【正文】 學生姓名： 學 號: 專 業(yè)： 機 電 一 體 化班 級： 05機電班 指導教師： 完成時間： 摘 要 當今世界電子技術迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術領域得到了廣泛應用，對各領域技術的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅動部分、執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。　　裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經濟的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(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。（一）、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面:(1)、 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢效率、質量是先進制造技術的主體。從 EMO2001 展會情況來看 ,高速加工中心進給速度可達 80m/ min ,甚至更高 ,空運行速度可達 100m/ min左右。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密級加工中心則從 3～5μm ,提 高到 1～ 。(2) 、5 軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。當前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。(3) 、智能化、開放式、網絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化 ,如加工過程的自適應控制 ,工藝參數(shù)自動生成。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。數(shù)控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元 ,反映了數(shù)控機床加工向網絡化方向發(fā)展的趨勢。在此階段 ,由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的制 ,數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步?？v觀我國數(shù)控技術近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經過 4 個 5 年計劃的攻關 ,總體來看取得的成績還是不小。我國是制造大國 ,在世界產業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移 ,所以 ,我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產業(yè)問題。其次從國防安全看 ,西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產品都列為國家的戰(zhàn)略物質 ,對我國實現(xiàn)禁運和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經濟的市場需求為導向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標 ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內容 ,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有價值低廉而富有競爭力的產品。第二章 課程設計的目的、意義及要求第一節(jié) 課程設計的目的,意義《機電一體化系統(tǒng)設計》課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。第三章 課程設計的內容第一節(jié) 課程設計題目：單片機控制步進電機驅動的多用XY工作臺。滾珠絲杠及導軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺的有效行程為 快速進給速度 和工作載荷第二節(jié) 課程設計的內容 (1).數(shù)控裝置設計參數(shù)的確定； (2).方案的分析，比較，論證。(1).微機及擴展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設計；(2).I/O接口電路及伺服控制電路的設計和選用；(3).系統(tǒng)控制軟件的設計 (1).機械結構裝配圖，（見附圖）第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設計的內容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構及傳動方案的確定，伺服電機類型及調速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。1. 系統(tǒng)運動方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標軸的運動有精確的運動關系因此采用連續(xù)控制方式。但開環(huán)系統(tǒng)結構簡單，調整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應用。3. 計算機系統(tǒng)的選擇采用MCS51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。 考慮電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當量 脈沖當量δp是一個進給指令時工作臺的位移量，應小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為177。取X向導軌支撐鋼球的中心距為410mm,Y向導軌支撐鋼球的中心距為400mm,設計工作臺簡圖如下:工作臺簡圖X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為: = Y向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導軌(含電機)重量為夾具及工件重量:約155NXY工作臺運動部分總重量為:第三節(jié) 滾動導軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=(Fz+W)； fSL=~(一般運行狀況)，~（運動時受沖擊、振動）。取f=,則:壽命值：，其中絲杠轉速(r/min)最大動載荷：式中：fW為載荷系數(shù)，~；fH為硬度系數(shù)，HRC≥。其基本參數(shù)如下:其額定動載荷為14205N ,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表名稱計算公式結果公稱直徑――20mm螺距――５mm接觸角――鋼球直徑――螺紋滾道法向半徑偏心距螺紋升角螺桿外徑螺桿內徑螺桿接觸直徑螺母螺紋外徑螺母內徑（外循環(huán)）（2） 傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為：式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。（4） 剛度驗算滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。第五節(jié) 齒輪計算、設計因步進電機步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當量,在傳動系統(tǒng)中應加一對齒輪降速傳動.齒輪傳動比： ，初選步進電機步距角：α= ?/step。對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算：式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。若取，則Ｓ＝，且。取=（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù)），＝，==。第二節(jié) 設計步驟。即中央處理單元CPU2． 總線。3． 存儲器。4． 接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設：鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。本次設計選用８０３１芯片作為主控芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時間。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。單片機規(guī)定Ｐ0口提供８為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，