X-Y数控工作台机电系统设计说明书-工程的技术学院课程设计.doc

X-Y数控工作台机电系统设计 xxxxx xxxxxxxxxxxxxxx 摘要 当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。 关键字：机电一体化的基础 控制 自动化 系统化 引言 机电一体化是多学科领域综合交叉的技术密集型系统工程，它是融合检测传感技术，信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术和系统总体技术等多种技术于一体的新兴综合性学科。随着机电一体化技术的产生和发展，在世界范围内掀起的机电一体化热潮，使机电一体化越来越显示出强大的威力，它使机械产品向着高技术密集——机电一体化的方向发展。 机电一体化课程设计在机电一体化专业教学中占有重要位置，它关系到学生知识的综合运用和学生动手能力的培养及机电产品开发的能力。因此设计内容选择很重要。基于微型计算机控制的X-Y工作台是典型的机电一体化系统，以此为设计内容有较强的教学研究意义。培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到了设计的作用。 通过对X-Y工作台的设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计.计算控制系统硬件电路的设计以及数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。本设计是以PC平台为基础的数控X-Y工作台实验系统，它具有直线插补和圆弧插补等数控系统所使用的常用功能，结构简单，操作方便，控制精度相对较高, 可靠性、稳定性和实用性都很好。 X—Y工作台总体方案的设计 总体方案的分析 X—Y精密工作台的总体方案设计应考虑以下几点： A．工作台应具有沿纵向和横向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采用连续控制系统。 B．在保证一定加工性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。因此进给伺服统采用步进电机开环控制系统。 C． 8031系列微机处理机的配套并行接口芯片,由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的工作方式。 D． 根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外，还应包括扩展程序存储器扩展数据存储器、I/O接口电路；包括电隔离电路和步进电机驱动电路。 E． 纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们各自由各的步进电动机、联轴器、丝杠螺母副组成。 F． 为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧装置，以提高传动刚度和消除间隙。 G． 为减少导轨的摩擦阻力，选用矩形滚动直线导轨。 总体方案的确定 由于设计要求X-Y工作台具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工、螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。考虑到加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 根据机床要求，采用8位机。由于MCS—51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑。对于简单的应用场合，MCS—51系统的最小系统用一片8031外扩一片EPROM就能满足功能的要求，对于复杂的应用场合，可以利用MCS—51的扩展功能，构成功能强、规模较大的系统。所以应选用8031单片机。 为了实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠。为了保证一定的传动精度和平稳性，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间隙，采用有预加负载荷的结构。传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构。 开环伺服系统结构原理图： 图1 开环伺服系统结构原理图 机械传动系统简图 X轴与Y轴的传动系统简图都如图所示 图2 传动系统简图 系统脉冲当量和给定参数 由于X、Y两方向的脉冲当量一样，所以设计时只计算一个方向。 确定系统脉冲当量 脉冲当量δp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，由于定位精度为±0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。 工作台外形尺寸及重量初步估算 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410mm,Y向导轨支撑钢球的中心距为400mm,设计工作台简图如下: 图3 数控工作台简图 X向拖板(上拖板)尺寸为: 重量:按重量=体积*材料比重估算为: