【正文】 ...................................... 31 誤差的來源 ................................................................................................................. 31 控制系統(tǒng)誤差 .............................................................................................................. 31 步進電機失步原因和解決辦法 .............................................................................. 31 步進電機越步原因和解決辦法 .............................................................................. 32 本設(shè)計中采用的方法 ............................................................................................ 32 進給系統(tǒng)的誤差 .......................................................................................................... 32 齒輪傳動間隙 ....................................................................................................... 32 滾柱絲杠軸向間隙的消除 ..................................................................................... 33 全文總結(jié) ................................................................................................................................... 35 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 致 謝 ...................................................................................................................................... 36 參考資料 .................................................................................................................................. 37 附 錄 .................................................................................................................................. 38 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 兩軸 數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計是一個開環(huán)控制系統(tǒng) ,其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度，降低成本 ,是微機 控制技術(shù)的最簡單的應(yīng)用。工作臺控制部分以 AT89C51 單片機為核心，作為主控器；利用 8155H 芯片實現(xiàn)與鍵盤 /顯示器的連接；選擇 步進電機配套驅(qū)動器 BD28Nb 驅(qū)動步進電動機實現(xiàn)加、 減速、急停等操作，從而實現(xiàn)對工作臺的控制。 在機械領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和 微 機技術(shù)的迅速發(fā)展 ，發(fā)展形成的 機電一體化 技術(shù) ，使機械工業(yè)的技術(shù)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。采用機電一體化技術(shù)后，可以用電子器件、微型計算機來控制和實現(xiàn)各執(zhí)行構(gòu)件的動作及功能關(guān)系協(xié)調(diào)，實現(xiàn)機械產(chǎn)品操作的全部自動化。具體系統(tǒng)中，要素的構(gòu)成不太一樣，例如，開環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)中，不需要檢測元件。各要素之間必須遵循接口耦合、物質(zhì)流動、信息控制、能量轉(zhuǎn)換的四大原則，完成以下內(nèi)容： ⑴ 變換。在兩個信息強度相差懸殊的要素之間，經(jīng)接口放大，達到能量的匹配。 ⑷ 能量轉(zhuǎn)換。對于智能化程度高的系統(tǒng)，還包含了知識的獲取、推理機制及知識學(xué)習(xí)等以 知識驅(qū)動為主的信息控制。 在 當(dāng)代的 機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應(yīng)借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。 系統(tǒng) 總體 技術(shù)即以整體的概念 組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。 傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。 ⑵ 微型化 。 21 世紀(jì)，機電一體化技術(shù)的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機械產(chǎn)品，即提供一種能滿足可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品。 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù) 使 家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢 , 利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home) 將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng) (puter integrated appliancesystem, CIAS) ,因此機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 減速裝置的選用 選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機構(gòu)，選用無間隙齒輪傳動減速箱。 設(shè)計參數(shù)所給的精度對于步進電動機來說 尚可以達到 ，決定采用 開 環(huán)控制， 以降低成本。 3）要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇 CPU 之后，還要擴展程序存儲器，鍵盤與顯示電路， I/O 接口電路， D/A 轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。則 由表37查得立銑時的銑削力計算公式為： 0 . 8 5 0 . 7 5 0 . 7 3 1 . 0 0 . 1 3c e z p1 1 8 a f d a n Z??F 今選擇銑 刀的直徑為 d=15mm，齒數(shù) Z=3,為了計算最大銑削力，在不對稱銑削情況下，取最大銑削寬度為 α e=15mm，背吃刀量 pa =8mm，每齒進給量 fZ=，銑刀轉(zhuǎn)速n 300r/min= ?？紤]到工作行程應(yīng)該留有一定余量，選取導(dǎo)軌的長度均為 600mm。 距離額定壽命 L 的計算 上述所取的 KL 系列 JSALG15 系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過100 C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4級，工作速度較低，載荷不大。應(yīng)按銑削時的情況計算 。 查表 330， 取載荷系數(shù) Wf =,滾道硬度為 60HRC 時，取硬度系數(shù) Hf =,代入下 式，求得最大動載荷： FQ= 3 0 W H mL f f F ≈ 8880 N 型號的選擇與校核 規(guī)格型號的初選 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 GDM 系列 20213 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器 單 螺母墊片預(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為 5mm，循環(huán)滾珠為 3圈 2系列，精度等級取 5 級，額定動載荷為 9309N，大于最大計算動載荷2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 最大動工作載荷 FQ，滿足要求。hwPtg d? ??? 絲桿 絲杠外徑 1d 絲杠底徑 2d 螺桿接觸直徑 zd c os 17. 75z w bd d d ?? ? ? 絲杠螺母 螺母螺紋外徑 D 0 2 2 2D d e R? ? ? ? 螺母內(nèi)徑（內(nèi)循環(huán)） 1D 傳動效率η的計算 將公稱直徑 d0=20mm,導(dǎo)程 Ph=5mm,代入 0arctanhPd? ?? 得絲杠螺旋升角 λ =4176。滾珠直徑 Dw=，絲杠底徑 d2=,絲杠截面積 222 4 20 6. 12???S d m m。 因為絲杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實際變形量可以減少一半， 取 2? = 將以上算出的 1? 和 2? 代入 12? ? ???總 ，求得絲杠總變形量（對應(yīng)跨度 500mm） ?總 ==。代 入式 22kkF f E I k a?? 得臨界載荷 等于 9343N，遠(yuǎn)大于工作載荷 1779N 故絲杠不會失穩(wěn)。根據(jù)式 公式 ，算得減速比： ( ) /(36 0 )hiP??? =（ ?5） /（ 360?） =25/12 本設(shè)計選用常州市新月電機有限公司生產(chǎn)的 JBF3 型齒輪減速箱。移動部件總重力 G=644N；小齒輪齒寬 b1=20mm.，直徑 d1=36mm，大 齒輪齒寬 b2=20mm，直徑 d2=75mm；傳動比 i=25/12。拖 板折 算到 絲杠上 的轉(zhuǎn) 動慣量Jw= cm2。 則加在 步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為： 212( ) /e q m Z Z W SJ J J J J J i? ? ? ? ?= ⑴ 快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT ， 1eqT 包括三部分 。 設(shè)步進電機由靜止加速至 mn 所需時間 ? ，傳動鏈總效率 ?? 。因此，根據(jù) eqT 來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。從 90BYG2602 電動機的運行矩頻特性曲線可以看出在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩 maxfT ? ? m， 遠(yuǎn) 大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩2eqT =，滿足要求。查表 45 可知 90BYG2602 電動機的空載運行頻率可達 20210 zH ，可見沒有超出上限。 綜上所述，本次設(shè)計中工作臺的進給傳動系統(tǒng)選用 90BYG2602 步進電動機，完全滿足設(shè)計要求。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中多使用 16位單片機，它 具有較強的運算和擴展能力，如 MCS96 系列單片機廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實時處理的控制系統(tǒng)。 因此 CPU選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51， AT表示 ATMEL 公司， 9 表示內(nèi)含 Flash存儲器， S 表示含有串行下載 Flash 存儲器。 （ 3） XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。 （ 6） RST/VPD（ 9）：復(fù)位信號輸入端 /備用電源輸入端。 二 、 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定、 128*8 位內(nèi)部 RAM、 32可編程 I/O 線、兩個 16 位定時器 /計數(shù)器、 5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機的穩(wěn)定性。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 ⑵ 復(fù)位電路 如圖 。PA 和 PB 口可工作于基本輸入輸出方式或選通輸入輸出方式。 PB口作為顯示器的段碼輸出口， 8155HH的 PC 口作為輸入口， PC0~3 接行線 X0~X3,成為簡輸入口。 接蜂鳴器， 懸空。 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 李敬：兩軸微機伺服工作臺的設(shè)計 24 傳動驅(qū)動部分主要是步進電機的驅(qū)動，步進電機須滿足快速急停、定位和退刀時能快速運行、工作時能帶動工作臺并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運行。 本設(shè)計中 X、 Y向步進電機均為 90BYG2602 型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團。 傳感器和控制面板設(shè)計 ⑴ 由于步進電機步進電機的速度與所傳遞的位移和角度由單片機發(fā)送的脈沖頻率和脈沖數(shù)來決定，可實現(xiàn)精確定位，不需要反饋電路，但工作臺的移動不能超過最大行程，因此，應(yīng)該在 X、 Y 軸的方向各加上兩個光電開關(guān)作為行程開關(guān)，當(dāng)工作臺越位時，開啟光電開關(guān)，然后用蜂鳴器報警，報告給操作人員按 下急停按鈕。 圖 47 使用 7406 做驅(qū)動的蜂鳴音報警電路 在圖 413 中，驅(qū)動器 7406 的輸入端接 AT89C51 的 。 1．在本設(shè)計面板中，使用開關(guān)和復(fù)位按鈕，用于啟動、停止系統(tǒng)。軟件和硬件的結(jié)合，形成一個具有特定功能的計算機數(shù)控系統(tǒng)，使該系統(tǒng)能夠完成零件程序的輸入、編輯、譯碼、數(shù)據(jù)計算和伺服控制等工作。 中斷服務(wù) 0是由 4 個行程開關(guān)觸發(fā)的，它觸發(fā)后通過單片機讀取 PA 口內(nèi)容，然后將結(jié)果反饋到 PB 口的 LED 上。步進電動機的位置控制是步進電動機的一大優(yōu)點，他可以不用借助位李敬：兩軸微機伺服工作臺的設(shè)計 28 置傳感器而只需要簡單的開環(huán)控制就能達到足夠的位置精度，應(yīng)