1_机电一体化系统课程设计(1).docx
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目录
TOC\o1-3\h\u第1章设计目的 1
1.1任务要求 1
1.2设计参数 1
1.3.设计内容 2
第2章总体设计 3
2.1控制部分 3
2.2机械部分 3
第3章机械系统设计 4
3.1机械系统传动部分计算 4
3.1.1计算主切削力 4
3.1.2工作载荷计算 4
3.1.3计算丝杠的最大动载荷 4
3.1.4滚珠丝杠的选型与检核 5
3.1.5轴承的选型与检核 7
3.1.6导轨的设计与选型 9
3.2步进电机计算与选择 10
3.3联轴器的选型 12
第4章控制系统设计 14
4.1控制系统总体组成与功能 14
4.2控制器及电源的选择 15
参考文献 23
设计目的
数控车床的进给系统设计的主要目的在于提高加工效率、精度和灵活性。以下是设计数控车床进给系统的一些目标:提高加工效率:通过优化进给系统的设计,实现更快的进给速度和更高的切削速率,从而缩短加工周期,提高生产效率。提升加工精度:确保进给系统的稳定性和精确性,以保证加工件的尺寸和表面质量符合要求。精确的进给系统有助于减少误差和提高加工精度。实现多种加工方式:设计灵活的进给系统,能够支持多种加工操作,如螺纹加工、螺旋插补、曲线加工等,以满足不同加工需求。提高可靠性和稳定性:保证进给系统的稳定运行和长时间的可靠性,减少故障率和停机时间,提高设备的稳定性和可用性。节能减耗:通过设计优化,降低能源消耗和材料损耗,提高设备的节能性能。便于操作和维护:设计简洁、易操作的进给系统界面,提供良好的用户体验,同时便于维护和保养,降低维护成本。适应多样化需求:考虑到不同加工任务的需求,进给系统的设计要灵活可调,并且能够适应不同材料、形状和尺寸的加工。整合先进技术:结合先进的控制技术和传感器,如编码器、伺服控制等,提高进给系统的精度和响应速度。设计数控车床的进给系统需要综合考虑以上因素,以确保机床在加工过程中能够高效、稳定地运行,并满足不同加工任务的需求,从而提高生产效率和产品质量。
1.1任务要求
(1)设完成进给系统整体结构设计,选择驱动元件及控制方式。
(2)完成机械结构设计计算。
(3)完成控制系统设计,给出相应硬件控制电路。
(4)要求设置过载保护、工作台的越位报警和紧急事故的急停开关。
1.2设计参数
设计卧式数控车床纵向进给系统设计。
1)床身上最大加工直径:450mm;
2)最大加工长度:1200mm;
3)刀架、工作台总重:600N;
4)最大切削分力FC=4400N、FP=1400N、Ff=1800N;
5)最高运动速度:
a.步进电机运行方式:空载3m/min;满载0.6m/min。
b.步进电机运行方式:空载15m/min;满载6m/min。
6)系统分辨率:开环模式0.01mm/step;半闭环模式0.005mm/step;
7)系统定位精度:开环模式±0.10mm;半闭环模式±0.05mm;
8)工作台面设“#”字型“T”型槽。
1.3.设计内容
(1)机械总装配图:完整的装配关系图(A0图一张)。
(2)硬件电路图:以单片机为控制核心,电机驱动电路可选用驱动器模块(A1或A0一张)。
(3)计算说明书(内容包括:机械结构计算、电路设计计算与选型等)
第2章总体设计
本次课程设计的卧式数控车床的纵向进给系统设计,总体方案设计部分分为结构设计的总体方案和控制系统的总体方案;结构部分采取步进电机驱动,滚珠丝杠传动工作台移动;控制部分采取STM32单片机,电路包括最小系统的设计,步进电机。
2.1控制部分
控制系统方案如下,单片机:采用STM32F103C8T6TR是STMicroelectronics
推出的一款STM32STM32F103C8T6TR是一款基于ARMCortex-M3架构的微控制器,由STMicroelectronics生产。这款芯片被广泛用于各种嵌入式系统设计,因为它具有高性能、低功耗、易于使用等优点。以下是关于STM32F103C8T6TR的一些详细介绍:主要特性:核心:ARMCortex-M3CPU,最高工作频率为72MHz。
存储器:64KB的闪存存储器,8KB的SRAM,2KB的EEPROM。时钟和复位:2个时钟振荡器,1个8MHzHSE(高速外部)时钟源,1个40KHzLSE(低速外部)时钟源。内部时钟振荡器,带4MHz的石英谐振器。电源:2.0to3.6V电源。中断控制器:256个可编程I/O口,2个I2C接口,3个SPI/I2S接口,1个UA