机电一体化课程设计---单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台

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1、 0 综合综合课程设计课程设计 说说 明明 书书 （第 8 组） 课程性质：专业课(必修) 适用专业：机械电子工程 所用时间： 两 周 1 目目 录录 一、课程设计的题目及要求 2 （一）题目 2 （二）要求： 2 二、总体方案的确定. 2 三、机械部分的设计和计算 3 1、工作台的初步设计： . 3 2、滚动导轨的参数确定： 5 3、滚珠丝杆计算、选择。 6 4、步进电机的选择. 8 5、齿轮计算、设计. 10 6、步进电机等效负载计算 10 7、机械传动结构装配图见附录。. 11 8、三维图纸如下：. 11 四、机床数控系统硬件电路设计 13 1、确定硬件电路总体方案:. 13 2、主控制

2、器 CPU 的选择： . 14 3、I/O 口扩展电路设计: 14 4、键盘、显示接口电路: 14 5、步进电机驱动电路 . 14 6、其它辅助电路设计 . 16 五、系统控制软件的设计 . 18 1、系统控制软件的主要内容 18 2、程序设计技术 19 3、步进电机控制子程序的设计 19 4、汇编语言程序设计 . 21 六、课程设计的心得和体会 23 七、参考资料 23 2 一、课程设计的题目及要求一、课程设计的题目及要求 （一）题目（一）题目：单片机控制步进电机驱动的多用 XY 工作台。 已知条件：已知条件：定位精度： 0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h， 中等冲击，各

3、题目的有效行程、快速进给速度和工作载荷见下表： 题号题号 有效行程有效行程(mm) 快速进给速度快速进给速度(mm/min) 工作载荷工作载荷Fz (N) Lx Ly vmax vymax 8 450 450 1500 1500 300 （二）要求：（二）要求： 1. 课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格地要求自己，不允许 相互抄袭； 2. 认真阅读课程设计指导书 ，明确题目及具体要求； 3. 认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准； 4. 大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案； 5. 机械部分和驱动部分设计思路清晰，计算结果正确，选型合理； 6. 微机控制系统方案可行，硬件

4、选择合理，软件框图正确； 7. 手工或电脑绘制机械系统装配图一张（A1） ，控制系统电气原理一张 （A1） ，图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰； 8. 课程设计说明书一份（不少于 5000 字） ，包括：目录，题目及要求，总 体方案的确定，机械系统设计，控制系统设计，参考文献等。设计说明 书应叙述清楚、表达正确、内容完整、技术术语符合标准。 9. 该课程设计由三人共同完成。其中，完成机械部分的设计，和完成电气 部分的设计。 二、总体方案的确定二、总体方案的确定 根据设计任务确定系统的总体机械和控制系统方案：进行系统运动方式的 确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确

5、定，计算机控 制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。 1. 系统运动方式与伺服系统系统运动方式与伺服系统 采用连续控制系统。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本， 宜采用步进电机开环伺服系统驱动。 2. 计算机系统计算机系统 采用 MCS-51 系列中的 8051 单片机扩展控制系统。MCS-51 单片机的主要 特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部 分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。 3. XY工作台的传动方式工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动 3 副。为提高传动刚度

6、和消除间隙，采用有预加载荷的结构。 由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从 而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及 考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。 系统总体框图系统总体框图 三、机械部分的设计和计算三、机械部分的设计和计算 1、工作台的初步设计：、工作台的初步设计： （1）确定系统脉冲当量 脉冲当量dp是个进给指令时工作位移量，应小于等于工作台的位置精度。 一般为 0.010.005mm。 （2）工作台外形尺寸及重量初步估算。 取 X 向导轨支承钢球的中心距为 130mm ,Y 向导轨支承钢球的中心距为 180mm，设计工作简图。 4 工作台简图工作台简图 工作台的尺寸： 55400400； 重量：按重量=体积材料比重估算： N130108.21055400400 23 ； X 向拖板（上拖板）尺寸：长 宽高： 200200502000000； 重量：按重量=体积材料比重估算： 32 20020050107.