通用二维运动平台设计
二维运动平台课程设计
二维运动平台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解二维运动平台的基本概念，掌握其在物理运动中的应用。
2. 学生能运用公式计算二维运动平台的速度、加速度和位移。
3. 学生能解释二维运动中的力的合成与分解，理解牛顿运动定律在二维运动中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用物理知识分析并解决二维运动平台的相关问题。
2. 学生通过实际操作，培养动手能力和团队合作能力，提高解决实际问题的能力。
3. 学生能够运用数学工具，如坐标系、图形等，进行二维运动轨迹的描述和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理科学的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生在学习过程中，树立正确的科学态度，尊重事实，严谨求证。
3. 学生通过团队合作，学会倾听、沟通与协作，培养集体荣誉感和责任感。
课程性质分析：本课程为物理学科，针对学生年级特点，注重理论与实践相结合，提高学生的物理素养和解决实际问题的能力。
学生特点分析：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的阶段，具备一定的物理和数学基础，但需要引导他们将知识应用于实际问题。
教学要求：1. 教师需采用生动有趣的教学方法，激发学生学习兴趣。
2. 教学过程中注重培养学生的动手能力和团队合作精神。
3. 教师应关注学生个体差异，给予个性化指导，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 二维运动平台基本概念：介绍二维运动平台的定义、构成和应用场景，使学生理解其在现实生活中的重要性。
- 教材章节：第二章第二节2. 二维运动平台的运动学分析：- 速度、加速度和位移的计算公式；- 运用坐标系描述二维运动轨迹；- 教材章节：第三章第一节、第二节3. 力的合成与分解在二维运动中的应用：- 牛顿运动定律在二维运动中的体现；- 合力与分力的计算方法；- 教材章节：第四章第一节、第二节4. 实际操作与案例分析：- 设计二维运动平台实验，让学生亲自动手操作，观察和分析实验现象；- 分析典型案例，使学生掌握解决实际问题的方法；- 教材章节：第五章5. 数学工具在二维运动中的应用：- 坐标系、图形等数学工具在二维运动轨迹描述和分析中的作用；- 教材章节：第六章教学安排与进度：本教学内容共计10课时，具体安排如下：1-2课时：二维运动平台基本概念；3-4课时：二维运动平台的运动学分析；5-6课时：力的合成与分解在二维运动中的应用；7-8课时：实际操作与案例分析；9-10课时：数学工具在二维运动中的应用。
二维精密工作台设计
⼆维精密⼯作台设计⽬录第⼀节《测控仪器课程设计》要求 (1)第⼆节国内外现状 (2)第三节⽅案设计 (5)第四节测量控制⽅法设计 (13)第五节未来展望与总结 (18)参考⽂献 (20)第⼀节《测控仪器课程设计》要求⼀课程设计⽬的：测控仪器课程设计是⼀次⽐较完整的仪器设计，它是理论联系实际、培养初步设计能⼒的重要教学环节，完成课程设计的⽬的有⼀下⼏点：（1）培养学⽣综合地考虑使⽤、经济、⼯艺、安全性等⽅⾯的设计要求，确定合理的设计⽅案。
（2）测控仪器设计是综合光学，电学，机械学，控制等多门课程的⼀个系统⼯程，培养学⽣从全局出发，体会各个学科融合的⼀次实战演练。
（3）培养学⽣仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材。
（4）通过分析⽐较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥⾃⼰的创造性，⽽不是简单抄袭或没有根据在臆造；（5）培养学⽣制图功底，训练学⽣通过计算参数，最后完成设计制图的能⼒，（6）了解国内外的技术前沿，以及现有企业可以提供的各种封装产品技术参数。
⼆课程设计技术要求课题名称：基于CCD边缘检测的⼆维测量系统设计要求：1. ⼆维精密⼯作台系统X轴⾏程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um；Y轴⾏程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um；2. CCD测量系统边缘识别，精度要求1um；三设计说明书要求1．根据设计任务要求，确定设计⽅案。
2. 详细讨论系统各部分的实现⽅法和原理。
3．按照技术指标要求计算相应的机械结构参数，有国家标准的零部件，过计算选取。
4．完成设计说明书⼀份，仪器⼯作原理图⼀张，总装配图⼀张（0号），零件图5张以上。
5．提交设计报告书。
要求打印，并列出参考⽂献。
设计说明书要求5000字。
第⼆节国内外现状⼀⼆维精密⼯作台系统随着微电⼦⼯程、计量科学与技术、精密加⼯、纳⽶科学与技术等领域的发展，使微纳⽶定位机构得到了越来越⼴泛的应⽤，各国不断发展微动定位的⼯作，不仅要求有⾼的定位精度，⽽且要求在⽐较⼤的范围内做测量。
01-两维运动平台说明书-控制部分
第三章二维运动平台电气控制系统设计根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制系统电气控制的结构框图。
PLC控制方案3.1 确定控制方案二维运动平台电气控制系统有继电器控制、单片机控制和PLC（可编程控制器）控制三种方式。
继电器控制方式存在可靠性差、可塑性差、接线复杂、自动化程度低等一系列缺点。
单片机控制方式采用单片机作为控制单元，开发周期较长，抗干扰性差，可靠性低，灵活性差。
PLC由CPU、存储器、输入/输出接口、内部电源和编程设备几部分构成，结构紧凑，集成度较高，开发方便，工作稳定可靠。
因此，本设计方案选用小型PLC作为控制单元。
可编程控制器是以计算机技术为核心的通用工业自动控制装置，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
基于PLC的控制系统由小型可编程控制器、脉冲输出模块、交流伺服系统、键盘（多个开关组合而成）、显示器（LCD指示灯）等几部分组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，LCD指示灯可以实时显示系统的工作状态。
设计内容包括PLC选用，交流伺服电机控制电路，键盘显示电路以及其他辅助电路的设计（例如越界报警电路，掉电保护电路等）。
本方案选用的PLC控制系统由1台日本三菱公司的FX系列小型可编程控制器FX2N-32MR，2台FX2N-10PG脉冲输出模块，2套三菱MR-J2S系列及交流伺服系统（各包含1台HC-KFS73(B)交流伺服电机），其核心是可编程控制器，其输入部分主要接受行程开关、急停开关和手动开关等的动作信号，输出部分主要用于控制伺服驱动电机。
3.2 PLC控制系统硬件介绍3.2.1 电气控制系统框图控制系统是由硬件和软件两部分组成，硬件是组成系统的基础，有了硬件软件才能有效地运行。
直线电机驱动二维精密定位平台的设计研究
基金项 目： 榆林学 院高层次人 才科 研启动基金项 目（ ８ Ｋ ３ ） ０ Ｇ ０ ７ 作者简 介 ： 曹卫锋 （９７ ） 男 ， １７一 ， 陕西 武功人 ， 助教 ， 在读博 士 ， 研究 方 向： 机械设计与制造 的教学 与研 究。
１
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕａ ｔｉｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ １ ｎ ｆｃ ｒ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ９， ０ ２ ｎ
Ｔ ＡＮＧ ｈ － ｉ ｇ ， ＡＯ Ｈｕ － ａ ｇ ， Ｓ ｕ ｙｎ Ｃ ｉ ｆ ｎ ＭＡ ｏ ｑ ｎ Ｗ ＡＮＧ ｅ ｇ’ Ｒｕ － ｕ ， Ｆｎ
（ ． ａｅ ｔ ｘ ｍ ｎ ｔ ｎＣ ｏ ｅａｉ ｅｔｒ ｆ ｈ ａｅｔ ｆｃ Ｂ ｉｎ ０ １０Ｃ ｉａ １ Ｐ ｔｎ Ｅ ａ ｉａｉ ｏｐ ｒｔ ｎＣ ｎｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｉｇ１０ ９ ，ｈｎ ； ｏ ｏ ｏ Ｔ Ｐ ｎ Ｏ ｅ， ｊ ２ Ｎ ｃ ａ ｄＲ ｄａ ｏ ａ ｔ Ｃ ｎｒ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ Ｃ ｉａ ． ｕｌ ｒ ｎ ａｉｔ ｎＳ ｆ ｙ ｅ ｔ Ｂ ｉｎ ０ ０ ２，ｈｎ ） ｅ ａ ｉ ｅ ｅ ｊ
二维定位平 台总体设计结合 了大范 围超精密定 位系统的技术指标 ， 其技术要求如下 ： 自由度 ： 、 ｘ Ｙ两维 ；
图 １ 二 维定 位 平 台 结 构 简 图
在台子 的侧面上 。
收 稿 日期 ：０ ２ ０ － ８ ２ １－ ６ ０ －
重复计算 电机峰值 力和平均连续输 出力 ，校核被选
１ 二维定 位平 台的设计
１１ 总体 设计 ．
１１． 、７底座导 轨 ２上 台 ３上 台 电极 动子 ４上台输 出部分 ５下 台直 ． ． ． ． 线 电机 磁轨 ６ 台光 栅读数头 ７下台直线 电机 动子 ８ ． 上 ． ． 限位装 机械 置 ９ 台光栅支架 １ 、５ 台导 轨 ｌ． ． 上 Ｏ １． 上 １ 下台光栅支架 １． 台直线 ２ 上 电机 ｌ ． ３ 上台光栅读数头 ｌ ． 台机械限位 １． ４ 上 ６ 底座
二维精密工作台参考
精密机械与仪器设计课程设计说明书二维数控精密工作台学院：机电与信息工程学院班级：测控技术与仪器08级学号：0811350121姓名：吴桥摘要数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。
机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。
这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。
数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。
精密数控工作台可广泛应用于激光焊接、层射线扫描、械手检测装置及实用教学领域。
随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。
关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨目录一、二维数控精密工作台的原理 (1)二、传动方案的确定 (2)三、机械系统设计的整体方案 (2)(一)工作台总体结构的确定 (2)（1）丝杆螺母副的选用 (2)（2）导轨副的选用 (3)（3）联轴器的选用 (3)（4）电动机的选用 (3)(二)绘制总体方案图 (3)(三)工作台质量计算 (4)(四)滚珠丝杆选择 (4)（1）滚珠丝杆工作长度计算 (5)（2）滚珠丝杠副载荷及转速计算 (5)（3）确定预期额定动载额 (6)（4）传动形式和支承方式的选择 (7)（5）滚珠丝杆副稳定性校核 (9)（6）滚珠丝杆副的刚度计算 (10)(五)直线滚动导轨选择计算 (10)（1）导轨型式选择 (10)（2）导轨额定寿命计算 (11)(六)步进电机的计算与选型 (12)(七)联轴器的选定 (14)(八)轴承选择 (15)四、控制系统设计 (15)(一)控制系统总体方案 (15)(二)控制系统具体方案 (16)(三)光栅传感器 (17)五、结论 (18)六、参考资料 (19)一、二维数控精密工作台的原理如图2.1.1所示为二维数控平台实验原理样机原理图，图2.1.2为二维数控平台实物照片。
二维工作台课程设计【优秀】讲解
机电一体化系统设计课程设计报告设计题目：学院：姓名：班级（学号）：指导老师：时间： 2013年6月目录一、总体方案设计 (1)1.1、设计任务 (1)1.2、总体方案确定 (1)二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4)2.1、工作台（X向托板） (4)2.2、工作台（Y向托板） (4)2.3、上导轨座（连电机）重量 (4)三、滚动导轨的计算与选择 (5)3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5)3.2、导轨的寿命计算 (5)3.3、导轨额定动负载的核算 (6)四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6)F的计算 (6)4.1、滚珠丝杠最大工作载荷max4.2、滚珠丝杠静载荷c F的计算 (7)4.3、滚珠丝杠动载荷Q F的计算 (7)4.4、丝杠型号的确定 (8)4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8)4.6、丝杠刚度的验算 (9)五、电机的计算与选择 (10)5.1、电机步距角的计算 (10)5.2、负载惯量的计算 (10)5.3、负载转矩的计算 (11)5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12)5.5、步进电动机的确定 (13)5.6、步进电动机的性能校核 (13)六、联轴器的选择 (14)6.1、联轴器的介绍 (14)6.2、联轴器的选择 (14)七、轴承的选择 (15)八、控制系统硬件设计 (15)九、控制系统的设计 (21)十、参考文献 (28)一、总体方案设计1.1 设计任务题目：CNC 二维工作平台的设计任务：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；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350N N =；2）工作台面尺寸为C B H 355mm 370mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420mm 430mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 4）加工范围X 125mm Y 120mm ==，； 5）工作台最大移动速度max 1.5/min V m =； 6）X,Y 方向的定位精度为0.025mm ±； 7）X,Y 方向的脉冲单量为0.015mm/step .1.2 总体方案确定1.2.1方案确定思想该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。
X-Y二维工作台设计
第一章总体设计 (3)1.1 CNC工作台的组成、结构、特点 (3)1.1.1 CNC工作平台的主要组成 (3)1.1.2 CNC工作平台的结构 (3)1.1.3 CNC工作台的特性 (4)1.2合理拟定并选择传动方案 (4)1.2.1 按丝杠与螺母的相对运动分 (4)1.2.2 按摩擦性质不同分类 (5)1.3确定CNC工作台的结构和零部件的类型 (5)1.3.1确定CNC二维工作平台的结构类型 (5)1.4确定导轨类型 (5)1.4.1普通滑动导轨 (6)1.5 选择轴承类型及支撑方式 (7)1.5.1 轴承类型选择 (7)1.5.2 支承方式 (8)1.6 初选联轴器 (8)1.7 初步确定机体结构 (9)1.8 伺服系统 (9)1.8.1 开环伺服系统 (9)1.8.2 闭环伺服系统 (9)1.9 选择控制电机 (9)第二章螺旋传动结构及其零件设计 (12)2.1 螺旋传动结构概述 (12)2.2滚动丝杠及螺母设计 (12)2.2.1螺纹滚道型面 (13)2.2.2滚珠返回的循环方式 (14)2.2.3轴向间隙和预紧的调整方法 (15)2.2.4滚珠丝杠副主要尺寸的确定 (16)2.2.5 X和Y方向丝杠的具体设计 (17)第三章装配图设计第一阶段 (24)3.1导轨的设计 (24)3.1.1、滑动导轨设计 (24)3.1.2、滑动导轨的材料及热处理 (24)3.1.3、导轨刚度校核 (25)3.2 确定丝杠轴承的型号、尺寸、润滑方式并校核 (25)3.2.1丝杠轴承的具体选择 (26)3.2.2确定轴承的尺寸 (26)3.2.3对滚动轴承进行校核 (26)3.2.4选择轴承润滑方式 (29)3.3 丝杠、螺母与工作台滑板的联接设计 (29)3.3.1、丝杠与螺母的主要参数 (29)3.3.2、螺母与工作台滑板的联接设计 (30)3.3.3、确定滚珠丝杠的全部几何尺寸 (31)第四章装配图设计第二阶段 (31)第一章总体设计总体设计非常重要，是对一部机器的总体布局和全局的安排。
箱体内检测装置二维运动平台设计
１ 检测装置总体方案
在用 高低 温 箱 做 例行 试 验 的过 程 中 ，需 要 检 测 显 示屏 的很 多 光 学 参 数 ，但 受 光 学 特 性 的 限 制 ，显示 屏
的很多数据无法通过数据线传 出，把检测仪器放 置高 低温箱内也不可取 。为了解决在密闭 的高低温箱内正 确 检测 显示屏 的数 据 难 题 ，我 们 设 计 了如 图 １所 示 的 检测 装 置 。
４ 结 论
设 计 的二 维运 动平 台能 够 放 置 在 高 低 温 箱 内 ，并
能根 据程 序准 确控 制其 方 向和 ｙ方 向 的运 动 距 离 和 精度 ，经 实 际检 验 ，本 平 台 的设 计 完 全 符合 总体 方 案 的需 要 ，解决 了在 密 闭环 境 和 高 低 温 环 境 下检 测 显 示 屏 遇到 的测量 准确 度与环 境 限制 的问题 。
难题 ，利用现有资源，以一个循序渐进的投资方式建立 起综合 管理平 台 ，而且这种 平 台应能 提供极 佳 的可伸 缩
性 ，以满足 新 的不 断 变 化 的应 用 需 求 。 因此 ，在 构 架 应 用 系统时必 须选 择合 理 的构 架模 型 ，如 建 立 ＪＥ ２ Ｅ体 系结构 ，可 满足 综 合 管 理 平 台应 用 系统 构 架 模 型 的 需
的允 许误差 必须 符合要 求 Ｐ≤００２ ｍ，这样 才 能保 ．０５ｍ 证滚 动 阻力 和 寿命 不会 受 到影 响 。
２ ）在本 系统 中 ，要 保证 滑块 的正 常运 动 ，两平 行
术 指标 如表 １ 所示 。
表 １ 技 术 指标
导轨 安装平 面 间水平度 允许 误差 Ｓ ≤Ｏ ０ １６ｍｍ。 ．０ １
广
Ｉ
二维平面运动系统实验平台开发
工控机 与运动控制卡相结合的控制结构 ，换句 话说就是使用运动控制卡控制交流伺服 电机 。 具体细节如下，运动控制卡 内的运动控制模块 使用并行传输指令和相应数据法去提 高接 下来 的伺服系统控制性能和数据处理速度 。然后指 示Ｐ Ｃ Ｉ 总线与 Ｃ Ｐ Ｕ之 间进行通 信，接 收来 自
俩 漂统
德概
骥
魔馕僚 蟹
促 进 高校科 研发 展 ，还 可 以作 为 本 科生 毕业 实习的 实验 平 台，提
高学生 真正 的动 手 能 力，促 进 学 生 实习。如今 ，随着科技的发展 ，
如 今 的 二 维 平 面 运 动 系统 实验 平
台逐 步 实现 全数 字 控制 ，本 文就 目前二 维平 面运 动 系统 实验 平 台
之间的相互作用 。
新能力 和实际动手能力 。本文就二维平面运动
控 制软 件 中需要 添加 相应 的模 块 ，针 对 系统实验 平台开发与培养学生相结合讨论实验 二维平 台运动 系统的应 用方面，我们添加的模 二 维平 面运 动系 统实验 平 台 的开发 无论 块 主要有 人机交 互模 块、设备安保模块 以及运 是 在 科 学研 究 方 面 还 是 在 帮 助 本 科 生 实 习方 面 和 实 习 的 结合 。 动控制模块等 ，接下来对这 几个模块进行逐一 均 具 有 较 重 要 的作 用 。对 于 科 学 研 究 方 面 ，二 １二维 平面运动 系统 介绍及工作原理 介 绍： 维平面运动 系统实验平台的开发不仅能促进 高
的开发展开讨论 。
图１ ：二 维 平 台运 动 系统 结 构 图
损 失。此外，机械台体还是为成像设备提供运
通用二维运动平台设计
通用二维运动平台设计通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件,如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X—Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
根据设计要求的工作载荷,通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务.本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。
电气原理图采用Protel99Se绘制。
关键词：运动平台;滚珠丝杠；计算；绘图目录第一章二维运动平台总体方案设计 (1)第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (2)2。
1 确定系统脉冲当量 (2)2。
2 确定系统切削力 (2)2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (2)2。
4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)2.5 计算减速比i (6)2.6步进电动机的计算和选型 (6)第三章微机数控硬件电路设计 (10)3.1 MCS—51系列单片机简介 (12)3。
1.1 MCS—51系列指令系统简介 (12)3。
1。
2 定时器/计数器 (12)3。
1。
3 中断系统 (14)3.2 存储器扩展电路设计 (13)3。
2。
1 程序存储器的扩展 (13)3.2.2 数据存储器的扩展 (14)3。
2.3 译码电路设计 (16)3。
3 I/O接口电路及辅助电路设计 (18)3。
3.1 8255 通用可编程接口芯片 (18)3.3.2 键盘显示接口电路 (20)3。
3.3 电机接口及驱动电路 (21)3.3。
4 辅助电路 (23)参考文献 (24)第一章二维运动平台总体方案设计1.1系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动,任意平面曲面的加工,自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。
考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工,不考虑误差补偿,故采用开环控制系统，由于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2000/minmm,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电机进行驱动,以降低成本，提高性价比。
二维转台设计报告
二维转台设计报告摘要：本文旨在介绍二维转台的设计原理和应用。
首先，我们将介绍二维转台的定义和基本结构。
然后，我们将详细讨论二维转台的工作原理和设计要点。
最后，我们将探讨二维转台在各个领域的应用，并展望其未来的发展前景。
1. 引言二维转台是一种用于控制物体在平面内旋转和转动的装置。
它由底座、转动轴、驱动装置和控制系统等组成。
二维转台广泛应用于航天、航空、光学、机械制造等领域，具有重要的研究和应用价值。
2. 二维转台的工作原理二维转台的工作原理基于机械传动和控制系统。
通过驱动装置提供的动力，转动轴可以实现在水平和垂直方向上的旋转和转动。
控制系统可以根据预设的参数和指令，精确控制转台的运动轨迹和速度。
3. 二维转台的设计要点在设计二维转台时，需要考虑以下几个要点：3.1 结构设计二维转台的结构设计应该合理，确保转台的稳定性和刚性。
同时，还需要考虑转台的负载能力和工作环境的要求，选择合适的材料和制造工艺。
3.2 驱动装置驱动装置是二维转台的核心组成部分，其性能直接影响到转台的运动精度和稳定性。
在选择驱动装置时，需要考虑转台的负载要求、速度范围和控制精度等因素。
3.3 控制系统控制系统是实现二维转台精确控制的关键。
它可以根据预设的参数和指令，控制转台的运动轨迹和速度。
在设计控制系统时，需要考虑转台的运动范围、控制精度和响应速度等因素。
4. 二维转台的应用二维转台在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用案例：4.1 航天领域二维转台可以用于航天器的姿态控制和定位。
通过控制转台的运动，可以实现航天器的精确定位和姿态调整，提高航天任务的成功率。
4.2 光学领域二维转台可以用于光学仪器的定位和调整。
通过控制转台的运动，可以实现光学元件的精确定位和角度调整，提高光学系统的性能和精度。
4.3 机械制造领域二维转台可以用于机械零件的加工和装配。
通过控制转台的运动，可以实现机械零件的精确加工和装配，提高机械制造的效率和质量。
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通用二维运动平台设计通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。
本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。
电气原理图采用Protel99Se绘制。
关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图目录第一章二维运动平台总体方案设计 (1)第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (2)2.1 确定系统脉冲当量 (2)2.2 确定系统切削力 (2)2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (3)2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)2.5 计算减速比i (6)2.6步进电动机的计算和选型 (7)第三章微机数控硬件电路设计 (11)3.1 MCS—51系列单片机简介 (12)3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 (12)3.1.2 定时器/计数器 (12)3.1.3 中断系统 (14)3.2 存储器扩展电路设计 (13)3.2.1 程序存储器的扩展 (13)3.2.2 数据存储器的扩展 (14)3.2.3 译码电路设计 (16)3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 (18)3.3.1 8255 通用可编程接口芯片 (18)3.3.2 键盘显示接口电路 (20)3.3.3 电机接口及驱动电路 (21)3.3.4 辅助电路 (23)参考文献 (24)第一章二维运动平台总体方案设计1.1系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。
考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于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2000/minmm，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电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。
1.2机械传动方式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 0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。
同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。
1.3计算机系统根据设计要求，采用8位微机。
由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS —51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。
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。
系统的加工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及机床状态等信息。
数控机床总体方案设计，X.Y数控工作台总体方案设计分别见图1.1和图1.2图1.1 X.Y数控工作台总体方案设计第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。
现分述如下：2.1 确定系统脉冲当量一个进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量。
脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。
根据设计要求，二维运动平台采用的脉冲当量是0.01mm/step。
2.2 确定系统切削力根据设计要求，机床的切削负载为：X向200N；Y向300N；Z向400N；G为400N。
2.3直线滚动导轨副的计算与选型1、滑块承受工作载荷max F 的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动导轨使用寿命的重要因素。
本课题中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。
考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：max 4GF F =+其中，移动部件重量G=400N ，外加载荷错误！未找到引用源。
=400N ，代入上式，得最大工作载荷max F =500N 。
查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-41，根据工作载荷max F =600N ，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG25型，其额定动载荷a C =7.94kN ，额定静载荷0a C =9.5kN 。
任务书规定工作台平面尺寸为200mm ×160mm ，考虑工作行程应留有一定余量，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为340mm 。
2 距离额定寿命L 的计算 上述选取的KL 系列JSA-LG 型导轨副的滚道硬度为60HRC,工作温度不超过100C ,每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-36～表3-40，分别取硬度系数H f =1.0、温度系数T f =1.00、接触系数C f =0.81、精度系数R f =0.9、载荷系数W f =1.5，代入式L 350H T C R a W f f f f C f f ⎛⎫=⨯ ⎪⎝⎭，得距离寿命：L 350H T C R a W f f f f C f f ⎛⎫=⨯ ⎪⎝⎭=25978.65KM远大于期望值50km,故距离额定寿命满足要求.2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型1、计算最大工作载荷m F查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005，已知G=800N ，错误！未找到引用源。
=200N ，错误！未找到引用源。
=300N,错误！未找到引用源。
=400N 。
求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：错误！未找到引用源。
=错误！未找到引用源。
+μ(错误！未找到引用源。
+错误！未找到引用源。
+G)=1.1错误！未找到引用源。
200+0.005(300+400+800)=227.5N2、计算最大动负载Q F式中 h P ——滚珠丝杠导程，初选h P =4mm ；s v ——最大切削力下的进给速度此处s v =0.8m/min ； T ——使用寿命，按15000h ；w f ——运转系数，按一般运转取w f =1.2～1.5；L —— 寿命、以610转为1单位h s P v n 1000==10000.84⨯=200min /r 666060200150001801010n T L ⨯⨯⨯⨯=== 1/3Q m w F F f L =1.2227.5⨯=1541.4N3、滚珠丝杠螺母副的选型根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G 系列1604-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为16，导程为4m,循环滚珠为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为4612KN 满足要求。
4、传动效率计算将公称直径错误！未找到引用源。
，导程h P =4mm ，代入0arctan[/()],h P d λπ=得丝杠螺旋升角λ= 错误！未找到引用源。
,将摩擦角'10ϕ=，代入下式得；660101000Q w m s h F F n T L v n P =⨯⨯=∙=式中 γ---丝杠螺旋升角；ϕ---摩擦角，滚珠丝杠的滚动摩擦系数004.0~003.0=f ，其摩擦角约等于'10。
5、刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图3所示。
最大牵引力为337N 母装配总长度为37mm,丝杠螺纹长度取340mm,预计支承长度为303mm ，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载的1/3。
图2.1 纵向进给系统计算简图(1)、丝杠的拉伸或压缩变形量'1δ查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-31得，滚珠直径错误！未找到引用源。
,丝杠底径错误！未找到引用源。
，丝杠横截面积S=2/4d π=134.712mm ,已知m F =227.5N 。
将各个数据代入下式得 1m F aESδ==(227.5×321.5)/(210000×134.71)=0.0024mm式中：Fm ：丝杠最大工作载荷 a : 丝杠两端支撑距离 E ：丝杠材料弹性模量 S ：丝杠按着底径确定的截面积 M ：转矩I ：丝杠按着底径确定的惯性转矩（2）、滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ根据公式0(/)3W Z d D π=-,求得单圈滚珠数Z=18；该型号丝杠为单螺母滚珠的圈数×列数为3×1，代入公式：Z Z ∑=×圈数×列数，得滚珠总数量Z ∑=54。
丝杠预紧时，取轴向预紧力代入下式得δ=0.0013错误！未找到引用源。
因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1／3，所以变形量可减小一半，取2δ=0.000513mm 。
（3）将以上算出的1δ和2δ代入δ总=1δ＋2δ，求得丝杠总变形量δ总=0.0024＋0.00051=0.00291mm本课题中，丝杠的有效行程为303mm ，由《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-37可知，五级精度滚珠丝杠有效行程在315～400mm 时，行程偏差允许达到40m μ,可见丝杠刚度足够，且δ总小于1／3的开环系统定位精度值0.025mm ，满足要求。
6、稳定性校核查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-34得，取支承系数k f =1；由丝杠底径，求得截面惯性矩I=1444.89错误！未找到引用源。
；压杆稳定安全系数K 取3；滚动螺母至轴向固定处的距离a 取最大值303mm 。
代入式得错误！未找到引用源。
9647.8Nη﹥m F =337不会失稳。
综上所述。
初选的滚珠丝杠副满足使用要求。
2.5 计算减速比i已知工作台的脉冲当量0.01/mm step δ=，滚珠丝杠的导程h P =4mm ，初选步进电动机的步矩角a=0.9得(/360)h i P αδ==12.6步进电动机的计算和选型1、计算加在步进步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 已知滚珠丝杠的公称直径,总长L=340 ，h P =4mm, 料密度337.8510/kg cm ρ-=⨯；移动部件总重力G=800N,2/8j J m D =得滚珠丝杠的转动惯量错误！未找到引用源。