【正文】 ................................................................... 8 系統(tǒng)的控制過程及其傳動系統(tǒng)示意圖 ........................................................... 8 伺服電機(jī)的確定 ............................................................................................... 8 步進(jìn)電機(jī)的概述 ..................................................................................... 8 步進(jìn)電機(jī)的特點 ..................................................................................... 9 步進(jìn)電機(jī)的選擇 ..................................................................................... 9 脈沖當(dāng)量的確定 ............................................................................................... 9 確定減速裝置 ................................................................................................... 9 確定齒輪傳動比 .................................................................................. 10 確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 .................................................................. 10 步進(jìn)電動機(jī)的計算及選型 ............................................................................. 11 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq ................................. 11 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq ........................... 14 步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 .......................................................... 17 步進(jìn)電動機(jī)的性能校核 ...................................................................... 17 百格拉三相電動機(jī)的簡要介紹 .......................................................... 19 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 2 第 3 章 檢測裝置以及驅(qū)動電路的設(shè)計 .................................................................... 21 光電編碼器的原理 ......................................................................................... 21 增量式編碼器的確定 ..................................................................................... 22 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電源的設(shè)計 ......................................................................... 23 第 4 章 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計 ...................................................................... 26 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 ....................................................................................... 26 CPU 的選擇 .................................................................................................... 27 存儲器的擴(kuò)展 ............................................................................................... 27 Ｉ／Ｏ擴(kuò)展電路設(shè)計 ................................................................................... 29 輔助電路的設(shè)計 ........................................................................................... 30 AT89C51 的時鐘電路 ......................................................................... 30 復(fù)位電路 ............................................................................................ 30 計數(shù)電路 ............................................................................................ 31 步進(jìn)電機(jī)脈沖的分配 ........................................................................ 31 硬件系統(tǒng)的合成及其原理圖 ......................................................................... 31 結(jié) 論 .............................................................................................................................. 33 致 謝 .............................................................................................................................. 34 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 35 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) ................................................................................................................ 36 附 錄 .............................................................................................................................. 37 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3 摘 要 步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的控制微電機(jī) ,其機(jī)械角位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成比例 。 該系統(tǒng)接收到信號后，與鍵盤、顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值比較后，轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖，然 后通過單片機(jī)控制器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以帶動絲桿傳動系統(tǒng)，進(jìn)而控制工作臺的運(yùn)動。 數(shù)控工作臺是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱 — 橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工 作控制計算機(jī)，也可以設(shè)計專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。如執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或裝置）的設(shè)計、 檢測裝置的設(shè)計、單片機(jī)的選擇、擴(kuò)展芯片的選擇、 I/O 接口設(shè)計和驅(qū)動電路以及電氣原理設(shè)計等。主要考慮單片機(jī) 后續(xù)與電動機(jī)連接電路的選擇 ，考慮 到周圍環(huán)境的干擾、經(jīng)濟(jì)狀況的限制、以及系統(tǒng)精度的要求。 對電機(jī)型號、驅(qū)動器以及是否運(yùn)用減速器，或是否運(yùn)用檢測裝置進(jìn)行一定得選擇計算和判斷。 傳動系統(tǒng)示意圖如 下圖（ ）所示： 從動齒輪主動齒輪 滾珠絲杠工作臺步進(jìn)電動機(jī)編碼器驅(qū)動器圖 進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖 伺服電機(jī)的確定 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 9 以下為步進(jìn)電機(jī)的主要特點 ： 。 步進(jìn)電機(jī)的三種類型中： 反應(yīng)式結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動容易，步距角小等優(yōu)點，但其動態(tài)性能稍差，易出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象。 脈沖當(dāng)量的 確定 脈沖當(dāng)量 δp 是一個進(jìn)給指令時工作臺的位移量，應(yīng)小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為 177。 確定齒輪傳動比 因步進(jìn)電機(jī)步距角 初選 ? ? ，滾珠絲杠 螺距 4hP mm? ，要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量0 .0 0 5 /p mm step? ? ， 增大步進(jìn)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機(jī)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動機(jī)的輸出軸上安裝一對齒輪進(jìn)行減速設(shè)置 ，采用一級減速，步進(jìn)電動機(jī)的輸出軸與 齒輪相連，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連 。 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 如下 : 2薄齒輪 , 3— 彈簧 , 8— 凸耳 , 5— 調(diào)節(jié)螺釘 , 7— 螺母 圖 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 步進(jìn)電動機(jī)的計算及選型 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq 下表（ ） 所示 為常用部件的轉(zhuǎn)動慣量計算公式： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 12 表 常用部件轉(zhuǎn)動慣量計算 種類 計算公式 符號的意義 圓柱體 轉(zhuǎn)動慣量（如齒輪、聯(lián)軸器、絲杠、軸等） 28jmDJ? jm —— 圓柱 體質(zhì) 量（ Kg） D —— 圓 柱體直徑（ cm） L—— 圓柱體長度或厚度（ cm） 絲杠折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 212()SzJJz? SJ —— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（ 2Kgcm? ） 1z 、 2z —— 主動齒輪及被動齒輪的齒數(shù) 工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 2()2h iPJm?? im —— 工作臺質(zhì)量（ Kg） hP —— 絲杠螺距（ cm） 一對齒輪傳動時，傳動系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 221122( ) ( ) ( )2hm Z z S iPzJ J J J J mz ???? ? ? ? ? ????? 1ZJ —— 齒輪 1z 的轉(zhuǎn)動慣量（ 2Kgcm? ） 2zJ —— 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動慣量（ 2Kgcm? ） mJ —— 電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量（ 2Kgcm? ）