机电一体化系统设计

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1、课程设计说明书Kechengshejishuomingshu地市：郑州市准考证号：010410103965姓名：于蒙河南省高等教育自学考试28高等教育自学考试课程设计任务书一、课程设计题目机电一体化系统设计二、课程设计工作自2011年3月10日起至2011年6月25日止三、课程设计进行地点河南工业贸易职业学院四、课程设计内容要求数控系统的总体设计方案的内容和应用举例。机床进给伺服系统的机械部分，设计计算。脉冲当量的确立，切削力的计算。滚珠丝杠螺母副的计算，校型。绘制相关结构原理图，一张A0，一张A1图纸。设计说明书一份。指导教师：批准日期：28

2、目录第一章微机数控系统总体设计方案拟定6第一节总体方案的设计内容6一、系统运动方式的确定6二、伺服系统的选择7三、执行机构传动方式的确定7四、计算机的选择8第二节总体方案设计的应用举例8一、设计任务8二、总体方案确定9三、机械传动方式10第二章机床进给伺服系统机械部分设计计算11第一节确立伺服系统脉冲当量11第二节计算切削力11一、总车外圆11第三节滚珠丝杠螺母副的设计，计算及选型12（一）纵向进丝杠13（二）横向进丝杠16（三）滚珠丝杠螺母副的几何计算16第三章数控系统硬件电路设计17第一节单片机数控系统硬件电路设计17一、绘制系统电气控制的

3、结构框图17二、选择中央处理单元（CPU）的类型18三、存储器的扩展电路设计18四、I/O接口的电路设计18第二节MCS-51系列单片机简介19一、8031单片机的基本特性19二、8031芯片引脚及其功能19三、8013芯片的储存器结构及地址分配21四、MCS-51系列指令系统的简介22五、中断系统2328第三节存储器扩展电路设计23一、程序存储器的扩展23二、数据存储器的扩展24第四章数控机床控制软件简介24第一节控制软件的组成及功能25第二节数控机床控制程序举例2528第一章微机数控系统总体设计方案拟定第一节总体方案的设计内容机床数控系统通

4、体方案的拟定应包括以下内容：系统的运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的机构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点倒直线系统和连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式，例如：数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。对点位控制的要求是快速定位，保证定位精度。如果要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系及连续控制系统，应具有控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。具备这种控制能力的数控机床可以加工各种

5、外形轮廓复杂的零件。所以李旭控制系统又称轮廓控制系统。例如：数控铣床、数控车床等均属于此种运动方式。在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中缺具有点位系统的功能。二、伺服系统的选择伺服系统科飞为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。28开环控制系统中没有反馈电路，不带检测装置，指令信号时单方向传送的，指令放出后，不在反馈回来，古称开环控制。开环伺服系统主要有步进电机驱动。开环伺服系统机构简单，成本低廉、容易掌握、调试和维修都比简简单方便。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件。用来检测实际位移量

6、，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。闭环系统造价高、架构和调试复杂、多用于精度要求高的场合。半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接监测工作台的位移量，而是用检测元件测出驱动轴的转角，在间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开缓和闭环系统之间。三、执行机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动时，通常提出低摩擦，低惯量、高刚度、无间隙、告谐振以及有诗意的阻尼比的要求。在设计过程中应考虑以下几点：（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传

7、动副（2）尽量消除传动间隙。例如采用消隙齿轮（3）提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度、减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统的刚度。四、计算机的选择微机数控系统是由CPU、存储器扩展电路、I10接口电路伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。28微机是数控系统的核心，其他装置均是在微机的指挥下进行工作的。系统功能和系统中所用微机直接相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要是字长和速度。目前，一些高档的CNC系统，已普遍使用32位微机，主机频率由5MHz提高到20-30MHz，有的采用多CPU系统，进一步提高控制速度。经济型CN

8、C系统则普遍采用8位微机。第二节总体方案设计的应用举例一、设计任务将C6136A型普通车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车