数控铣床X-Y工作台设计

机电一体化课程设计

设计题目：班 级：设 计 者：学 号：指导教师：

说明书

数控铣床X-Y工作台设计 机 制 三 班 陈 钦 元 07120526 张 继 祥

重庆交通大学

2010年12月

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目 录

一.系统总体方案设计 ………………………………………………………… 3

(一)机械系统 ………………………………………………………………… 3

(二)接口设计 ………………………………………………………………… 4

(三)伺服系统设计 …………………………………………………………… 4

(四)控制系统设计 …………………………………………………………… 4

二.机械系统的设计计算 ………………………………………………………5

(一)初选步进电动机 …………………………………………………5

(二)计算减速器传动比 ………………………………………………………6

(三)齿轮机构设计 ………………………………………………………7

(四) 滚珠丝杠的选型设计 ……………………………………………10

(五) 滚动直线导轨的选型与计算 …………………………………………………14

(六)计算系统转动惯量 ………………………………………………………15

(七)光电开关的选择 ………………………………… ……………………17

(八)接近开关的选择 ………………………………… ……………………18

三 控制系统设计………………………………………………………………18

（一）.操作面板的布置图 …………………………………………………………18 （二）.操作面板功能介绍 …………………………………………………………19 （三）.控制系统原理框图 …………………………………………………………22 （四）、电动机控制原理 ………………………………………… ………………22

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（五）、键盘、显示器接口电路分析…………………………………… ………23

四 参考文献……………………………………………………………………24

原始数据

设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制, 控制方式采用步进电机开环控制。其他参数如下

设计任务: X方向行程:610mm Y方向行程:350mm 工作台面的参考尺寸:800X320mm 平均切削力:1100N 最高运动速度:5m/min 定位精度:0.03mm 台上最大重物质量 500kg 脉冲当量 0.005mm/step

一.系统总体方案设计

由设计任务书知,本次设计可采用如下方案 (一)机械系统

1.传动机构采用滚珠丝杠副

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2.导向机构采用滚动直线导轨 3.执行机构采用步进电机 (二)接口设计 1.人机接口

(1)采用键盘作为输入 (2)采用LED作为指示标志 (3)采用数码管作为显示器 2.机电接口

采用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离.

(三)伺服系统设计 采用开环控制 (四)控制系统设计

1、控制部分方案选择

控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。 上图为最简单的开环控制，若在机械传动机构中引出反馈给控制

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部分，再经过比较放大器的则为半闭环控制。如若是在机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。

采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有着正比关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率

成正比。一次通常在精确度要求很高时，采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频失步，负载能力不强的缺点。

二.机械系统的设计计算

（本次设计若未作特殊说明，其中的表与图均来自：由郑堤主编的《机电一体化设计基础》） （一）初选步进电动机

根据已知条件：X、Y方向的脉冲当量

?x，?y均为0.005mm/step

即脉冲当量较小，因此这里选用反应式步进电动机。其特点是：步距角小，运行频率高，价格较低，但功率大。

结论：初选步进电机型号为：130BF001 其相关参数如下： 相电电流 步距角步距角误差空在运空载启转动惯（度） （秒） 10 行频率 动频率 量 16000H3000HZ 0.000465

数 压 5

80/10A 0.75