機(jī)械專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì)

機(jī)械專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化目錄28748摘要 III54731設(shè)計(jì)內(nèi)容 1313371.1設(shè)計(jì)概括 1162341.2設(shè)計(jì)目的和要求 13311.3原始要求 13662數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 116353設(shè)計(jì)內(nèi)容 290483.1步進(jìn)電機(jī)的選擇 2218023.2滾珠絲杠的計(jì)算、選擇 3166613.3工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算及滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇 4263413.3.3.步進(jìn)電機(jī)控制的X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì) 5122094三相六拍控制方式的控制方案 64544.1脈沖分配器的的分配狀態(tài)： 6134514.2恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路的原理圖 6219825四象限直線(xiàn)插補(bǔ)程序流程圖 7263565.1用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算，每走一步都需要以下四個(gè)步驟：

7119525.2四象限直線(xiàn)插補(bǔ)流程圖 761326、總結(jié) 818033參考文獻(xiàn) 9摘要步進(jìn)電機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)控制單元，首先確定設(shè)計(jì)的總體方案，然后對(duì)選擇步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、工作臺(tái)等機(jī)械部分進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括三相六拍通電方式的控制方案，硬環(huán)電路原理圖、控制系統(tǒng)連接原理圖和恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠滾動(dòng)導(dǎo)軌步進(jìn)電機(jī)X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)PAGE2–PAGE9–1設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1設(shè)計(jì)概括步進(jìn)電機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)控制單元，首先確定設(shè)計(jì)的總體方案，然后對(duì)選擇步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、工作臺(tái)等機(jī)械部分進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括三相六拍通電方式的控制方案，硬環(huán)電路原理圖、控制系統(tǒng)連接原理圖和恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：滾珠絲杠

滾動(dòng)導(dǎo)軌

步進(jìn)電機(jī)

X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)1.2設(shè)計(jì)目的和要求

設(shè)計(jì)目的：在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，強(qiáng)化訓(xùn)練開(kāi)伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路原理設(shè)計(jì)等。具體要求：1、滾珠絲杠雙支撐2、電動(dòng)機(jī)、絲杠平行軸連接結(jié)構(gòu)3、雙列預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu)4、四象限直線(xiàn)插補(bǔ)程序流程圖1.3原始要求(1)工作臺(tái)工作行程：100*100；(2)空載啟動(dòng)；(3)工作臺(tái)面應(yīng)為T(mén)型槽結(jié)構(gòu)；臺(tái)面尺寸200*200。2數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服系統(tǒng)及通電方式控制方案的確定，控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析。1）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。伺服系統(tǒng)的選擇開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用?？紤]到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)的選擇采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性?xún)r(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。X、Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。方案的流程圖圖2-1系統(tǒng)總框圖3設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1步進(jìn)電機(jī)的選擇電機(jī)選擇磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的選擇

初步選定步距角為1.5°根據(jù)已知條件選擇步進(jìn)電機(jī)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)見(jiàn)下表。表3-1步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表型號(hào)45BF003相數(shù)3歩距角（°）1.5°電壓啊/V60相電流/A2最大靜轉(zhuǎn)矩/(N·m)0.196空載起動(dòng)頻率/(step/s)3700空載運(yùn)行頻率/(step/s)12000電感/mH15.8電阻/Ω0.94分配方式三相六拍外形尺寸/mmφ45X82質(zhì)量/kg:0.383.2滾珠絲杠的計(jì)算、選擇根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為:

CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。

其基本參數(shù)如下:表3-2滾珠絲杠參數(shù)絲杠代號(hào)CM2005-5公稱(chēng)直徑do20基本導(dǎo)程Pb5絲杠外徑d119.5絲杠底徑d216.57鋼球直徑DW3.175循環(huán)圈數(shù)n5額定載荷N動(dòng)載荷C014205靜載荷C0A38244剛度N/μmKC730螺母安裝尺寸D70L62B11D145D456Φ15.8Φ210h6油孔杯MM63.3工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算及滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇3.3.1工作臺(tái)臺(tái)面應(yīng)為T(mén)型槽結(jié)構(gòu)；臺(tái)面尺寸200*200；工作臺(tái)工作行程：100*100.3.3.2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇表3-3滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)名稱(chēng)選取結(jié)果公稱(chēng)直徑d020mm螺距t5mm接觸角β45°鋼球直徑db3.175mm螺紋滾道法向半徑R1.651mm偏心距e0.04489mm螺紋升角y4°33′螺桿外徑d19.365mm螺桿內(nèi)徑d116.788mm螺桿接觸直徑d217.755mm螺母螺紋外徑D23.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）D120.7mm3.3.3.步進(jìn)電機(jī)控制的X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì)圖3-1X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖4三相六拍控制方式的控制方案4.1脈沖分配器的的分配狀態(tài)：A-AB-B-BC-C-CA-A使用環(huán)形分配器CH2504.2恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路的原理圖圖4-1恒流斬波電路原理圖5四象限直線(xiàn)插補(bǔ)程序流程圖5.1用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算，每走一步都需要以下四個(gè)步驟：

1）判別偏差：Fi≥0或Fi＜O

，從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算方向進(jìn)給。2）偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后計(jì)算新的加工偏差。3）終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)，不為零則返回第一步繼續(xù)插補(bǔ)。5.2四象限直線(xiàn)插補(bǔ)流程圖圖5-1四象限直線(xiàn)插補(bǔ)程序流程圖6、總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我們即將走出校門(mén)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常重要的，也非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們不僅能夠鞏固知識(shí)，鍛煉我們的動(dòng)手能力，也使我們了解到了當(dāng)今世界的前沿技術(shù)。為以后我們?cè)跈C(jī)械行業(yè)的工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本次課程設(shè)計(jì)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì)，主要是在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化訓(xùn)練開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路原理設(shè)計(jì)等。旨在深化數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用方面的基本知識(shí)和技能的掌握。設(shè)計(jì)過(guò)程包括絲杠的計(jì)算、選擇，工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算，滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇，步進(jìn)電機(jī)的選擇，三相六拍通電方式的控制方案，X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì)和恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多麻煩，在老師的悉心指導(dǎo)下和同學(xué)的熱心幫助下順利的解決了這些問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中我學(xué)到了許多，也改掉了身上的毛病，培養(yǎng)了我認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，這次課程設(shè)計(jì)也為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。在今后