【正文】 機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)械電子方向課程設(shè)計(jì) 題目：機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 目 錄第一章、前言 1第二章、課程設(shè)計(jì)具體任務(wù) 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì) 2 設(shè)計(jì)的基本要求 2第三章、總體方案設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)基本依據(jù) 2 總體方案確定 3第四章、機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4 導(dǎo)軌的選擇 4 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)程序及內(nèi)容 4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與核算 6 聯(lián)軸器和電機(jī)選型 12第五章、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 15 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 15 單片機(jī)的選擇 15 放大電路高耐壓、大電流復(fù)合晶體管IC—ULN2003 簡(jiǎn)介 16 人機(jī)接口設(shè)計(jì) 18第六章、設(shè)計(jì)總結(jié) 21參考文獻(xiàn) 22 27第一章、前言　　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。　　　數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。XY數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車(chē)床的縱—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的XY數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠或螺旋絲杠，絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線(xiàn)移動(dòng)。導(dǎo)軌副、絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均已標(biāo)準(zhǔn)化，由專(zhuān)門(mén)廠(chǎng)家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專(zhuān)用的微機(jī)控制系統(tǒng)。第二章、課程設(shè)計(jì)具體任務(wù)（1）課程設(shè)計(jì)題目機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)（2）主要內(nèi)容包括①機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ②電氣測(cè)控系統(tǒng)（3）課程設(shè)計(jì)意義①培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或試驗(yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知識(shí)領(lǐng)域。②培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書(shū)籍以及編寫(xiě)技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。③培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序和方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。④樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。 設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)；（2）機(jī)械傳動(dòng)方式：螺旋絲桿、滾珠絲桿、同步皮帶、鏈傳動(dòng)；（3）電氣控制方式：?jiǎn)纹C(jī)控制、PLC 控制；（4）功能控制要求：速度控制、位置控制；（5）主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蚬ぷ餍谐獭?800、1500、1200 mm； 移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量——100、50 kg； 負(fù)載移動(dòng)阻力——50、100 N；（估算值） 移動(dòng)速度控制——6 m/min； 速度控制精度177。%或?qū)崿F(xiàn)行程（位置）控制，控制精度177。、 177。 設(shè)計(jì)的基本要求（1）方案設(shè)計(jì)：根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要功能，確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)。（2）總體設(shè)計(jì)：針對(duì)具體的原理方案，通過(guò)對(duì)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后給出機(jī)械系統(tǒng)的控制原理圖或主要部件圖（A1一張）。（3）電氣原理圖：根據(jù)控制功能要求，完成電氣控制設(shè)計(jì)，給處電氣控制電路原理圖（A2一張）。（4）成果展示：課程設(shè)計(jì)的成果最后集中表現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和所繪制的設(shè)計(jì)圖紙上，完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，字?jǐn)?shù)為3000 字以上，設(shè)計(jì)圖紙不少于兩張。（5）繪圖及說(shuō)明書(shū)：用計(jì)算機(jī)繪圖或手工繪圖，打印說(shuō)明書(shū)。第三章、總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)基本依據(jù)（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或位移的控制電機(jī)。它的直線(xiàn)位移量或角位移量與電脈沖數(shù)成正比，所以電機(jī)的線(xiàn)速度或轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率的高低就可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，同時(shí)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向取決于控制繞組的通電順序。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)適合于作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角小，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，消耗功率小。（2）滾珠絲桿螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的常用裝置。它以滾珠的滾動(dòng)代替絲桿螺母副中的滑動(dòng)，摩擦力小，具有良好的性能。滾珠絲桿的主要工作原理是在絲桿和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋管道，并在滾道內(nèi)裝滿(mǎn)滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管道作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣艿纼啥诉€起擋滾珠的作用，以防止?jié)L珠沿滾道掉出。特點(diǎn)：①摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（一般在90%以上）；②運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)不顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行； ③ 螺母和螺桿經(jīng)調(diào)整預(yù)緊，可以得到很高的定位精度（5 μm / 300mm）重復(fù)定位精度，并可以提高軸向剛度；④工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障。適用于金屬切削機(jī)床、測(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋等。（3）單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。而可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 總體方案確定 參數(shù)初設(shè)如下：（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)（2）機(jī)械傳動(dòng)方式：滾珠絲杠（3）電氣控制方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制（4）功能控制要求：速度控制（5）主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蚬ぷ餍谐蹋?800mm； 移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量：100kg； 負(fù)載移動(dòng)阻力：100N； 移動(dòng)速度控制：0～6mm/min； 實(shí)現(xiàn)行程（位置）控制，控制精度177。； 選用矩形導(dǎo)軌，工作臺(tái)滑動(dòng)摩擦系數(shù) μ=；絲杠兩端為固定支撐（EF），每個(gè)支座安裝圓錐滾子軸承， 安裝時(shí)進(jìn)行預(yù)拉伸。第四章、機(jī)械部分設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌性能的好壞，直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用性能。所以，導(dǎo)軌要滿(mǎn)足以下基本要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,有良好的導(dǎo)向精度、精度保持性、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和工藝性好。導(dǎo)軌作為進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，不同類(lèi)型的機(jī)床，對(duì)導(dǎo)軌的要求也不同。數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌比普通機(jī)床的導(dǎo)軌要求要高:高速進(jìn)給時(shí)不發(fā)生振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，靈敏度高，耐磨性好，可在長(zhǎng)期重載下連續(xù)工作，精度保持性好等。 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)程序及內(nèi)容（1） 根據(jù)工作條件，選擇導(dǎo)軌類(lèi)型為SVR28。 （2）選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度（如表1中圖示）。 （3）選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運(yùn)動(dòng)輕便和平穩(wěn)。 （4）選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長(zhǎng)期使用后，通過(guò)調(diào)整能保持需要的導(dǎo)向精度。 （5）選擇合理的潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 （6）制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測(cè)量方法等。表1. SVR28型直線(xiàn)滑動(dòng)矩形導(dǎo)軌類(lèi)型直線(xiàn)滑動(dòng)矩形導(dǎo)軌截面形狀結(jié)構(gòu)尺寸單位HB177。177。KTmm2832201142間隙調(diào)整裝置鑲條導(dǎo)軌材料與熱處理灰鑄鐵時(shí)效處理 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與核算序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目單位計(jì)算依據(jù)計(jì)算結(jié)果1絲桿載荷： 導(dǎo)軌摩擦力強(qiáng)力切削時(shí)載荷一般銑削時(shí)載荷精銑時(shí)載荷快移載荷NNNNN≈18021801180 680 1802電機(jī)轉(zhuǎn)速（最大）絲