簡易數(shù)控x-y工作臺機電系統(tǒng)的設計課程設(完整版)
【正文】 CPU接口設計CPU接口部分包括傳感器部分、傳動驅(qū)動部分、人機交互界面三部分。單片機的型號很多，而目前市場上應用MCS51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應用最廣的8位單片機89C51，價格低廉，而性能優(yōu)良，功能強大。因傳遞的扭距較小，取模數(shù)，齒輪有關尺寸見表33。⑷、剛度驗算滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量Y向所受牽引力大，故應用Y向參數(shù)計算 所以 絲杠因受扭矩而引起的導程變化量很小，可以忽略。并采用雙排兩列4個直線滾動軸承來實現(xiàn)滑動平臺的支撐。為提高傳動剛度和消除間隙，采用預加負荷的結(jié)構(gòu)。定位方式采用增量坐標控制。 提交材料整理課程設計說明書，準備答辯。通過擬定的設計方案、結(jié)構(gòu)方案到結(jié)合生產(chǎn)和使用條件，獨立完成精密機構(gòu)部件的設計，全面考慮設計內(nèi)容及過程，熟悉和運用設計資料，如國家及行業(yè)標準、設計規(guī)范等，加深對機電一體化系統(tǒng)設計的認識。綜合地考慮使用、經(jīng)濟、工藝等方面的設計要求，確定合理設計方案；通過分析比較吸取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的優(yōu)點，并在此基礎上發(fā)揮自己的創(chuàng)造性；仔細計算和認真作圖，力求設計圖紙和計算說明書達到實際生產(chǎn)水平。為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動XY工作臺。由于工作臺的運動載荷不大，因此采用有預加載荷的雙V形滾珠導軌。⑷、滾動導軌剛度及預緊方法 當工作臺往復移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發(fā)生變化，受力大的滾動體變形大，受力小的滾動體變形小。所以導程總誤差查表知E級精度的絲杠允許誤差，故剛度足夠。根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，得式中： ——折算到電機軸上的慣性負載（）； ——步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量（）；——齒輪 的轉(zhuǎn)動慣量（）；——齒輪 的轉(zhuǎn)動慣量（）；——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（）；M——移動部件質(zhì)量（）。在一些復雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機，MCS96系列單片機廣泛應用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實時處理的控制系統(tǒng)，它具有較強的運算和擴展能力。示意圖如下所示：（行程開關）前向通道傳動驅(qū)動（電磁鐵）（步進電機）人機界面?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1X步進電機驅(qū)動2Y步進電機驅(qū)動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)動系統(tǒng)傳動驅(qū)動部分包括步進電機的驅(qū)動和電磁鐵的驅(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。由于步進電機采用的是三相六拍的工作方式（三個線圈A、B、C），其正轉(zhuǎn)的通電順序為：AABBBCCCAA，其反轉(zhuǎn)的通電順序為：AACCCBBBAA。在設計時要聯(lián)系機械部分和電氣控制部分作為一個有機的整體來考慮，本次設計是一個機械和電氣有機組合的系統(tǒng)是一個整體。通過這次課程設計我深刻的感到了理論和時間之間巨大的差別及其之間的聯(lián)系。另外，理論與實踐也存在必然的聯(lián)系，在老師的幫助下才能使課程設計最終成功。這次課程設計時我又一次親手設計東西，與以前單純的機械設計不一樣，有了更多的收獲，體會也很多。其光電偶合部分采用的是達林頓管，因為驅(qū)動電磁鐵的電流比較大。 步進電機驅(qū)動電路和工作原理步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。從要設計的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機需要拓展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，無疑提高了設計價格，而選用高性能的16位MCS96又顯得過于浪費。所以電機軸轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，則因為，所以慣性匹配比較符合要求。三、步進電機的選用、步進電機的步距角取系統(tǒng)脈沖當量，初選步進電機步距角。此外，滾動體支承工作臺，若工作臺剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會使工作臺下凹（有時還可能出現(xiàn)波浪形），影響導軌的精度?？紤]電機步距角和絲桿導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動。它的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，
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