通用二维运动平台设计.doc

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1、通用二维运动平台设计通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。电气原理图采用Protel99Se绘制。关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图目录第一章二维运

2、动平台总体方案设计1第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算22.1确定系统脉冲当量22.2确定系统切削力22.3直线滚动导轨副的计算与选型32.4滚珠丝杠螺母副的计算和选型32.5计算减速比i62.6步进电动机的计算和选型6第三章微机数控硬件电路设计103.1MCS—51系列单片机简介113.1.1MCS—51系列指令系统简介113.1.2定时器/计数器123.1.3中断系统133.2存储器扩展电路设计133.2.1程序存储器的扩展133.2.2数据存储器的扩展143.2.3译码电路设计163.3I/O接口电路及辅助电路

3、设计183.3.18255通用可编程接口芯片183.3.2键盘显示接口电路203.3.3电机接口及驱动电路213.3.4辅助电路23参考文献24第一章二维运动平台总体方案设计1.1系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。考虑到工作台的加工围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000，因此，本设计不必采用高档

4、次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。1.2机械传动方式伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。1.3计算机系统根据设计要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS—51系列的

5、8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。数控机床总体方案设计，X.Y数控工作台总体方案设计分别见图1.1和图1.2微机环形分配器环形分配器光电耦合光电耦合功率放大功率放大X交流伺服电机Y交流伺服电机X工作台执行元件Y工作台执行元件图1.1X.Y数控工作台总体方案设计第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算伺服系统机械部分设计计

6、算容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。现分述如下：2.1确定系统脉冲当量一个进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。根据设计要求，二维运动平台采用的脉冲当量是0.01mm/step。2.2确定系统切削力根据设计要求，机床的切削负载为：X向200N；Y向300N；Z向400N；G为400N。2.3直线滚动导轨副的计算与选型1、滑块承受工作载荷的计算及导轨

7、型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨使用寿命的重要因素。本课题中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：其中，移动部件重量G=400N，外加载荷=400N，代入上式，得最大工作载荷=500N。查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-41，根据工作载荷=600N，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG25型，其额定动载荷=7.94，额定静载荷=9.5。任务书规定工作台平面尺寸为200×160，考虑工作行程应留

8、有一定余量，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为340。2距离额定寿命L的计算上述选取的KL系列JSA-LG型导轨副的滚道硬度为60HRC,工作温度不超过100,每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大