丝杆传动说明书

1、总体方案设计

1.1 设计任务

课程设计任务：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，根据实验条件进行调试，完成整个开发系统。

主要参数见下表：

系列型号行程台面尺寸底座外形尺寸最大

长度

L 负载

重量

N

XY最大

移动速

度

重复定

位

定位

精度

X Y C B H C1 B1 H1

HXY-4025 400 250 240 254 15 650 500 184 778 500 1M/分±0.02 0.04

1.2 总体方案确定

优点：

同步带传动无相对滑动，传动比准确，传动精度高，齿形带的强度高，厚度

小、重量轻，故可用于高速传动；传动比恒定，同步带无需特别涨紧，因而作用

于轴和轴承等上的载荷小，传动效率高。单片机控制直流无刷电机，空载电流小，

效率高。

缺点：

同步带工作时候有温度要求，安装精度要求较高，中心间距要求较高，有时

候需要张紧，安装麻烦。无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。

采用开环精度较低。

方案三：

机械部分

传动：齿轮齿条

支撑：直线导轨

控制部分

控制器件：单片机

控制方式：闭环控制

伺服电机：直流无刷电机

优点：

齿轮齿条传动功率大，精度高，稳定性好，响应速度快。单片机控制直流无

刷电机，无刷直流电机启动时有震动，控制器要求高，价格高。采用开环精度较

低。采用闭环控制，精度高。双线导轨稳定。

缺点：

齿轮齿条无自锁，需要外加自锁机构。噪音大，磨损较快。

1.2.2 方案对比分析与确定

综合课程设计要求，精度为0.04mm，最大载荷是500N，相比同步带和齿轮

齿条传动，滚珠丝杠传动更符合精度要求，因为丝杠传的动的精度可以达到±

0.01mm，而同步带传动时会产生弹性变形，具有一定的蠕变性。齿轮齿条传动精

度和滚轴丝杠精度相当，但是安装较麻烦，安装精度要求高。

步进电动机和直流无刷电机相比，步进电动机控制简单，启动稳定，而直流无刷电机控制要求高，成本高，课程设计要求精度未达到微米级别，空载转速要求为1m/min,因此采用低档的步进电动机就能满足要求。

开环控制结构简单控制容易，稳定性好，一般用于轻载变化不大的场合，根据最大载荷500N的要求，可以满足。

综合以上分析，决定选择第一种方案。采用单片机控制步进电动机提供动力，滚轴丝杠传递动力，总体采用开环控制。

1.2.3 总体方案系统组成

机械系统由滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副、步进电机、单列角接触球轴承等组成。控制系统由单片机和计算机等组成。

2、机械系统设计

处理芯片

DB9接头电路原理图

步进电机驱动电路图

电路原理图

硬件电路采用AT89C51单片机处理程序，采用ULN2003芯片驱动电机，整个电路采用光电耦合，实现带暖气隔离，保护电路不受强点伤害。采用DB9接头和电脑相连。

4、控制系统软件设计

4.1 控制系统软件总体方案设计

硬件电路采用AT89C52单片机作为处理器，ULN2003驱动板作为电机驱动电路，单片机和上位机采用DB9接头连接。程序设计为点动控制，从原点开始到特定点的运动。

通过控制单片机的相应引脚输出高低电平，利用单片机的中断，通过键盘控制点动，实现功能。 4.2 主流程设计

#include

#define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar num,temp;

void delay(uint z); //延时程序的声明; void main() {

EA=1; // CPU 开总中断； EX0=1; //外部中断开；

P1=0xcf;

//电机1的二个引脚交替通电;

delay(1000); P1=0x9f; delay(1000); P1=0x3f;

delay(1000); P1=0x6f; delay(1000); }

总中断开

给P1口赋值

循环

中断信号

外部中断

开

void delay(uint z) //延时程序；

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void zd()interrupt 0 //中断程序；

{

P1=0xfc; //电机2两个引脚相继通电；

delay(1000);

P1=0xf9;

delay(1000);

P1=0xf3;

delay(1000);

P1=0xf6;

delay(1000);

}

4.3 中断服务流程设计：

键盘按钮产生电平变化，CPU外部中断开启，调用中断程序，使电机1停止转动，并保持当前状态，中断程序使得电机2转动。

以下是中断子程序：

void zd()interrupt 0 //中断程序；

{

P1=0xfc; //电机2两个引脚相继通电；

delay(1000);

P1=0xf9;

delay(1000);

P1=0xf3;

delay(1000);

P1=0xf6;

delay(1000);

}