课程设计(论文)通用两维运动平台设计.doc
《课程设计(论文)通用两维运动平台设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计(论文)通用两维运动平台设计.doc(38页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、学校代码: 10128学 号:201220102068 课程设计说明书题 目:通用二维运动平台设计 学生姓名: 学 院:机械学院 班 级:机电12-2 指导教师: 2016年 1 月 21 日内蒙古工业大学课程设计(论文)任务书课程名称: 专业综合设计2 _ 学院: 机械学院 班级: 机电 学生姓名: _ _ 学号: 20xxxxxxxxxxx 指导教师: 一、题目通用两维运动平台设计二、目的与意义专业综合设计2课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一,是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系,将机械、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起,独立
2、设计一种具有特定功能的机电装备。通过本次课程设计,培养学生运用所学机电装备设计课程的知识,对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力;培养学生用机电装备设计的知识及相关知识体系,掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起,如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律,提高设计能力;通过设计实践,熟悉设计过程,学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源,查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样,在机电一体化技术的运用上得到训练;通过课程设计的全过程,为学生提供一个较为充分的设计空间,使其在巩同所学知识的同时,
3、强化创新意识,在设计实践中深刻领会机电装备设计的内涵。 三、要求(包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等) 技术参数1、运动平台面尺寸:250200; 2、平台移动行程:XY160125; 3、夹具和工件总重: 500N; 4、最高运行速度:步进电机运行方式: 空载:1.5m/min; 切削:0.7m/min;交流伺服电机运行方式:空载:15m/min;切削:6m/min;5、系统分辨率:开环模式0.01mm/step;半闭环模式 0.005mm/step;6、系统定位精度:开环模式0.10mm;半闭环模式 0.01mm;7、切削负载:X向300N;Y向400N;Z向500N设
4、计要求1、实现X-Y两坐标联动;2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件;3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关,并响应中断;4、任意平面曲线的加工,具有自动换象限的功能;5、平台具有快速驱动功能;6、平台具有断电手动调整功能。图纸量和工作量要求1、机械总装配图用A1号图纸绘制通用两维运动平台的结构图。 2、硬件电路图控制芯片可采用8031、80C31或基于PLC的运动控制技术,绘制控制电路图,电路图幅为A2A1为宜。3、设计说明书要严格按照内蒙古工业大学课程设计(论文)说明书书写规范认真撰写,说明书不少于6000字。四、工作内容、进度安排 1、总体设计分析、确定方案、设计计算- -0.5
5、周2、机械部分结构设计、装配图绘制-1.0周3、硬件电路设计-0.5周4、撰写说明书-5天5、答辩-2天五、主要参考文献1 林述温等. 机电装备设计M.北京:机械工业出版社,2002.2 机床设计手册组.机床设计手册(三分册)M.北京:机械工业出版社,1986.3 王爱玲.现代数控机床结构与设计M.北京:兵器工业出版社,1999.4 尹志强等.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,200975 滚珠丝杠、线性滑轨OL. 汉意精工.http:/www.taiwan-6 滚珠丝杠、线性滑轨OL.天津海特传动机械有限公司.http:/www.hit-7 步进电机及驱动器OL.北京
6、斯达微步控制技术有限公司.8 步进电机及驱动器、交流伺服电机及系统OL.步进机电有限公司.http:/www.step-9 伺服电机相关技术、直线运动产品、光电传感器OL.深圳市湘聚事业有限公司,10 RORZE高精度步进电机及驱动器OL.北京伟恒升级团.11 步进联轴器,编码器联轴器,微型电机联轴器OL.广州菱科自动化设备有限公司:12 日本富士、美国Copley等交流伺服电机OL.重庆钧智自动化仪器控制有限公司13 山东博特精工股份有限公司:14 台达交流伺服电机等. OL. 台湾电子工业股份有限公司:.tw/审核意见系(教研室)主任(签字) 指导教师下达时间 2016年 1 月 4 日指
7、导教师签字:_摘 要【摘要】:X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。广泛应用于数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管这些结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对X-Y工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。本次课程设计,主要设计和研究XY工作台的机械结构及其电气原理图。确定XY工作台的传动系统,并且选择了螺旋传动,验算了螺旋传动的刚度、稳定性,寿命等参数;还设计了导轨,根据其用途和使用要求,选择了直线滚动导轨副,确定了其类型
8、、转动力矩、转动惯量。利用8031、6264、2764、373、8155、8255等MCS51单片机设计其硬件电路图。【关键词】:滚珠丝杠螺母副;直线滚动导轨副;步进电机;MCS51单片机目 录第一章 总体设计方案11.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择11.2机械传动方式11.3计算机系统选择11.4总体方案的确定2第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算32.1 设计参数32.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型32.2.1 X向进给丝杠32.2.2 Y向进给丝杠52.2.3滚珠丝杠副的几何参数102.3 滚动导轨的计算与选择112.3.1 滚动导轨副的额定寿命112.4 步进电机的计算与选择
9、132.4.1 转动惯量的计算132.4.2 电机的力矩的计算152.4.3 步进电动机性能校核18第三章 微机数控系统硬件电路设计213.1 计算机系统213.2 单片微机数控系统硬件电路设计内容213.2.1 绘制电气控制系统框图213.2.2 选择CPU的类型223.2.3 存储器扩展电路的设计223.2.4 I/O接口电路设计223.3 各类芯片简介233.3.1 8031芯片简介233.3.2 373芯片简介233.3.4 2764芯片简介243.3.5 8155芯片简介243.3.6 8255芯片简介243.4 存储器扩展电路设计243.4.1 程序存储器ROM的扩展253.4.2
10、 数据存储器RAM的扩展253.4.3 译码电路的设计253.5 I/O接口电路的设计263.5.1 8155通用可编程接口芯片263.5.2 8255可编程接口芯片273.5.3 键盘显示接口电路283.6 8031的时钟电路293.7 复位电路303.8 越界报警电路303.9 掉电保护电路303.10 控制系统的功能303.11 控制系统的工作原理30参考文献32第一章 总体设计方案1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择运动方式可分为点位控制系统、点位/点线控制系统和连续控制系统。为了满足二维运动平台实现X-Y两坐标联动、运动定位、暂停、急停等功能,故选择连续控制系统。驱动系统有开环系
11、统、闭环系统和半闭环系统,考虑到工作台实际位移的检测,补偿系统的误差精度要求较低而且采用步进电动机进行驱动,开环系统就可满足精度要求。故采用开环控制系统。1.2机械传动方式 为了实现设计要求的分辨率,采用步进电机转动丝杠。为了保证一定的传动精度和传动平稳性,尽量减小摩擦力,选用滚珠丝杠螺母副。同时,为了提高传动刚度和消除传动间隙,采用有预加负荷的结构。1.3计算机系统选择根据设计要求,采用8位微机。由于MCS51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强,具有很高的性能价格比等特点,决定采用MCS51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片,A
12、RM嵌入式微处理器技术。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。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。1.4总体方案的确定微机驱动器驱动器步进电机步进电机工作平台中拖板图11 XY数控工作台总体方案设计第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算2.1 设计参数1、工作台台面尺寸:2、工作台移动尺寸:3、夹具和工作台总重:4、最高运行速度:步进电动机运行方式:空载:1.5m/mim:切削:0.7m/min;5、系统分辨率:开环模式0.01mm/step;6、系统定位精度:开环模式;7、切削负载:X向300N;Y向 400N;Z向
13、 500N; 2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型2.2.1 X向进给丝杠(1)、计算进给牵引力作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关,由于在设计中采用的是加有导轨块的滚动导轨,所以选择的计算公式为综合导轨的计算公式。计算公式为:式中 -进给方向的载荷(N); -垂直方向的载荷(N); -移动部件上的总重量(N); -导轨上的摩擦系数,随导轨型式而不同;滚动导轨=0.003 -考虑颠覆力矩影响的实验系数;综合导轨的,,取,式中, ,;代入计算可得。(2)、计算最大动载荷C选用滚珠丝杠副的直径时,必须保证在一
14、定轴向载荷作用下,丝杠在回转100万转(106转)后,在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载,用下式计算选择: 式中 -寿命,以10转为一单位; -温度系数,查表-3-23,工作温度小于100摄氏度取=1; -硬度系数,查表-3-24,取=1; -精度系数,查表-3-25,取三级精度=1; -负荷性质系数,查表-3-26,=1.2-1.5,取; -可靠度系数,查表-3-27,可靠度为95%,=0.62; -丝杠转速,单位为r/min; -为最大切削力条件下的进给速度,单位为m/min,; -丝杠导程,单位为mm; -使用寿命,单位为小时,对于数控机床
15、取;初选导程=4,由任务书可知最大切削力下的速度,则,代入公式可计算得 =175 =4092.12N(3)、滚珠丝杠螺母副的选型根据计算出来的最大动载荷和初选的丝杠导程,查机电一体化系统设计课程设计指导书表3-31,选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的GD系列规格代号为1604-3型滚珠丝杠副,为内循环固定反向器双螺母垫片预紧,其公称直径为16mm,导程为4mm,循环滚珠为3圈2列,精度等级取为3级,额定动载荷为4612N。(4)、传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率: 式中 -丝杠的螺旋升角,由计算可得; -摩擦角,滚珠丝杠的滚动摩擦系数,其摩擦角约等于。由选用的1604-3滚珠丝杠的相
16、关数据可知丝杠螺旋升角代入公式计算得 2.2.2 Y向进给丝杠(1)、计算进给牵引力计算公式为:式中 -进给方向的载荷(N); -垂直方向的载荷(N); -移动部件上的总重量(N); -导轨上的摩擦系数,随导轨型式而不同,滚动导轨=0.003; -考虑颠覆力矩影响的实验系数;综合导轨的,,取,式中,;代入计算得 (2)、计算最大动载荷用下式计算选择: 式中 -寿命,以10转为一单位; -温度系数,查表-3-23,工作温度小于100摄氏度取=1; -硬度系数,查表-3-24,取=1; -精度系数,查表-3-25,取三级精度=1; -负荷性质系数,查表-3-26,=1.2-1.5,取; -可靠度系
17、数,查表-3-27,可靠度为95%,=0.62; -丝杠转速,单位为r/min; -为最大切削力条件下的进给速度,单位为m/min,; -丝杠导程,单位为mm; -使用寿命,单位为小时,对于数控机床取; 初选导程,由任务书可知最大切削力下的速度,则,代入公式计算可得 5444.39N(3) 、滚珠丝杠螺母副的选型根据计算出来的最大动载荷和初选的丝杠导程,查机电一体化系统设计课程设计指导书表3-31,选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的GD系列规格代号为25043型滚珠丝杠副,为内循环固定反向器双螺母垫片预紧,其公称直径为25mm,导程为4mm,循环滚珠为3圈2列,精度等级取为3级,额定动载荷
18、为5992N。(4)、传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率: 式中 -丝杠螺旋升角,由计算可得; -摩擦角,滚珠丝杠的滚动摩擦系数,其摩擦角约等于。由选用的2504-3的滚珠丝杠的相关数据可知丝杠螺旋升角代入公式计算得 (5)、刚度的验算先画出此进给滚珠丝杠支承方式草图,如图所示。 GJ MLX方向滚珠丝杠的刚度验算X方向螺纹的长度:L=160+37+162=229mm230mm。X方向轴承的选择:根据X方向滚珠丝杠的公称直径,及滚珠丝杠的所受载荷的状态,选用角接触球轴承。根据GB/T292-1994,选用7000AC型角接触球轴承。轴承的参数为:,。X方向螺旋钢带防护罩规格:,式中为被保护
19、零件的最大直径,由于X方向的滚珠丝杠的公称直径为,所以,为保护套的小端直径,又因为螺纹长度为230mm,所以选用防护罩为LGB规格,代号为30-250-45。其主要技术参数为,。X方向联轴器的选择:联轴器选用刚性套筒式联轴器,丝杠伸入联轴器的长度初选为。因此X方向的丝杠的支承跨距为;滚珠丝杠两端取10mm的余量,X方向丝杠全长。 滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性,因此应考虑以下引起轴向变形的因素:1)、丝杠的拉伸或压缩变形量在总的变形量中占的比重较大,可以用计算方法或查图表的方法确定,在这里我选用的是计算的方法。由公式式中-丝杠的最大工作载荷,单位为N,N; a-丝杠
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计 论文 通用 运动 平台 设计
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4068970.html