一维数控工作台设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一维数控工作台设计,机电一体化课程设计,机电一体化课程设计,一总体方案设计,二机械系统设计,三电学部分硬件设计,四电学部分软件设计,五光学部分设计,一总体方案设计,1.1,设计任务,一维数控工作台是许多机电一体化系统的基本组成部分，如车、铣、钻、激光加工等各种数控设备。因此一维数控工作台对机电一体化专业的教学和科研都具有普遍的意义。,设计一个一维数控工作台及其控制系统，定位精度为,=0.01mm,，,一总体方案设计,1.1,设计任务,其他设计参数如下：,工作台面板,150200,承受载荷,Pz = 12Kg , Px = 15Kg ,Py = 6Kg,最大移动距离,300mm,最大移动速度,2.5m/min,采用联轴器传动,一总体方案设计,1.2,总体方案确定,系统总体基本思想,一总体方案设计,1.2,总体方案确定,二机械系统设计,2.1,脉冲当量的选定,根据机床或工作台进给系统要求的定位精度来确定脉冲当量。考虑机械传动系统误差的存在，脉冲当量要小于定位精度。,根据以上确定我的脉冲当量为,0.01.,二机械系统设计,2.2,工作台外形尺寸及重量估算,长 宽 高,15020050,重量：按重量,=,体积,材料比重估算,工作台运动部分的总重量：约,117N,。,二机械系统设计,2.3,滚动导轨的参数确定,、导轨型式：滚动直线导轨副,、导轨长度：,、滚动副选择：查表初定导轨,副型号为,GTA20,二机械系统设计,2.4,步进电机的选用,步进电机参数,外形尺寸,重,量,步,距,角,转动,惯量,空载运,行频率,(,）,电,压,电,流,型,号,主要技术数据,相数,外,径,长,度,轴,径,110BYG250,0.9,15,20,2,120310,5.0,110,112,16,6.5,查表选用,110BYG250,型步进电机,二机械系统设计,2.5,确定传动比,因步进电机步距角，滚珠丝杠螺距 ，脉冲当量,系统传动比：,，,，,，,二机械系统设计,2.6,联轴器选型,由转动惯量、丝杠公称直径等参数，选择,HL2,型弹性柱销联轴器,。,三电学部分硬件设计,三电学部分硬件设计,3.1 CPU,板,硬件,CPU,选用,SST89E58RD,从要设计的系统来看，选用较老的,8051,单片机需要拓展程序存储器和数据存储器，无疑提高了设计价格，而选用高性能的,16,位,MCS-96,又显得过于浪费。生产基于,51,为内核的单片机的厂家有,Intel,、,ATMEL,、,Simens,，其中在,CMOS,器件生产领域,ATMEL,公司的工艺和封装技术一直处于领先地位。,ATMEL,公司的,AT89,系列单片机内含,Flash,存储器，在程序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电也不影响信息的保存；它和,80C51,插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。,三电学部分硬件设计,3.1 CPU,板,CPU,外部接口示意图,（行程开关）,前向通道,传动驱动,（,电磁铁,）,（步进电机）,人机界面,编码器,SST89E58RD,（键盘、,LED,）,后向通道,控制系统部分原理图：外扩,RAM,和,ROM:,三电学部分硬件设计,3.2,驱动系统,动驱动部分包括步进电机的驱动和电磁铁的驱动，步进电机须满足快速急停、定位和退刀时能快速运行、工作时能带动工作台并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度运行。在定位和退刀时电磁铁吸合使绘笔抬起，绘图时能及时释放磁力使笔尖压下,三电学部分硬件设计,3.2,驱动系统,步进电机驱动电路图,电磁铁驱动电路图,三电学部分硬件设计,3.3,传感器和人机界面,人机界面图,四电学部分软件设计,系统初始化后通过键盘输入工作台要移动的距离，输入完毕后由单片机控制步进电机转动，同时采用数码管显示电机的转角，并将相应的值存到,RAM,中，同时测量工作台移动距离由此确定电机转角控制的工作台移动距离,四电学部分软件设计,中断,1,累加器计数关联移动距离，将累加器的值存在,RAM,中不同于上述的单元中，以方便后续比较。,四电学部分软件设计,中断,2,将存储到的不同单元即电机控制工作台移动距离和工作台实际移动距离拿出来做比较，相同则说明工作台移动距离与设定相同所以不作处理，不同则说明工作台移动距离与输入值不符，则通过单片机进行控制来做矫正处理。,五光学部分设计,5.1,总体方案,光学系统设计的目的是采用光栅副测量丝杠转角，该部分设计涉及到光源设计、准直镜设计、光栅副设计、光电探测器设计。,五光学部分设计,5.1,总体方案,光源设计包括一般选取点光源，需要去定光源类型、型号，准直镜的作用就是叫光源的光变成平行光。,光栅副设计包括主光栅的栅距、缝长、缝宽设计，指示光栅结构、参数确定，零位光栅的选取，光栅间距的确定。,光电探测器类型，一般就采用光电三极管加比较电路处理，输出为矩形脉冲型号，可以很好的与数字电路驳接。,五光学部分设计,5.2,参数计算,设计要求：检测丝杠转角，步进电机走一步，编码器输出不小于,5,个脉冲信号，确定主要参数。,五光学部分设计,5.2,参数计算,(1).,光源采用,LED,型号：,SST-R-3528-85105-C-12,五光学部分设计,5.2,参数计算,(2).,透镜,d=13mm,焦 距,: f,=,10cm,直 径,: D=25mm,通光口径,:,五光学部分设计,5.2,参数计算,(3).,光栅副,主光栅,:,选择圆光栅,安装在齿轮一端,栅距,0.026mm,缝长为,2mm,缝宽为,1mm,五光学部分设计,5.2,参数计算,(4),光电探测器,五光学部分设计,5.2,参数计算,光电探测器实现的基本思路原理图,光路图,机电一体化课程设计,通过这次课程设计，我学会了如何查阅现有的技术资料、如何举一反三、如何通过改进并加入自己的想法与观点，使之成为自己的东西。并且结合生产知识，培养理论联系实际以及分析和解决工程实际问题的才能，并使大学三年所学的知识得到进一步巩固、深化和扩展。在此，我对我的论文指导教员王峰，余凯平表示衷心的感谢。,