课程设计报告

1课程设计说明书课程名称：综合课程设计设计题目：XY二维工作台设计（题03-电气）专业：班级：姓名：学号：指导教师：孙世政白小玲设计时间：2目录一、课程设计的题目及要求--------------------------------------------11、题目---------------------------------------------------------------------------------------------------------12、要求---------------------------------------------------------------------------------------------------------1二、总体方案确定----------------------------------------------------11、系统运动方式及控制方式---------------------------------------------------------------------------12、计算机系统-----------------------------------------------------------------------------------------------13、X—Y二维工作台的传动方式-----------------------------------------------------------------------1三、XY二维工作台机械系统设计-----------------------------------------21、工作台的初步设计---------------------------------------------------------------------------------------22、滚动导轨副的计算、选择-----------------------------------------------------------------------------33、滚珠丝杠计算、选择-----------------------------------------------------------------------------------43.1传动效率计算---------------------------------------------------------------------------------------63.2稳定性验算-------------------------------------------------------------------------------------------63.3刚度验算----------------------------------------------------------------------------------------------64、步进电机的选择------------------------------------------------------------------------------------------75齿轮计算、设计--------------------------------------------------------------------------------------------86、步进电机等效负载计算--------------------------------------------------------------------------------96.1等效转动惯量的计算------------------------------------------------------------------------------96.2等效负载转矩计算-------------------------------------------------------------------------------106.3起动惯性阻转矩计算----------------------------------------------------------------------------106.4步进电机输出轴上总负载转矩计算---------------------------------------------------------107、机械传动结构装配-------------------------------------------------------------------------------------10四、XY二维工作台控制系统硬件电路设计-------------------------------111、硬件电路总体方案设计------------------------------------------------------------------------------112、主控制器的选择----------------------------------------------------------------------------------------113、键盘、显示接口电路设计-------------------------------------------------------------------------114、步进电机驱动电路设计------------------------------------------------------------------------------125、其它辅助电路设计-----------------------------------------------------------------------------------12五、系统控制软件的设计---------------------------------------------131、开发环境和设计语言简介-------------------------------------------------------------------------132、液晶显示子程序设计--------------------------------------------------------------------------------1333、矩阵键盘子程序设计---------------------------------------------------------------------------------144、步进电机控制子程序设计-------------------------------------------------------------------------155、位置初始化子程序设计------------------------------------------------------------------------------17六、课程设计的心得和体会-------------------------------------------17参考文献------------------------------------------------------------18附录----------------------------------------------------------------191一、课程设计的题目及要求1、题目步进电机驱动的XY二维工作台设计2、要求定位精度：±0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h，中等冲击，有效行程、快速进给速度和工作载荷见表1。表1工作要求题号有效行程(mm)快速进给速度(mm/min)工作载荷Fz(N)LxLyvmaxvymax3400400200020002000二、总体方案确定根据设计任务确定系统的总体机械和控制系统方案：进行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。1、系统运动方式及控制方式采用连续控制系统，由于步进电机自身转动精度较高，不存在累计误差，故误差来源仅在于机械传动部分；同时运动精度要求不高，为简化结构，故采用开环控制方式。2、计算机系统采用MCS-51系列单片机系统。控制系统包括微机部分、键盘及显示器、I/O接口、步进功率放大电路等。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。采用LCD1602液晶显示屏显示加工数据和工作状态等信息。3、X—Y二维工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。2考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。三、XY二维工作台机械系统设计1、工作台的初步设计首先确定脉冲当量P，P是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，一般为mm05.0~01.0。由于定位精度为mm01.0，因此选择脉冲当量为mm01.0。根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。取X向导轨支撑钢球的中心距为mm180，Y向导轨支撑钢球的中心距为mm180，设计工作台简图见图1。图1工作台简图工作台的尺寸：50200200；重量：按重量=体积材料比重估算：0W=N156108.7105020020023；X向拖板（上拖板）尺寸：长宽高：50200800；重量：按重量=体积材料比重估算：xW=N624108.7105020080023；Y向拖板尺寸：50200800；重量：yWN624108.7105020080023；上导轨座重量：N30010108.7553540028200800(3-2-）夹具及工件重量：约200N3则X—Y工作台运动部分的总重量：NW20002003006246241562、滚动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷zF和估算的xW和yW，计算导轨的静安全系数PCfSL0，式中：0C为导轨的基本静额定载荷，单位为kN；工作载荷WFPz5.0；0.3~0.1SLf(一般运行状况)，3.0~5.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取0.4SLf。NyPsLfCyNxPsLfoxCNyWzFyPNxWzFxPyxWzFyxPyxPsLfoC524852481312)(5.01312)(5.0),(5.0,,根据计算额定载荷初选导轨:选择上银科技的HG系列滚动直线导轨,其型号为:HGH-15CA基本参数如下:表2导轨参数额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷aC静载荷oCATBTCTgK/gKmL(mm)25310113801701501500.181.45800滑座个数单向行程长度每分钟往复次数MSln40.64导轨长度:上导轨（X向）取动导轨长度200Bl动导轨行程600l;支承导轨长度800BllL4保持器长度4002BGllL下导轨（Y向）取动导轨长度200Bl动导轨行程400l。支承导轨长度800BllL保持器长度4002