X-Y数控工作台课程设计说明书-

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

学院：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

设计成员：

指导老师：

目录

一、总体方案设计 (1)

设计任务 (1)

总体方案确定 (1)

方案确定思想 (1)

方案对比分析与确定 (2)

总体方案系统组成 (3)

二、机械系统设计 (3)

工作台外形尺寸及重量估算 (3)

导轨参数确定 (4)

滚珠丝杆的设计计算 (4)

步进电动机减速箱设计 (5)

步进电机的选型与计算 (5)

机械系统结构设计 (7)

三、控制系统硬件设计 (8)

控制系统硬件组成 (8)

控制系统硬件选型 (8)

控制系统硬件接口电路设计 (10)

驱动系统设计............................... 错误!未定义书签。

步进电机的驱动电路 ...................... 错误!未定义书签。

电磁铁驱动电路 .......................... 错误!未定义书签。

电源转换 ................................ 错误!未定义书签。

四、控制系统软件 ............................... 错误!未定义书签。

控制系统软件总体方案设计.................... 错误!未定义书签。

主流程设计.................................. 错误!未定义书签。

INT0中断服务流程 ......................... 错误!未定义书签。

INT1中断服务流程图 ....................... 错误!未定义书签。

绘制图弧程序流程图 (20)

步进电机步进一步程序流程图 ............. 错误!未定义书签。

五、总结 ....................................... 错误!未定义书签。

六、参考文献 (28)

1、总体方案设计

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=500×500×184mm；最大长度L=628mm；工作台加工范围X=250mm；Y=250mm；工作台最快移动速度为1m/min；重复定位精度为±，定位精度为±；

设计具体要求完成以下工作：

（1）数控工作台装配图（1：1比例或0＃图幅） 1张；

（2）数控系统电气原理图（2＃图幅） 1张；

（3）设计说明书（10～20）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。

总体方案确定

1.方案拟定

根据设计任务，参照参考资料结合实际，初步设定如下三个总体方案：

方案一：

方案二：

丝杠滚珠丝杠导轨直线滚动导轨

控制部分

控制

器

PLC可编程控制器反馈半闭环驱动电路

方案三：

机械部分

电机步进电机

减速

器

一级齿轮减速器丝杠滚珠丝杠

导轨直线滚动导轨

控制部分

控制

器

单片机

反馈开环驱动电路

2.方案比较

XY 工作台系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环的伺服系统采用步进电机驱动, 系统没有检测装置; 半闭环的伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动, 并在电机输出轴安装脉冲编码器, 将速度反馈信号传给控制单元; 闭环的伺服系统也是采用交流或直流伺服电机驱动, 位置检测装置安装在工作台末端, 将位置反馈信号传给控制单元。闭环和半闭环伺服系统价格昂贵，结构复杂，同时其可控分辨率也很高，但在本次设计中，其位置精度（±）要求不高，考虑到成本低，维修方便，工作稳定等条件。选用步进电机伺服系统就可以满足要求。其通过单片机控制步进电机的驱动, 经传动机构带动工作台运动。

对比以上三种方案：

PLC价格比较贵考虑成本不选。

直线滚动导轨副具有摩擦系数小，不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等特点。

滚珠丝杠副有如下特点：①传动效率高②系统刚性好③传动精度高④使

用寿命长⑤运动具有可逆性（既可将回转运动转变为直线运动，又可将直线运动变为回转运动，且逆传动效率几乎与正传动效率相同）⑥不会自锁⑦可进行预紧和调隙。

步进电机：结构简单、价格低、转动惯量小、动态响应快、易起停，可满足快速移动和精度要求。

同步带减速：圆整脉冲当量，放大输出转矩，安装中心距精度要求较低。

无隙齿轮箱减速：可消除间隙，但设计和安装精度高。

无减速装置：结构简单，但输出转矩小，易受切削力影响。

开环控制：简单实用，但精度较半闭环和闭环低，不能检测误差，也不能校正误差。

闭环控制：控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。

所以方案三最合适为最佳方案

3.系统组成

1.机械系统组成

机械系统由两个步进电机；两个无隙齿轮箱减速器；两个滚珠丝杠以及两个直线滚动导轨副作为主要的动力输出、传动以及机械控制部分，系统的组成还有其他一些机构。

2.控制系统组成

控制系统由AT89S52型单片机、一个2764存储器作为外部程序存储器、一