机电系统设计

课程设计设计题目：ZK5125C型立式数控钻床工作台设计课程名称：机电系统设计学院：机械工程专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：年级：2013任课教师：2016年12月10日贵州大学本科课程设计诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的课程论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。课程论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：日期：计划进程:序号计划时间进程112.5～12.6课题调研及资料收集，研究问题及提出初步总体方案212.7总体方案论证及确定312.8～12.13电气部分方案论证确定及设计412.14～12.15撰写论文及绘制相关图纸512.16上交设计成果，答辩主要参考文献:[1]张建民.机电一体化系统设计[M].北京理工大学出版社，2013.1[2]韩建海.数控技术及装备（第三版）[M].华中科技大学出版社，2016.5[3]尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，2010.6[4]王金娥.机电一体化课程设计指导书[M].北京：北京大学出版社，2012.1[5]成大先.机械设计手册(第六版)[M].北京：化学工业出版社，2016.4[6]坂本正文（日）.步进电机应用技术[M].北京：科学出版社，2010.6[7]刘刚.单片机原理及其接口技术[M].北京科学出版社，2015.7[8]段正澄会.光机电一体化技术手册[M].北京：机械工业出版社，2010.6[9]龚仲华.数控机床电气设计典例[M].北京：机械工业出版社，2014.7[10]文怀兴.夏田.数控机床系统设计(第二版)[M].北京：化学工业出版社，2011.9[11]孙莹.数控机床伺服驱动系统的设计与应用[M].北京：西南交通大学出版社,2014.4ZK5125C型立式数控钻床工作台设计数据说明参数指标单位量纲数控钻床型号ZK5125AZK5125BZK5125CZK5140AZK5140BZK5140CZK5150AZK5150BZK5150C加速时间TS0.50.81.0X向坐标行程mm5005506007008009009009501000Y向坐标行程350400350400350400500450500工作台面(X×Y)mm2550×300600×350650×300750×350850×300950×350950×4501000×4001100×450工作台面以上承重Kg500600800工作台快进速度mm/min200025003000脉冲当量mm/pulse0.010.020.03定位精度mm0.030.040.05重复定位精度mm0.020.030.04最大钻孔直径mm254050每转进给量(钻削)mm/r0.250.320.4钻孔刀具麻花钻头钻削加工材料钢σb=650Mpa步进电机步距角自定导轨类型自定滚珠丝杠螺距自定控制系统类型自定设备使用寿命12年；年均工作300天；每天10小时目录摘要...................................................................................................................................7第一章电气控制部分总方案设计.......................................................................................7第二章硬件系统设计...........................................................................................................72.1单片机的选型………………...................................................................................92.2显示电路的设计……………….............................................................................102.3键盘输入电路设计……………….........................................................................112.4稳压电路设计.........................................................................................................132.5位移监测模块设计.................................................................................................142.6限位反馈实现.........................................................................................................162.7抗干扰设计.............................................................................................................17第三章软件系统设计.........................................................................................................173.1单片机内部分配.....................................................................................................173.2系统程序流程图.....................................................................................................173.3X,Y方向位置监测流程图.....................................................................................20第四章电机驱动器的连接.................................................................................................224.1步进电机驱动器的选择.........................................................................................234.2步进电机驱动器的接线.........................................................................................23第五章电气控制部分设计总图.........................................................................................245.1电气部分设计图.....................................................................................................24第六章总结.........................................................................................................................25第七章参考文献.................................................................................................................26摘要X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本,是单片机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了单片机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。本次设计从硬件设计和软件设计两方面介绍了Atmega128单片机为核心来控制X-Y工作台电气系统的设计，系统主要包括测量传感器模块、键盘电路模块、液晶显示器接口电路模块、步进电机驱动模块、单片机复位电路等几部分。在本控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。关键词:单片机X-Y工作台步进电机第一章电气控制部分总方案单片机控制系统区别于通用微机控制系统的最大特点，就是它只包含通用系统的部分功能，一般以够用为准，系统具有造价低，安装使用方便，体积小等特点。单片机控制系统通常由CPU、RAM、ROM、定时/计数器、模拟量输入/输出接口、数字量输入/输出接口、键盘/显示接口以及通信接口等部分组成。如图1所示为单片机控制系统总图。图1单片机控制系统图根据对X-Y数控系统平台的分析，设计了一款以ATMEGA128A单片机作为主控芯片的控制系统，系统主要包括测量传感器模块、键盘电路模块、液晶显示器接口电路模块、步进电机驱动模块、单片机复位电路，晶振电路等几部分。如图1.2所示为系统控制图。图1.2Atmega128系统控制图第二章硬件系统设计2.1单片机的选型ATmega128A是ATMEL公司的8位系列单片机的较高配置的一款单片机，稳定性极高，被广泛的应用在了汽车电车管理、门禁系统、遥控器、智能家居、以及计量电表等领域。Atmega128A是AVR8位微处理器芯片，采用先进的RISC结构，采用AVR内核，拥有16MHz工作频率，工作电压为2.7-5.5V。53个可编程I/O口。本次选用的atmega128是AVR系列单片机中高性能、低功耗的AVR8位微处理器。它具有2个8位的定时/计时器，2个8位的PWM通道。如图2.1所示为Atmega128引脚图。图2.1Atmega128引脚图2.1.1atmega128的最小单片机系统如图2.1.1所示，这是atmega128的最小系统图2.2显示电路的设计由于在数控机床的加工过程中，操作人员必须要通过液晶显示来观察工件的加工情况以及数控机床的信息采集，必须采用液晶显示屏进行观察，方便工作人员做出正确的判断。本次选用的是LCD-12864.如图2.2所示为LCD-12864的显示图图2.2所示为LCD-12864的显示图2.2.1液晶显示屏的优点液晶显示器显示原理与CRT显示器迥然不同。相对CRT显示器来说，液晶显示器天生有拥有以下绝对优势：1、零辐射，低耗能，散热小。液晶显示器的显示原理是通过扭转液晶像素中的液晶分子偏转角度来背景光而实现还原画面的，其不存在象CRT那样内部具有超高压元器件，不至于出现由于高压导致的x射线超标。2、纤薄轻巧。正是液晶显示器的出现，才令手提电脑的发明成为可能。液晶显示器以其纤薄轻巧的天生优势成为最有可能打破CRT显示器垄断地位的显示器件。3、精确还原图像。液晶显示器采用的是直接数码寻址的显示方式，它能够将显卡输出的视频信号经过AD转换之后，根据信号电平中的地址信号，直接将视频信号一一对应的在屏幕上的液晶像素上显示出来。4、显示字符锐利。画面稳定不闪烁。液晶显示独特