为列值。接着由行值与列值判断出键值,存于指定位置。键盘扫描程序完毕。按键行列值表如下:
MOV @R0,#01H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_4_3:CJNE R2,#04H,RETURN_1
MOV @R0,#02H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
RETURN_1:RETI
其中D_10ms为延时子程序,延时10ms。
3、显示电路及显示程序
显示电路应能显示输入的五位数据,因而需要五个LED数码管,选用7SEG-MPX6-CC共阴极数码管,为了输出字位码与字形码,仅用单片机自带I/O管脚是不够的,因而增加74LS48与74LS138,前者输出字形码,后者输出字位码。
4.蜗杆与涡轮的主要参数与几何尺寸
1)蜗杆
蜗杆头数 ;轴向齿距 ;直径系数q=12.5;齿顶圆直径 23.2mm ;齿根圆直径 ;分度圆导程角γ= ;蜗杆轴向齿厚 。
2)涡轮
涡轮齿数 ;变位系数 ;
验算传动比 ,传动比大于最低传动比18,因而是可以的;
涡轮分度圆直径 ;
涡轮喉圆直径 ;
涡轮齿根圆直径 ;
传动中心距
1)确定作用在涡轮上的转矩
滑动导轨副动摩擦系数f=0.005,导轨半径为80mm,最大轴向载荷为 ,则工作台承受最大转矩 ,故作用在涡轮上的转矩
2)确定载荷系数K
因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均匀系数 ;由表11-5选取使用系数 ;由于转速不高,可取动载系数 ;则
3)确定弹性影响系数
因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故 。
涡轮咽喉母圆半径 ;
5.校核齿根弯曲疲劳强度
当量齿数
根据 , ,从图11-19中可查得齿形系数 。
螺旋角系数
许用弯曲应力 ;
从表11-8中可查得ZCuSn10P1制造的涡轮的基本许用弯曲应力
寿命系数
弯曲强度是满足的。
6.精度等级公差和表面粗糙度的确定
考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、涡轮精度中选择8级精度,侧隙种类为f,标注为8fGB/T10089-1988。然后由有关手册差得要求的公差项目及表面粗糙度,此处从略。
ROM-less, 256 Bytes on-chip RAM,
Programmable Serial Channel with Framing Detection and
Automatic Address Recognition
2、键盘电路及程序
由回转工作台的要求,键盘应有11个键,其中包括“0”~“9”、“运行键”以及复位键,采用四行三列中断式键盘。
(1)74LS48电路
由以上两表连接电路如图(1)所示:其中BI/RBO、RBI与LT接+5V电压,QA~QG连接7SEG-MPX6-CC的段码线。
3、显示电路及显示程序
4、运行程序
5、延时子程序
6、环形分配器电路
7、功率放大电路
三、控制系统仿真
五、单片机程序
一、设计任务
题目:数控回转工作台(Φ160)
时间:1010年11月22日至1010年12月31日共六周
要求:设计一回转工作台并开发其控制、驱动系统,工作台直径160mm,分辨率均为δ=5′/step,承受最大轴向载荷Tmax=400N。
1、完成回转功能的执行部件(即产品的机械装置);
2、操纵者操纵工作台的操作面板;
3、处理操作指令的控制系统;
4、对控制系统发出的控制信号进行处理以及放大以驱动电机的驱动电路;
系统总体示意图:
二、数控回转工作台功能的实现
1、机械部分
采用蜗轮蜗杆减速,蜗轮蜗杆传动平稳,传动比大,因工作台转速较低,所以发热较轻,蜗杆与电机相连,蜗轮与回转台相连。
第二位:运行模式,“0”为连续运行模式,“1”为定角度运行模式,存于19H;
第三位:运行角度百位数,在连续运行模式时此位无效,在定角度运行模式时此位乘以100即为旋转度数,存于1AH;
第四位:运行角度十位数,在连续运行模式时此位无效,在定角度运行模式时此位乘以10即为旋转度数,存于1BH;
第五位:运行角度个位数,在连续运行模式时此位无效,在定角度运行模式时此位乘以1即为旋转度数,存于1CH;
MOV R4,A
CJNE R4,#0FFH,LIEZHI_1;相等则R2中存放列值
MOV A,#00H
MOV P2,A
HANG_1:CJNE R3,#0FEH,HANG_2
HANG_1_1:CJNE R2,#01H, HANG_1_2
MOV @R0,#09H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
键值
行值
列值
0
F7H
01H
1
F7H
02H
2
F7H
04H
3
FBH
01H
4
FBH
02H
5
FBH
04H
6
FDH
01H
7
FDH
02H
8
FDH
04H
9
FEH
01H
运行
FEH
02H
单片机初始程序与键盘扫描程序如下:
ORG 0000H
AJMP CHUSHI
ORG 0003H
AJMP JPSM;中断0地址
ORG 0100H
MOV @R0,#05H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_4:CJNE R3,#0F7H,RETURN_1
HANG_4_1:CJNE R2,#01H,HANG_4_2
MOV @R0,#00H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_4_2:CJNE R2,#02H,HANG_4_3
五位数字输完后,再输入数字没有意义,按下“运行键”,将17H位置01H,显示程序检测到17H为01H时,跳转运行程序。
LED数码管依次显示输入的数据,边输入边显示,数值输完以后,按下“运行键”,显示程序检测到17H为01H后,停止显示,跳转运行程序,运行程序处理数据后,单片机发出方向信号与CP脉冲信号,控制环形分配器,环形分配器输出三相六拍信号,再经功率放大电路驱动步进电机。任何时候按下“复位”键,程序从头执行,可以重新输入。
机电一体化
课程设计
数控回转工作台
一、设计任务
二、总体方案
一、数控回转工作台总体设计
1、机械部分
2、电气部分
二、数控回转工作台功能的实现
三、机械系统设计
一、传动比的计算及步进电机的选用
二、蜗杆传动设计校核
四、控制、驱动系统设计
一、控制系统应满足的条件
二、控制系统总体设计
1、单片机选用
2、键盘电路及程序
HANG_3_1:CJNE R2,#01H,HANG_3_2
MOV @R0,#03H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_3_2:CJNE R2,#02H,HANG_3_3
MOV @R0,#04H
INC R0
SETB EA;开中断
RETI
HANG_3_3:CJNE R2,#04H,RETURN
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