绘图仪的设计.doc

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1、湖南省高等教育(本科)课程设计专业：机电一体化工程课程名称：机床数控系统学生姓名：廖春成考籍号：2指导老师：彭晓燕2009年4月20日X—Y绘图工作台数控系统的设计一．目的要求1．是工程类学生课程学习的重要环节之一，是统合以前所学知识（机电子、计算机等）而进行的基本训练，也是对所学知识的一次检验。2．正确运用过去所学知识和基本理论，解决工程中的实际问题。通过课程设计，巩固和深化以前所学知识，培养和提高分析、解决问题的能力。3．学会运用手册、标准、锻炼获取资料、编写文件的能力。二．课程设计内容和要求1、题目：X—Y绘图工作台控制系统的设计工件原理与过程：计算机控制X、Y向电机，驱动传

2、动机构，带动工作台沿X、Y向运动，从而绘出图形。本系统实际上就是一个典型的、简单的数控系统。2、设计指标（1）绘图尺寸125×125mm（2）绘图速度V=1m／min（3）绘图转度±0.15mm（4）控制软件主要设计“手动”控制，工作台能在手动键的命令下沿XY轴正、反向运动。（5）工件台超越边界时能亮灯报警，并停止运动。（6）控制部分运行可靠，有一定抗干扰能力。（7）成本低、重量轻。3、课程设计图纸和说明书主要内容包括：（1）总体方案的确定（2）X-Y工作台机械结构设计（3）完成机械结构装配图（含压笔机构），A1图纸一张。数控系统硬件设计‘设计数控系统硬件框图及部分电路设计，A2

3、图纸一张。部分电路包括工作方式选择电路，越界报警电路，压笔电路,光隔电路。（4）数控系统软件设计具体内容包括步进电机环形分配程序（中断），搬运方向键监控和未能得逞限位监控。三．总体方案的确定（围绕设计指标考虑）1、控制系统的方案确定（1）控制方式步进电机开环控制有着结构简单实现可控的优点，本设计才用步进电机的开环控制。（2）控制系统采用的计算机微型计算机大多采用MCS—51型系统单片微型计算机,它是超大规模集成电路发展的产物,在控制领域中得到广泛的应用,发展非常迅速。单片微型计算机简称单片机,又称微控制器,是将计算机的基本部件微型化,使之集成一块芯片的微机。片内含有CPU、ROM、

4、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟及系统总线等。MCS—51单片机在片内存储器容量、I/O的功能以及指令系统功能等方面,都大大地得到加强,特别适用于实时控制、智能仪表、主从结构的多机系统领域,是控制领域中最理想的8位机。所以我采用单片机控制。（3）环形脉冲的分配：硬件环分，不用考虑脉冲移动的过程结构实现简单，但需要成本高。软件环分，不需要什么成本，只需要编程实现，要熟练电机转动的工作过程。我对二种方案都进行了设计。（4）抗干扰措施环分脉冲输出采用光隔，隔离强电对单片机弱点的干扰。（5）键盘显示：通过扩展IO接口的8255来控制，采用逐行扫描法，将输入

5、工作方式选择信号、行程越界信号送给单片机，经过单片机分析处理后做出相应的反应动作。绘图过程坐标和报警显示由MCS51计算，通过8255接口发送数据，LCD液晶模块将其显示出来。其系统总的结构如图（3.1）所示：系统总的结构图（3.1）2.机械结构部分方案（1）导轨:包括运动件、承导件，为考虑方向转度、摩擦力、承载力、耐腐性等便于加工和降低成本，采用铸铁材料的滑动导轨。滑动导轨机构简单，阻尼系数大，刚度大。对于轻载时，方向转度快，实现绘图速度快且准确。（2）传动机构：一般由齿轮变速、螺旋传动（或齿条传动）等环节组成，普通的旋转传动早已经在将回转运动变换为直线运动的场合得到广泛的应用。

6、但是，由于螺杆和螺母之间为滑动摩擦，在磨损和精度等方面不能满足一些高精度机电一体化系统的要求。滚珠丝杆螺母副克服看普通螺旋传动的缺点，已发展成为一种搞精度的传动装置。他采用滚动摩擦螺旋取代了滑动摩擦旋转，具有磨损小、传动效率高、传动平稳、寿命长、精度高、温升低等优点，在满足设计精度和速度指标的前提下，采用滚珠丝杆螺母副尽量优化传动机构，以利于缩小传动链，提高整机刚度，也有利于提高传动精度。四、机械部分的设计1、确定脉冲当量、丝杠导程脉冲当量δp=qb/360º×t×i(θb=1.5º)对于X轴：δp=0.01mm对于Y轴：δp=0.01mmX/Y二根丝杆其长度不少于125MM2、确

7、定伺服电机（步进电机）主要考虑：输出转矩、启动频率、运行频率、步距误差，性能价格比。在满足设计要求的前提下，不过分追求高性能。步进电机完全可以满足设计要求。按要求可以分为电磁式，感应式，混合式三种步电机无积累误差，转角误差一般为△φ=±10ˊ~±30＇，△S=δp·∆φ/θb,远小于所要求的绘图精度误差。选择步进电机主要根据最大静转矩Tjm及运行频率进行选取。三相六拍方式运行时：最大静转矩：Tjm=Tq/0.866启动力矩：Tq=36δp[Fs+m(G+Fz)]/2p