机电一体化系统设计课程设计说明书

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1、机电一体化系统设计课程设计辅导材料主要内容：一、课程设计的任务及其性能指标二、系统总体设计三、机械系统设计步骤及要点四、检测系统设计及其要点五、控制器及其信息接口设计六、课程设计说明书（论文）参考书目：《机电一体化设计基础》、《机电一体化系统设计课程设计指导书》尹志强等编著，机工出版社、《单片微机测控系统设计大全》王福瑞等编著，北京航空航天大学出版社、《机械设计手册》、《机电一体化系统设计手册》电动机（步进电机、直流伺服电机等）产品技术手册传感器（光电编码盘、接近开关等）产品技术手册一、课程设计的任务及

2、其性能指标1、设计任务介绍课程设计的题目：X-Y数控进给工作台设计数控进給工作台是数控机床的主要部件之一，是典型的位置伺服系统，有三种形式：开环系统半闭环系统闭环系统课程设计的任务根据技术要求设计一X—Y数控工作台，包括机械系统和控制系统。设计工作可分成两部分：一是书面设计，包括机械部分总装配图纸、控制器的原理图和部分程序设计。二是实验调试工作，即实现对实际工作台进行运动控制。工作台图形数控工作台主要性能指标：（参数要求）X方向工作行程：300mmY方向工作行程：200mm工作台面参考尺寸：500X30

3、0（mm2）平均切削力：1500N平均切削进给速度：600mm/分最高运动速度：6m/分定位精度：±0.01mm工作寿命：每天8小时，工作8年二、总体方案设计设计任务分析主要参数及技术指标的确定方案制定在具体设计之前，本着简单、实用、经济、安全、美观的基本原则所进行的综合性的设计。产生的技术文件：1.设计任务书（技术任务书）2.机构运动简图（系统简图）3关键元器件确定4.总装配图5.部件装配图6.电气、光学、气动、液压原理图7.总体设计报告设计内容：1、确定控制方式定位精度—中等，负载不大，适合采用开环

4、控制方式或采用半闭环控制方式2、确定机械传动方案根据机电一体化系统对传动系统的要求：采用低摩擦系数的传动器件：滚珠丝杠、滚动导轨；无间隙联轴器；消除反向传动间隙等。3、确定检测方案半闭环系统采用增量式光电编码盘检测电机或丝杠转角、转速、零位。二、总体方案设计（续1）二、总体方案设计（续2）全闭环系统采用直线光栅测量工作台位移、增量式光电编码盘检测电机或丝杠转速。4、执行元件确定开环系统选用步进电机，半闭环和全闭环系统选择直流伺服电机或交流伺服电机。5、控制器计算机系统选择单片机、可编程控制器、工业控制计

5、算机是机电一体化系统控制器采用的三种基本计算机。总体方案示意图（开环）总体方案示意图(半闭环）总体方案示意图(全闭环）三、机械系统设计步骤及要点1、机械系统初步设计（草图）需要考虑的几个问题：丝杠的支承方式反向间隙消除、联轴器选择2、结构尺寸传动比、脉冲当量几何尺寸-滚珠丝杠工作长度、其它几何尺寸等计算选择滚珠丝杠计算选择滚动导轨初选电动机、电机支承初选传感器、安装（什么位置？如何安装？）3、设计原则A、满足精度的设计原则1．结构最简单原则2.阿贝原则（同线原理）3．变形最小原则4．基面统一原则5.粗精

6、分离和精度匹配原则6．运动学原理和弹性平均原理7．平均效应原理和误差补偿原理（弹性平均原理和多次重复测量）阿贝原则（同线原理）如：直线光栅的安装结构变形最小原则如：工作台滑座的支承距离确定基面统一原则粗精分离和精度匹配原则轴径（需要和不需安装轴承的）支承件平面（有无安装件？安装精度如何？）是否需要定位和调整？运动学原理和弹性平均原理B、满足强度的设计原则1．等强度原则2．力自平衡原则3．力自加强原则4．力作用路径最短原则5．力自保护原则摩擦离合器超越离合器对于同一个零件而言，各处应力相等，寿命相同－等

7、强度原理力自平衡原则采取相应的措施消除或减轻机电系统中的无用的力（如离心力、变速惯性力）力自加强原则力作用路径最短原则减少变形和材料的使用C、符合人机工程原则外形应直挺光滑，变化有致，结构配置匀称，大方稳重（分割原则）色彩新颖和谐，与环境相协调，以利于操作者心情舒畅，减少心理错觉，提高工作效率。（色彩原则）操作路径短、舒适。（人体结构）D、价值系数最优原则根据价值工程原理，产品的价值V常用产品的总功能F与成本C的比值，即V=F/C来表示。要提高产品的价值系数，在很大程度上决定于设计。4、总装配图3、总装

8、配图（续）四、检测系统设计及其要点半闭环系统的检测任务：位置检测、速度检测，通常采用光电编码盘可同时用于以上两个参数的检测。1、转角测量传感器--光电编码盘参数选择：脉冲分辨率测量方法：计数值*脉冲分辨率2、零位检测传感器---行程开关+光电编码盘四、检测系统设计及其要点（续）检测方法：3、位移检测传感器—直线光栅监测方法：五、控制器及其信息接口设计设计数控工作台的功能：工作方式：点动工作、步进工作、自动工作工作速度：快速进给、工作进給工作