簡(jiǎn)易數(shù)控x-y工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程設(shè)(完整版)
【正文】 CPU接口設(shè)計(jì)CPU接口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用MCS51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)89C51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。因傳遞的扭距較小，取模數(shù)，齒輪有關(guān)尺寸見表33。⑷、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算 所以 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。并采用雙排兩列4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制。 提交材料整理課程設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。通過擬定的設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)方案到結(jié)合生產(chǎn)和使用條件，獨(dú)立完成精密機(jī)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)，全面考慮設(shè)計(jì)內(nèi)容及過程，熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，如國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范等，加深對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。綜合地考慮使用、經(jīng)濟(jì)、工藝等方面的設(shè)計(jì)要求，確定合理設(shè)計(jì)方案；通過分析比較吸取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自己的創(chuàng)造性；仔細(xì)計(jì)算和認(rèn)真作圖，力求設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算說明書達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)水平。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)XY工作臺(tái)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙V形滾珠導(dǎo)軌。⑷、滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法 當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。所以導(dǎo)程總誤差查表知E級(jí)精度的絲杠允許誤差，故剛度足夠。根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得式中： ——折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（）； ——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；——齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；——齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；M——移動(dòng)部件質(zhì)量（）。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機(jī)，MCS96系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。示意圖如下所示：（行程開關(guān)）前向通道傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)（電磁鐵）（步進(jìn)電機(jī)）人機(jī)界面?zhèn)鞲衅鰽T89S51（鍵盤、LED）后向通道 圖31 CPU外部接口示意圖驅(qū)動(dòng)1X步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2Y步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)3外部中斷1外部中斷2AD0~AD7CEIO/MPB 口PA口PC口AT89S51鍵盤電磁鐵8155 圖32 AT89S51控制系統(tǒng)圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿足快速急停、定位和退刀時(shí)能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運(yùn)行。由于步進(jìn)電機(jī)采用的是三相六拍的工作方式（三個(gè)線圈A、B、C），其正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈ABBBCCCAA，其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈ACCCBBBAA。在設(shè)計(jì)時(shí)要聯(lián)系機(jī)械部分和電氣控制部分作為一個(gè)有機(jī)的整體來考慮，本次設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械和電氣有機(jī)組合的系統(tǒng)是一個(gè)整體。通過這次課程設(shè)計(jì)我深刻的感到了理論和時(shí)間之間巨大的差別及其之間的聯(lián)系。另外，理論與實(shí)踐也存在必然的聯(lián)系，在老師的幫助下才能使課程設(shè)計(jì)最終成功。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)我又一次親手設(shè)計(jì)東西，與以前單純的機(jī)械設(shè)計(jì)不一樣，有了更多的收獲，體會(huì)也很多。其光電偶合部分采用的是達(dá)林頓管，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電磁鐵的電流比較大。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的16位MCS96又顯得過于浪費(fèi)。所以電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則因?yàn)?，所以慣性匹配比較符合要求。三、步進(jìn)電機(jī)的選用、步進(jìn)電機(jī)的步距角取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)步距角。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹（有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形），影響導(dǎo)軌的精度。考慮電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，
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