XY运动工作台控制系统设计

“X-Y运动工作台控制系统设计”课程设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级学生姓名指导老师2013年12月27日课程设计任务书西安工程大学课程设计（报告）兹发给班学生课程设计任务书，内容如下：1．设计题目：X-Y运动工作台控制系统设计2．应完成的项目：（1）原始资料：该X-Y工作台图样，小批量生产；（2）熟悉X-Y工作台图样，绘制装配图一张；（3）编写控制系统程序；（4）撰写说明书。3．参考资料以及说明：[1]李洪主编.实用机床设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999[2]郑堤主编.数控机床与编程.北京：机械工业出版社，[3]机械加工技术手册编写组.机械加工技术手册.北京：北京出版社，1993[4]何立民.单片机应用系统设计【M】北京：北京航空航天大学出版社，1990[5]周开勤主编.机械零件手册.北京：高等教育出版社，1999[6]冯辛安主编.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，1999[7]吴振彪.机电综合设计指导.北京：机械工业出版社，1997[8]李洪.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，19904．本设计任务书于2013年12月16日发出，应于2013年12月27日前完成，然后进行答辩。指导教师签发2013年12月16日课程设计评语：西安工程大学课程设计（报告）课程设计总评成绩：指导教师签字：年月西安工程大学课程设计（报告）目录摘要第一章绪论····················································································31.1引言·····················································································31.2课程设计的目的、意义及要求····················································3第二章课程设计的内容····································································42.1课程设计题目·········································································42.2课程设计的内容······································································4第三章数控系统总体方案的确定························································53.1系统运动方式确定·································································53.2伺服系统选择·······································································53.2计算机系统选择·····································································53.4X-Y工作台传送方式·······························································5第四章机械部分设计·······································································64.1确定系统脉冲当量···································································64.2工作台外形尺寸及重量初步估算·················································64.3滚动导轨副的计算、选择··························································74.4滚珠丝杠计算、选择································································84.5齿轮计算、设计·····································································104.6步进电机惯性负载的计算·························································114.7步进电机的计算选择·······························································11第五章机床数控系统硬件电路设计····················································135.1CPU板················································································135.2驱动系统··············································································145.3电磁铁驱动电路·····································································165.4电源设计··············································································16第六章系统控制软件设计································································176.1总体方案··············································································176.2主流程图··············································································176.3X轴电机点动正转程序图··························································186.4步进电机控制程序设计····························································20第七章设计总结············································································22参考文献·························································································23西安工程大学课程设计（报告）摘要当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。关键字：机电一体化的基础基本组成要素特点发展趋势西安工程大学课程设计（报告）1第一章绪论1.1引言在我国对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围覆盖很多领域。21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.2课程设计的目的和意义课程设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进行的基本设计训练。其目的是：1.能够正确运用《机电一体化系统设计》课程的基本理论和相关知识，掌握机电一体化系统（产品）的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；2.通过机械部分设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；3.通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；4.通过课程设计提高学生应用手册、标准及编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。西安工程大学课程设计（报告）2第二章课程设计的内容第一节课程设计题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。已知条件：定位精度：±0.01mm，，负载G=150N，加工范围500mm*50mm,最快移动速度1m/min第二节课程设计的内容a.数控装置总体方案的确定(1).数控装置设计参数的确定；(2).方案的分析，比较，论证。b.机械部分的设计(1).确定脉冲当量；(2).机械部件的总体尺寸及重量的初步估算；(3).传动元件及导向元件的设计，计算和选用；(4).确定伺服电机；(5).绘制机械结构装配图；(6).系统等效惯量计算；(7).系统精度分析。c.数控系统的设计(1).微机及扩展芯片的选用及控制系统框图的设计；(2).I/O接口电路及伺服控制电路的设计和选用；(3).系统控制软件的设计西安工程大学课程设计（报告）3第四章数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。3.1系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。3.2伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。.考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。3.3计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。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、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显