【正文】 機電傳動單向數(shù)控平臺設計中國礦業(yè)大學機械電子方向課程設計 題目：機電傳動單向數(shù)控平臺設計學 院： 機電工程學院 班 級： 學生姓名： 學 號: 指導教師： 完成時間： 目 錄第一章、前言 1第二章、課程設計具體任務 1 1 設計任務明細 2 設計的基本要求 2第三章、總體方案設計 2 設計基本依據(jù) 2 總體方案確定 3第四章、機械部分設計 4 導軌的選擇 4 導軌設計程序及內(nèi)容 4 機械傳動系統(tǒng)設計與核算 6 聯(lián)軸器和電機選型 12第五章、電氣控制系統(tǒng)設計 15 電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則 15 步進電機簡介 15 單片機的選擇 15 放大電路高耐壓、大電流復合晶體管IC—ULN2003 簡介 16 人機接口設計 18第六章、設計總結(jié) 21參考文獻 22 27第一章、前言　　　現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(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“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段?！　　?shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術和最基本的裝備 ,又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術 ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術范圍覆蓋很多領域。XY數(shù)控工作臺是許多機電一體化設備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進刀機構(gòu)、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的XY數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠或螺旋絲杠，絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、絲杠螺母副和伺服電動機等均已標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設計時只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。第二章、課程設計具體任務（1）課程設計題目機電傳動單向數(shù)據(jù)平臺設計（2）主要內(nèi)容包括①機械傳動結(jié)構(gòu)設計 ②電氣測控系統(tǒng)（3）課程設計意義①培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論和專業(yè)知識，獨立進行機電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)的初步設計工作，并結(jié)合設計或試驗研究課題進一步鞏固和擴大知識領域。②培養(yǎng)學生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運用各種標準和工具書籍以及編寫技術文件的能力，提高計算、繪圖等基本技能。③培養(yǎng)學生掌握機電產(chǎn)品設計的一般程序和方法，進行工程師基本素質(zhì)的訓練。④樹立正確的設計思想及嚴肅認真的工作作風。 設計任務明細（1）電機驅(qū)動方式：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機；（2）機械傳動方式：螺旋絲桿、滾珠絲桿、同步皮帶、鏈傳動；（3）電氣控制方式：單片微機控制、PLC 控制；（4）功能控制要求：速度控制、位置控制；（5）主要設計參數(shù)：單向工作行程——1800、1500、1200 mm； 移動負載質(zhì)量——100、50 kg； 負載移動阻力——50、100 N；（估算值） 移動速度控制——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。 設計的基本要求（1）方案設計：根據(jù)課程設計任務的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎上，明確系統(tǒng)的主要功能，確定實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對各種方案進行分析和評價，進行方案選優(yōu)。（2）總體設計：針對具體的原理方案，通過對動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進行總體設計，最后給出機械系統(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，完成電氣控制設計，給處電氣控制電路原理圖（A2一張）。（4）成果展示：課程設計的成果最后集中表現(xiàn)在課程設計說明書和所繪制的設計圖紙上，完成課程設計說明書一份，字數(shù)為3000 字以上，設計圖紙不少于兩張。（5）繪圖及說明書：用計算機繪圖或手工繪圖，打印說明書。第三章、總體方案設計 設計基本依據(jù)（1）步進電動機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移或位移的控制電機。它的直線位移量或角位移量與電脈沖數(shù)成正比，所以電機的線速度或轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低就可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并能快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)，同時電機的運動方向取決于控制繞組的通電順序。步進電動機適合于作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件?；旌鲜讲竭M電動機步距角小，啟動和運行頻率較高，消耗功率小。（2）滾珠絲桿螺母副是數(shù)控機床中回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的常用裝置。它以滾珠的滾動代替絲桿螺母副中的滑動，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，當它們套裝在一起時便形成螺旋管道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管道作周而復始的循環(huán)運動?；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：①摩擦阻力小，傳動效率高（一般在90%以上）；②運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動時不顫動，低速時不爬行； ③ 螺母和螺桿經(jīng)調(diào)整預緊，可以得到很高的定位精度（5 μm / 300mm）重復定位精度，并可以提高軸向剛度；④工作壽命長，不易發(fā)生故障。適用于金屬切削機床、測試機械、儀器的傳動螺旋和調(diào)整螺旋等。（3）單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、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)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域的廣泛應用。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。而可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 總體方案確定 參數(shù)初設如下：（1）電機驅(qū)動方式：步進電機（2）機械傳動方式：滾珠絲杠（3）電氣控制方式：單片機控制（4）功能控制要求：速度控制（5）主要設計參數(shù)：單向工作行程：1800mm； 移動負載質(zhì)量：100kg； 負載移動阻力：100N； 移動速度控制：0～6mm/min； 實現(xiàn)行程（位置）控制，控制精度177。； 選用矩形導軌，工作臺滑動摩擦系數(shù) μ=；絲杠兩端為固定支撐（EF），每個支座安裝圓錐滾子軸承， 安裝時進行預拉伸。第四章、機械部分設計 導軌的選擇導軌性能的好壞，直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性能。所以，導軌要滿足以下基本要求：結(jié)構(gòu)簡單,有良好的導向精度、精度保持性、低速運動平穩(wěn)性和工藝性好。導軌作為進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，不同類型的機床，對導軌的要求也不同。數(shù)控機床的導軌比普通機床的導軌要求要高:高速進給時不發(fā)生振動，低速進給時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，靈敏度高，耐磨性好，可在長期重載下連續(xù)工作，精度保持性好等。 導軌設計程序及內(nèi)容（1） 根據(jù)工作條件，選擇導軌類型為SVR28。 （2）選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度（如表1中圖示）。 （3）選擇適當?shù)膶к壗Y(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，以及運動輕便和平穩(wěn)。 （4）選擇導軌的補償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，通過調(diào)整能保持需要的導向精度。 （5）選擇合理的潤滑方法和防護裝置，使導軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 （6）制訂保證導軌所必須的技術條件，如選擇適當?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測量方法等。表1. SVR28型直線滑動矩形導軌類型直線滑動矩形導軌截面形狀結(jié)構(gòu)尺寸單位HB177。177。KTmm2832201142間隙調(diào)整裝置鑲條導軌材料與熱處理灰鑄鐵時效處理 機械傳動系統(tǒng)設計與核算序號計算項目單位計算依據(jù)計算結(jié)果1絲桿載荷： 導軌摩擦力強力切削時載荷一般銑削時載荷精銑時載荷快移載荷NNNNN≈18021801180 680 1802電機轉(zhuǎn)速（最大）絲