通用二维运动平台设计
通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。
本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。电气原理图采用Protel99Se绘制。
关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图
目录
第一章二维运动平台总体方案设计 (1)
第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (2)
2.1 确定系统脉冲当量 (2)
2.2 确定系统切削力 (2)
2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (3)
2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)
2.5 计算减速比i (6)
2.6步进电动机的计算和选型 (7)
第三章微机数控硬件电路设计 (11)
3.1 MCS—51系列单片机简介 (12)
3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 (12)
3.1.2 定时器/计数器 (12)
3.1.3 中断系统 (14)
3.2 存储器扩展电路设计 (13)
3.2.1 程序存储器的扩展 (13)
3.2.2 数据存储器的扩展 (14)
3.2.3 译码电路设计 (16)
3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 (18)
3.3.1 8255 通用可编程接口芯片 (18)
3.3.2 键盘显示接口电路 (20)
3.3.3 电机接口及驱动电路 (21)
3.3.4 辅助电路 (23)
参考文献 (24)
第一章二维运动平台总体方案设计
1.1系统的运动方式与伺服系统的选择
为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000/min
mm，因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。
1.2机械传动方式
伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和 0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。
1.3计算机系统
根据设计要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS —51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。
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。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
数控机床总体方案设计，X.Y数控工作台总体方案设计分别见图1.1和图1.2
图1.1 X.Y数控工作台总体方案设计
第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算
伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。现分述如下：
2.1 确定系统脉冲当量
一个进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。根据设计要求，二维运动平台采用的脉冲当量是0.01mm/step。
2.2 确定系统切削力
根据设计要求，机床的切削负载为：X向200N；Y向300N；Z向400N；G为400N。
2.3直线滚动导轨副的计算与选型
1、滑块承受工作载荷max F 的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动
导轨使用寿命的重要因素。本课题中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：
max 4G
F F =+
其中，移动部件重量G=400N ，外加载荷错误！未找到引用源。=400N ，代入上式，得最大工作载荷max F =500N 。
查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-41，根据工作载荷max F =600N ，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG25型，其额定动载荷a C =7.94kN ，额定静载荷0a C =9.5kN 。
任务书规定工作台平面尺寸为200mm ×160mm ，考虑工作行程应留有一定余量，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为340mm 。
2 距离额定寿命L 的计算 上述选取的KL 系列JSA-LG 型导轨副的滚道硬度为60HRC,工作温度不超过100C ,每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-36～表3-40，分别取硬度系数H f =1.0、温度系数T f =1.00、接触系数C f =0.81、精度系数R f =0.9、载荷
系数W f =1.5，代入式L 3
50H T C R a W f f f f C f f ??
=? ???，得距离寿命：
L 3
50H T C R a W f f f f C f f ??
=? ???
=25978.65KM
远大于期望值50km,故距离额定寿命满足要求.
2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型
1、计算最大工作载荷m F
查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数μ=0.005，已知G=800N ，错误！未找到引用源。=200N ，错
误！未找到引用源。=300N,错误！未找到引用源。=400N 。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：
错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。+μ(错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。+G)=1.1错误！未找到引用源。200+0.005(300+400+800)=227.5N
2、计算最大动负载Q F
式中 h P ——滚珠丝杠导程，初选h P =4mm ；
s v ——最大切削力下的进给速度此处s v =0.8m/min ； T ——使用寿命，按15000h ；
w f ——运转系数，按一般运转取w f =1.2～1.5；
L —— 寿命、以610转为1单位
h s P v n 1000==10000.8
4
?=200min /r 66
606020015000
1801010n T L ????=
== 1/3Q m w F F f L =
1.2227.5?=1541.4N
3、滚珠丝杠螺母副的选型
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G 系列1604-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为16，导程为4m,循环滚珠为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为4612KN 满足要求。
4、传动效率计算
将公称直径错误！未找到引用源。，导程h P =4mm ，代入0arctan[/()],h P d λπ=得
丝杠螺旋升角λ= 错误！未找到引用源。,将摩擦角'10?=，代入下式得；
660101000Q w m s h F F n T L v n P =??=
?=
式中 γ---丝杠螺旋升角；
?---摩擦角，滚珠丝杠的滚动摩擦系数004.0~003.0=f ，其摩擦角约等于
'10。
5、刚度验算
先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图3所示。最大牵引力为337N 母装配总长度为37mm,丝杠螺纹长度取340mm,预计支承长度为303mm ，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载的1/3。
图2.1 纵向进给系统计算简图
(1)、丝杠的拉伸或压缩变形量'
1δ
查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-31得，滚珠直径错误！未找到引用源。,丝杠底径错误！未找到引用源。，丝杠横截面积S=2/4d π=134.712mm ,已知m F =227.5N 。将各个数据代入下式得 1m F a
ES
δ==(227.5×321.5)/(210000×134.71)=0.0024mm
式中：Fm ：丝杠最大工作载荷 a : 丝杠两端支撑距离 E ：丝杠材料弹性模量 S ：丝杠按着底径确定的截面积 M ：转矩
I ：丝杠按着底径确定的惯性转矩
（2）、滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ
根据公式0(/)3W Z d D π=-,求得单圈滚珠数Z=18；该型号丝杠为单螺母滚珠的圈数×列数为3×1，代入公式：Z Z ∑=×圈数×列数，得滚珠总数量Z ∑=54。丝杠预紧时，取轴向预紧力
代入下式得
δ=0.0013错误！未找到引用源。
因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1／3，所以变形量可减小一半，取
2δ=0.000513mm 。
（3）将以上算出的1δ和2δ代入δ总=1δ＋2δ，求得丝杠总变形量
δ总=0.0024＋0.00051=0.00291mm
本课题中，丝杠的有效行程为303mm ，由《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-37可知，五级精度滚珠丝杠有效行程在315～400mm 时，行程偏差允许达到40m μ,可见丝杠刚度足够，且δ总小于1／3的开环系统定位精度值0.025mm ，满足要求。
6、稳定性校核
查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-34得，取支承系数k f =1；由丝杠底径
，求得截面惯性矩I=1444.89错误！未找到引用源。；压杆稳定
安全系数K 取3；滚动螺母至轴向固定处的距离a 取最大值303mm 。代入式得错误！未找到引用源。9647.8N
η﹥m F =337不会失稳。
综上所述。初选的滚珠丝杠副满足使用要求。
2.5 计算减速比i
已知工作台的脉冲当量0.01/mm step δ=，滚珠丝杠的导程h P =4mm ，初选步进电
动机的步矩角a=0.9得
(/360)h i P αδ==1
2.6步进电动机的计算和选型
1、计算加在步进步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 已知滚珠丝杠的公称直
径
,总长L=340 ，h P =4mm, 料密度337.8510/kg cm ρ-=?；
移动部件总重力G=800N,2/8j J m D =得滚珠丝杠的转动惯量错误！未找到引用源。；由公式
2
(/2)i J pH m π= 得拖板折算到丝杠上的转动惯
式中：
初选步进电动机型号为90BYG2602,为两相混合式，由常州宝马集团公生产，二相八拍驱动时步矩角为a=0.9，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表4-5得该型号电动机转子的转动惯量24m J kg cm =。
则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为： 错误！未找到引用源。 2kg cm
2、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩ep T
分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算
1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩由公式1max 0eq a f T T T T =++可知,1eq T 包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩
max a T ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩f T ；还有一部分是
滚珠丝杠与今后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T 。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据公式2
00(1)2YJ h F P T i
ηπη=-可知，0T 相对于max a T 和f T 很小，可以忽略不计。则有：
1eq T =max a T ﹢f T
根据公式1max 260eq m a a
J n T t π=
，考虑传动链的总效率η=0.94空载起动时折算到电动
机转轴上的最大加速转矩：
1max 260eq m
a a
J n T t π=
×
1
η
式中 m n ---- 对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为/min r ； a t ---- 步进电动机由静止到加速至m n 转速所需的时间，单位为s 。
其中： max 360m n υα
δ
=
式中 max υ ---- 空载最快移动速度，任务书指定为2000/min mm ； α ---- 步进电动机步矩角，预选电动机为0.9
δ ---- 脉冲当量，任务书指定为0.01/mm step （开环系统）。 将以上各值代入式max 360m n υα
δ
=
中，得m n =500in 。 设步进电动机由静止到加速至m n 转速所需时间a t =0.23传动链总效率η=0.94由公式1max 260eq m
a a
J n T t π=
×
1
η
求得 max a T ≈
0.1253m 由式f T =
2h
F P i
πη摩可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为 f T =
()2Z h
F G P i
μπη+
式中 μ ---- 导轨的摩擦因数，滚动导轨取0.005； z F ---- 垂直方向的铣削力，空载时取0 η ---- 传动链总效率，取0.94 则由式f T =
()2Z h
F G P i
μπη+求得 f T ≈0.0027N m
最后由式1eq T =max a T ﹢f T ，求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩： 1eq T =max a T ﹢f T =0.128N m
2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩2eq T 由式20
eq t f T T T T =++可知，2eq T 包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩t T ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩f T ；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T ，0T 相对于t T 和f T 很小，可以忽略不计。则有： 2eq t f T T T =+
其中，这算到电动机转轴上的最大工作负载转矩t T 由式t T 2f h F P i
πη=
计算。本课题
中对滚珠丝杠进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给负载x F =300N 则
有： t T 2f h F P i
πη=
= 0.2033N.M
再由式f T =
()2Z h
F G P i
μπη+ 计算垂直方向承受最大工作负载（1500z F N =）情况
下，移动部件运动时这算到电动机转轴上的摩擦转矩：
f T =
()2Z h
F G P i
μπη+=0.0047N.M
最后由2eq t f T T T =+，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为： 2eq t f T T T =+=0.2047N m
经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为 Teq=0.2047N.M
3、步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据eq T 来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本课题中取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：
max j T ≥4Teq=0.8296N.M
上述初选的步进电动机型号为90BYG2602, 由《机电一体化系统设计课程设计指导书》表4-5查得该型号电动机的最大静转矩max j T =6N m 。可见，满足上式要求。 4、步进电动机的性能校核
1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度
max 800/min mm υ=，脉冲当量0.01/mm step δ=，由式max max 60f
f υδ
=
求出电动机对应的运行频率[]max 800/(600.01)1333f f Hz Hz =?=。从90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图（下图所示）可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩max f T ≈5.1m ,远大于最大工作负载T eq=0.2047N.M ，满足要求
2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度
max 2000/min mm υ=，仿照式max max 60f
f υδ
=
求出电动机对应的运行频率[]max 2000/(600.01)3333f f Hz Hz =?=。从上图中可以查得，在此频率下，电动机的输出转矩Tmas=3.2N.M 负载转矩Teq1=0.128N.M
3）最快空载移动时电动机运行频率校核 与最快空载移动速度
max 2000/min mm υ=对应的电动机运行频率为max 3333f Hz =。查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表4-5可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000Hz,可见没有超出上限。
4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq=4.5转动惯量
2
4m J kg cm =，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率1800q f Hz =（查《机电一
体化系统设计课程设计指导书》表4-5）。则由L q f f =动机克服惯性负载的起动频率：
L q f f = 此式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率小于940Hz 。实际上，在采用软件升降时，起动频率选得更低，通常只有100Hz(即100step/s)。
综上所述，本课题中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。
第三章微机数控硬件电路设计
根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制系统电气控制的结构框图。
1、数控系统由硬件和软件两部分组成。
硬件是组成系统的基础，机床硬件电路由以下五部分组成：
⑴、主控制器，即中央控制单元CPU；
⑵、总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；
⑶、存储器，包括程序存储器和数据存储器；
⑷、接口，即I/O输入/输出接口电路；
⑸、外围设备，如键盘、显示器及光电输入机等。见图3—1。
图3—1 机床数控系统硬件框图（开环系统）
2、选择中央处理单元CPU的类型
考虑到系统应用场合、控制对象对各种参数的要求，及经济价格比等经济性的要求。因此，在经济数控铣床中，推荐使用MCS—51系列单片机作主控制器。
3、存储器扩展电路设计
存储器扩展电路设计应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。
在选择程序存储器芯片时，要考虑CPU与EPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量等问题。
在存储器扩展电路的设计中还应包括地址锁存器和译码电路的设计。
4 、I/O口即输入/输出接口电路设计
包括接口芯片的选用，步进电机控制电路，键盘显示电路及其他辅助电路的设计。
3.1 MCS—51系列单片机简介
3.1.1 MCS—51系列指令系统简介
MCS—51系列指令系统共有111条基本指令，其中单字节指令有49条，双字节指令有45条，单字节指令有17条。
1、MCS—51系列指令系统的七种寻址方式简介：
（1）、立即寻址跟在操作码后的一个字节就是实际操作数。
（2）、直接寻址指令中直接给出参加运算或传送的数的地址。可以访问三种地址：特殊功能寄存器SFR、内部RAM128字节个单元、221个地址空间。
（3）、寄存器寻址指定某一可寻址的寄存器的内容为操作数。寻址空间是R0～R7、A、B、DPTR。
（4）、寄存器间接寻址由指令指定某一寄存器的内容作为操作数地址，选定R0、R1、SP、DPTR（16位）来存放地址，使用时前加@。
（5）、变址寻址由争论指定的偏移量寄存器或称变址寄存器和基址寄存器DPTR或PC相加所得结果作为操作数地址。
（6）、相对寻址在指令中给定的地址偏移量与本指令所在单元地址（即PC内容）相加，即得到真正有效的单元地址。
（7）、位寻址对内部RAM的128位和SFR块内的93位进行位操作。
2、MCS—51系列指令系统主要指令简介：
MCS—51系列指令系统111条指令可分为五类：
（1）、数据传送类 29条
（2）、算术操作类 24条
（3）、逻辑操作类 24条
（4）、控制程序转移类 17条
（5）、布尔变量操作类 17条
3.1.2 定时器/计数器
MCS—51系列单片机提供两个十六位可编程的定时器/计数器，即T0和T1。他们具有两种工作方式和四种模式。其工作原理如图3.2所示。
定时器/计数器的核心是加一计数器，加一计数器脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，另一个是系统的时钟振荡器。
有两个模拟开关，前一个开关就是特殊寄存器TMOD的相应位，后一个模拟开关就是特殊寄存器TCON的相应位。
TMOD和TCON是专门用于定时器/计数器的控制寄存器。用户可以用
图3—2 定时器/计数器的结构框图
指令对其各位进行写入或更改操作，从而选择不同的工作状态或启动时间，并可设置相应的控制条件。
这两个控制寄存器各位的功能：
1、TMOD控制寄存器
GATE——门控位或叫选通位。
C/T——计数器方式或定时器方式的选择位。
M1和M0——工作模式控制位。
00 模式0：TLX中的低5位和THX的高8位构成13位计数器。
01 模式1：TLX与THX构成16位计数器。
10 模式2：可自动再装入的8位计数器。
11 模式3：把定时器0分成两个8位计数器，关闭定时器1。
2、TCON控制寄存器
TF0、TF1——定时器T0、T1溢出标志位，为1时申请中断。
TR0、TR1——定时器T0、T1运行控制位，有软件设定，来控制定时器/计数
器开启或关闭。
IE0、IE1——外部中断源的标志，为1时表示外部中断源向CPU申请中断。
IT0、IT1——外部中断源触发控制位。
3.1.3 中断系统
MCS—51系列单片机提供五个中断源，配备两个中断优先级，INT0、INT1输入外部中断请求，两个片内定时器/计数器T0和T1溢出中断请求TF0和TF1，一个片内串行口中断请求TI和RI。
各中断源所对应的中断服务程序的入口地址和优先级如下：
中断源人口地址优先级
INT0 0003H 0
T0 000BH 1
INT1 0013H 2
T1 001BH 3
串行口中断 0023H 4
3.2 存储器扩展电路设计
3.2.1 程序存储器的扩展
1、常用的ROM芯片及引脚：
（1）扩展ROM：2864A是8K×8位电擦除可编程只读存储器，最大工作电流160mA，维持电流为60mA，读出时间最大为250ns，片内有“页缓冲器”，允许快速写入,内部提供全部定时，给出查询标志。
图3—3是2864A引脚图排列
扩展地址锁存器：
在基本扩展电路中，都用到了地址锁存器。这是因为P0口是数据总线和低8位地址总线分时复用口，P0口输出的低8位地址必须用地址锁存器进行锁存。常用地址锁存器有74LS373、8282和74LS273等，其引脚图如图3—3所示。
2）地址锁存器常用的地址锁存器芯片是74LS373。74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器。其真值表
表3.1 真值表74LS373
3.2.2 数据存储器的扩展
常用数据存储器及引脚
常用的静态ROM芯片有6116（2K*8）、6264（8K*8）、62256（32K*8）等，6264、62256均采用CMOS工艺、28脚双列直插式平封装。6264引脚及逻辑符号见图3.4。
图3—4 6264引脚图
8031﹑8051和8751片内有128字节的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128字节的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。89C51系列单片机最大可扩展64K字节。常用的数据存储器有静态数据存储器RAM和动态数据存储器，由于在实际应用中，需要扩展的容量不大，所以一般采用静态RAM，如SRAM 6116﹑6264等。
图3—5 RAM扩展
3.2.3 译码电路设计
1、MCS—51系列单片机应用系统中的地址译码规则
（1）程序存储器和数据存储器独立编址。程序存储器地址和数据存储器地址可以重叠使用。都是从0000H～FFFFH。
（2）外围I/O芯片与扩展数据存储器统一编址
外围I/O芯片占用数据存储器地址单元，且使用数据存储器的读/写控制信号与读/写指令。
（3）CPU在访问外部存储器时地址编码
CPU的P2口提供高8位地址，P0口经外部地址锁存器后提供低8位地址。
2、地址译码方法
（1）线选法
利用单片机地址总线高位中的一根线作为选择某一片存储器芯片的片选信号。此法用于规模较小的系统。其优点是不需要地址译码器，可节省硬件，降低成本。缺点是可寻址的芯片数目受到很大的限制，且地址空间不连续，不能充分利用。
（2）全地址译码法
对容量较大的系统，扩展的外围芯片较多，芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，就需要用这种全地址译码法。
常采用的译码器是74LS138，表3.2是其地址译码表。
图3—6 74LS138引脚图
表3.2 74LS138逻辑功能表
表3.3 74LS138地址译码表
图3—7 数控铣床全地址译码图
3.3 I/O接口电路及辅助电路设计
常用外围接口芯片有：
8155：可编程的RAM/IO扩展接口电路（256个RAM、两个8位口、一个6位口、一个14位的定时器/计数器）
8255：可编程的通用并行接口电路（3个8位口）
8279：可编程的键盘、显示接口电路
3.3.1 8255 通用可编程接口芯片
1、8255 引脚及其功能
8255 引脚及内部结构见图3—8，其引脚功能见表3.4。
通用二维运动平台设计 通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。 本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。电气原理图采用Protel99Se绘制。 关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图
目录 第一章二维运动平台总体方案设计 (1) 第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (2) 2.1 确定系统脉冲当量 (2) 2.2 确定系统切削力 (2) 2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (3) 2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3) 2.5 计算减速比i (6) 2.6步进电动机的计算和选型 (7) 第三章微机数控硬件电路设计 (11) 3.1 MCS—51系列单片机简介 (12) 3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 (12) 3.1.2 定时器/计数器 (12) 3.1.3 中断系统 (14) 3.2 存储器扩展电路设计 (13) 3.2.1 程序存储器的扩展 (13) 3.2.2 数据存储器的扩展 (14) 3.2.3 译码电路设计 (16) 3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 (18) 3.3.1 8255 通用可编程接口芯片 (18) 3.3.2 键盘显示接口电路 (20) 3.3.3 电机接口及驱动电路 (21) 3.3.4 辅助电路 (23) 参考文献 (24)
摘要 X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对X-Y工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。 本次课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了滚珠丝杠螺母的传动，验算了滚珠丝杠螺母的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。利用PLC设计其硬件电路图。 【关键词】：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；PLC控制
目录 第一章总体设计方案 (1) 1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 (1) 1.2机械传动方式 (1) 1.3数控系统选择 (1) 1.4总体方案的确定 (2) 第二章机床进给驱动系统机械部分设计计算 (3) 2.1 设计参数 (3) 2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (3) 2.2.1 X向进给丝杠 (3) 2.2.2 Y向进给丝杠 (5) 2.2.3滚珠丝杠副的几何参数 (7) 2.3 直线滚动导轨的计算与选择 (7) 2.3.1 滚动导轨副的工作载荷计算 (8) 2.4 步进电机的计算与选择 (9) 2.4.1 转动惯量的计算 (9) 2.4.2 电机的转矩的计算 (10) 第三章数控系统硬件电路设计 (13) 3.1 数控系统 (13) 3.2 PLC数控系统硬件电路设计 (13) 3.2.1 PLC数控控制系统框图 (13) 3.2.3 PLC的类型 (14) 3.2.4扩展功能模块的选型 (15) 3.2.5 I/O口接线设计 (15) 3.3 驱动器的选型 (16) 3.4 三相步进电机工作原理 (16) 3.5 控制系统的工作原理 (17)
三维运动模拟平台总体设计 为实现对某型光电跟踪器的动态跟踪性能的测试，设计了一种可以实现方位、俯仰和垂直直线运动的模拟运动平台，角位置精度达到15″，线位置精度达到0.01mm。 标签：运动模拟；结构设计；机构设计 1 引言 动态角跟踪精度检测装置由被试系统、多波段点源目标发生器系统（以下简称“目标发生器”）、运动模拟平台及总控制系统四个部分组成，图1为动态角跟踪精度检测装置系统组成原理框图。其中的运动模拟平台可以完成方位、俯仰和垂直直线运动。 2 目标运动平台 目标运动平台包含圆弧导轨副（含驱动传动机构）、目标固定支撑台面（俯仰U型框）、俯仰/升降二维运动机构、平台三维（俯仰、升降及滑动）伺服驱动系统、平台运动控制系统等5部分组成，图2为运动平台组成框图。 导轨为目标平台的方位运动轨迹，围绕着圆弧导轨的圆心转动，形成方位视线角速度变化；目标固定支撑台面负载目标发生器在进行沿圆弧导轨水平运动的同时，通过俯仰和高低二维运动机构带动目标发生器进行自身的位置运动，形成复合俯仰方位视线角速度变化，进而模拟目标在空域范围内的位置信息，以便对被测系统进行测试及仿真。 2.1 运动平台功能 平台本身具备三个运动自由度，目标发生器安放于运动平台的俯仰框上，平台依据操作者规划的运动路径，带动目标模拟系统形成相对被测试系统的方位、俯仰两个自由运动并保证目标光轴实时指向被测系统成像面中心，模拟真实环境下目标的运动特性，以便被测系统进行跟踪，分述如下。 2.1.1 模拟目标的方位运动 整套设备在以GDX塔的转轴中心为圆心的圆弧导轨上运动，实现方位角度变化的模拟，由于被测系统及圆弧导轨都以GDX塔的转轴中心为圆心，可以实现旋转中心重合，所以可以保证目标在导轨上运动时，被测系统光轴可以始终跟随着目标发生器的光轴，且在某一视场可观测到多波段点源目标； 2.1.2 模拟目标的俯仰运动
题目：通用二维运动平台设计学生姓名：X X X 学院：机械学院 班级：机制08-5班 指导教师：XXXX 201X 年 1 月 4 日
摘要 X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控机床的加工系统、纵横向进给、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对X-Y工作台即能沿着X向、Y向移动的工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计对专业教学的意义及技术关键。 本次大四的课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性及寿命等参数；并设计了导轨，据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。控制系统包括了系统电源配置、CPU电路、RAM、ROM扩展，键盘与显示、I/O通道接口、通信接口等。我们利用了8031主控器、6264片外数据存储器、2764片外程序存储器、74LS373地址锁存器、74LS138片选地址译码器及8155、8255可编程I/O扩展等MCS-51单片机设计其硬件电路图。 关键词：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；工作台；MCS—51单片机
Abstract： X-Y NC worktable is the integration of mechanical and electrical equipment parts,such as CNC machining system, vertical feed,three-dimensional warehouse stacker plane moving system,graphic plotter plotting system, although the structure and function of each are not identical,but the basic principles are the same.Mechanical and electrical integration system is the mechanical systems and microelectronics systems combine to form an organic whole.This article through to the X-Y table along with X,Y to move to the workbench mechanical system,control system and the design of the interface circuit,elaborated the mechanical and electrical integration system design on specialized teaching significance and key technology. The big four of the curriculum design,the main design and research XY table and electrica schematic diagram . Determination of XY table drive system,and chose the screw drive,check of the spiral transmission rigidity,stability and lifetime parameters;and the design of the guide,according to its purpose and use requirements, select the linear rolling guideway, determine its types,torque,moment of inertia.The control system includes the system power allocation,CPU circuit,RAM,ROM, keyboard and display,I/O channel interface, communication interface etc..We use the 8031 main controller,6264 pieces of data memory,2764 pieces of external program memory,an address latch,74LS373 74LS138 chip select address decoder and a 8155,8255 programmable I/O extension MCS-51 microcontroller design the hardware circuit diagram. Keywords: ball screws; linear rolling guideway; stepping motor; table; MCS-51 single chip microcomputer
摘要 【摘要】：X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对X-Y工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。 本次课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。利用8031、6264、2764、373、8155、8255等MCS—51单片机设计其硬件电路图。 【关键词】：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；MCS—51单片机
目录 第一章总体设计方案 (4) 1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 (4) 1.2机械传动方式 (4) 1.3计算机系统选择 (4) 1.4总体方案的确定 (5) 第二章机床进给驱动系统机械部分设计计算 (6) 2.1 设计参数 (6) 2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6) 2.2.1 X向进给丝杠 (6) 2.2.2 Y向进给丝杠 (8) 2.2.3滚珠丝杠副的几何参数 (13) 2.3 滚动导轨的计算与选择 (13) 2.3.1 滚动导轨副的额定寿命 (13) 2.4.1 转动惯量的计算 (15) 2.4.2 电机的力矩的计算 (16) 第三章微机数控系统硬件电路设计 (23) 3.1 计算机系统 (23) 3-2 单片微机数控系统硬件电路设计内容 (23) 3.2.1 绘制电气控制系统框图 (23) 3.2.2 选择CPU的类型 (24) 3.2.3 存储器扩展电路的设计 (24) 3.2.4 I/O接口电路设计 (25) 3.3 各类芯片简介 (25) 3.3.1 8031芯片简介 (25) 3.3.2 373芯片简介 (25) 3.3.3 6264芯片简介 (26) 3.3.4 2764芯片简介 (26) 3.3.5 8155芯片简介 (26) 3.3.6 8255芯片简介 (26)
课程设计说明书 题目：通用二维平台设计 学院：机械学院 班级：机电09-1班 姓名：窦继慧 学号：200920102117 指导教师：刘江 2012年12月
内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：专业综合设计2 _ 学院：机械学院班级：机2006-1 学生姓名： ___ 学号： _ 指导教师：刘江 一、题目 通用两维运动平台设计 二、目的与意义 《专业综合设计2》课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一，是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系，将机械、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起，独立设计一种具有特定功能的机电装备。 通过本次课程设计，培养学生运用所学《机电装备设计》课程的知识，对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力； 培养学生用《机电装备设计》的知识及相关知识体系，掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起，如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律，提高设计能力； 通过设计实践，熟悉设计过程，学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源，查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样，在机电一体化技术的运用上得到训练； 通过课程设计的全过程，为学生提供一个较为充分的设计空间，使其在巩同所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机电装备设计的内涵。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 技术参数 1、运动平台面尺寸：250×200； 2、平台移动行程：X×Y＝160×125； 3、夹具和工件总重：500N； 4、最高运行速度： 步进电机运行方式：空载：1.5m/min; 切削：0.7m/min； 交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min； 5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step； 6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm； 7、切削负载：X向300N；Y向400N；Z向500N 设计要求 1、实现X-Y两坐标联动； 2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件； 3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断； 4、任意平面曲线的加工，具有自动换象限的功能； 5、平台具有快速驱动功能； 6、平台具有断电手动调整功能。 图纸量和工作量要求 1、机械总装配图 在CAXA环境下绘制二维运动平台的结构图，并进行详细设计，最后用A1号图纸打印输出。
目录 第一章CNC二维工作平台的总体结构特点 (1) 1.1CNC工作台的结构类型及设计 (1) 1.2拟定合理的传动方案 (3) 1.3控制电机的介绍 (3) 1.4伺服系统 (4) 1.5联轴器的选择 (4) 第二章螺旋传动结构设计及电机型号的具体选择 (6) 2.1滚珠丝杠螺母机构介绍 (6) 2.2丝杠螺母副设计及电机选择 (7) 第三章轴承的类型及其支撑方式设计 (11) 3.1轴承的类型介绍和具体选择 (11) 3.2确定轴承的尺寸 (11) 3.3对于轴承进行强度校核 (12) 3.4选择轴承的润滑方式 (13) 第四章导轨的设计 (14) 4.1导轨的类型概述和选择 (14) 4.2导轨的设计 (15) 4.3导轨的刚度校核 (15) 第五章其他技术说明 (16) 5.1装配、拆装、安装的注意事项及工作环境要求 (16) 参考文献 (17)
第一章CNC 二维工作平台的总体结构特点 CNC二维工作平台的总体设计是对此机器的总体布局和全局的安排以及简单零件设计。总体设计的合理与否对设计有重要意义，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能以及设计质量。 1.1CNC 工作台的结构类型及设计 1.1.1CNC 二维工作平台的组成、结构、特性 （一）CNC工作平台的主要组成。 CNC二维工作台主要是由工作台滑板（滑块）、直线移动导轨、螺旋传动（丝杠）机构、驱动电机、控制装置、位移检测器、和机体（机座）组成。 （二）CNC工作平台的结构。 CNC工作平台的结构有两种分类方法： （1）按电机与机座、工作台滑板的相对位置分为三种： 1.驱动电机与X方向（或丫方向）工作台滑板连成一体。这种形式简单，但造成低层驱动重量大，电机振动会影响工作台的精度，它适用于低速传动。 2.下层电机不与工作台连成一体，而是装在机座上，上层电动机则与工作台滑板连在一起。这种形式结构复杂，但是减少了下层电机的驱动重量，适用于中、高速传动，应用较广。 3.将全部电机放在机座上，电机通过一套较长的传动装置驱动工作台移动，这样的结构虽然减轻了下层工作台的承载重量和电机振动的影响，但却影响了传动系统的刚度和运动速度的提高。 （2）按执行器（工作台）在空间的位移方向分为两种：卧式工作台和立式工作台。 卧式工作台：执行器在XOY平面内运动，即X，丫方向的丝杠均布置在水平面内。这种结构能承受大的载荷，而且结构紧凑、工作可靠、稳定，定位精度高。 立式工作台：执行器在XOZ平面内运动，即一个方向的丝杠布置在水平面内，而另一个丝杠布置在铅垂面内。这种结构的缺点是Z方向的丝杠及导轨的支承的刚度低，所以承载能力小。 （三）CNC工作台的特性。（1 ）静态性能。 工作台的几何精度：它包括X-Y工作台导轨在水平面的直线性、垂直平面直线性、X方向与丫（Z）方向的垂直度、X-Y（Z）方向的反向间隙和反向精度以及工作台与运动平面间的不平行性。 系统的静刚度：工作台传动系统受重力、摩擦力和其他外力的作用而产生的相应变形，其比值成为静刚度。 工作台的定位精度和重复定位精度：指步进电机每走一步（发一个脉冲）工作台沿丝杠轴向方向所能产生的位移大小，一般为几微米至几十微米。 （2）动态性能。 包括工作台系统的振动特性和固有频率，速度和加速度特性，负载特性，系统的稳定性等。 1.1.2CNC二维工作平台的结构类型 我们初步拟定了以下三个传动方案： 1.电机与滑动工作台连成一体。
设计（论文）任务书 课程名称：学院：班级： 学生姓名：学号：指导教师： 一、题目 通用两维运动平台设计 二、目的与意义 《专业综合设计2》课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一，是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系，将机械、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起，独立设计一种具有特定功能的机电装备。 通过本次课程设计，培养学生运用所学《机电装备设计》课程的知识，对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力； 培养学生用《机电装备设计》的知识及相关知识体系，掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起，如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律，提高设计能力； 通过设计实践，熟悉设计过程，学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源，查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样，在机电一体化技术的运用上得到训练； 通过课程设计的全过程，为学生提供一个较为充分的设计空间，使其在巩同所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机电装备设计的内涵。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 技术参数 1、运动平台面尺寸：400×320； 2、平台移动行程：X×Y＝250×200； 3、夹具和工件总重：800N； 4、最高运行速度： 步进电机运行方式：空载：1.2m/min; 切削：0.6m/min； 交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min； 5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step； 6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm； 7、切削负载：X向500N；Y向600N；Z向700N 设计要求 1、实现X-Y两坐标联动； 2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件； 3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断； 4、任意平面曲线的加工，具有自动换象限的功能； 5、平台具有快速驱动功能； 6、平台具有断电手动调整功能。 图纸量和工作量要求 1、机械总装配图 在CAXA环境下绘制二维运动平台的结构图，并进行详细设计，最后用A1号图纸打印输出。
VX ：swan165 信 第一组 通用两维运动平台设计 1、运动平台面尺寸：200×160； 2、平台移动行程：X×Y＝125×100； 3、夹具和工件总重： 400N； 4、最高运行速度： 步进电机运行方式：空载：2m/min; 切削：0.8m/min； 交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min； 5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step； 6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm； 7、切削负载：X向200N；Y向300N；Z向400N 上面联系。 第二组 通用两维运动平台设计 1、运动平台面尺寸：250×200； 2、平台移动行程：X×Y＝160×125； 3、夹具和工件总重： 500N； 4、最高运行速度： 步进电机运行方式：空载：1.5m/min; 切削：0.7m/min； 交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min； 5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式 0.005mm/step； 6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm； 7、切削负载：X向300N；Y向400N；Z向500N 第三组 通用两维运动平台设计 1、运动平台面尺寸：320×250； 2、平台移动行程：X×Y＝200×160； 3、夹具和工件总重： 600N； 4、最高运行速度： 步进电机运行方式：空载：1.2m/min; 切削：0.6m/min； 交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min； 5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step； 6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm； 7、切削负载：X向400N；Y向500N；Z向600N 第四组
目录 第一章二维运动平台总体方案设计 (1) 第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (3) 2.1 确定系统脉冲当量 (3) 2.2 确定系统切削力 (3) 2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (3) 2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (4) 2.4 计算减速比i (7) 2.5步进电动机的计算和选型 (7) 第三章微机数控硬件电路设计 (12) 3.1 MCS—51系列单片机简介 (13) 3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 (13) 3.1.2 定时器/计数器 (14) 3.1.3 中断系统 (15) 3.2 存储器扩展电路设计 (15) 3.2.1 程序存储器的扩展 (15) 3.2.2 数据存储器的扩展 (16) 3.2.3 译码电路设计 (16) 3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 (18) 3.3.1 8155 通用可编程接口芯片 (18) 3.3.2 8255 通用可编程接口芯片 (20) 3.3.3 键盘显示接口电路 (22) 3.3.4 电机接口及驱动电路 (23) 3.3.5 辅助电路 (23) 参考文献 (25)
第一章二维运动平台总体方案设计 1.1系统的运动方式与伺服系统的选择 为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000/m in m m，因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。 1.2机械传动方式 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和 0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。 1.3计算机系统 根据设计要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS —51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。 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。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 数控机床总体方案设计，X.Y数控工作台总体方案设计分别见图1.1和图1.2
摘要 通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。 根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。 本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。电气原理图采用Protel99Se绘制。 关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图；电路图
目录 第一章通用二维运动平台总体方案的确定 (1) 1.1机械传动部件的选择 (1) 1.1.1 导轨副的选用 (1) 1.1.2 丝杠螺母副的选用 (1) 1.1.3 电动机的选用 (1) 1.2控制系统的设计 (1) 第二章通用二维运动平台机械传动部件的计算与选型 (3) 2.1 确定系统脉冲当量 (3) 2.2 确定系统切削力 (3) 2.3直线滚动导轨副的计算与选型 (3) 2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (4) 2.4.1 X方向的滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (4) 2.4.2 Y方向的滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (7) 2.5交流伺服电动机的计算和选型 (8) 第三章控制系统硬件电路设计 (11) 3.1 控制系统 (11) 3.2 PLC数控系统硬件电路设计 (11) 3.2.1 PLC数控控制系统框图 (10) 3.2.2 PLC的类型 (12) 3.2.3 I/O口线设计 (13) 3.3 控制系统的工作原理 (14) 致谢 (16) 参考文献 (17)
机电一体化系统设计课程设计报告 设计题目： 学院： 姓名： 班级（学号）： 指导老师： 时间： 2013年6月
目录 一、总体方案设计 (1) 1.1、设计任务 (1) 1.2、总体方案确定 (1) 二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4) 2.1、工作台（X向托板） (4) 2.2、工作台（Y向托板） (4) 2.3、上导轨座（连电机）重量 (4) 三、滚动导轨的计算与选择 (5) 3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5) 3.2、导轨的寿命计算 (5) 3.3、导轨额定动负载的核算 (6) 四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6) 4.1、滚珠丝杠最大工作载荷 F的计算 (6) m ax F的计算 (7) 4.2、滚珠丝杠静载荷 c 4.3、滚珠丝杠动载荷 F的计算 (7) Q 4.4、丝杠型号的确定 (8) 4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8) 4.6、丝杠刚度的验算 (9) 五、电机的计算与选择 (10) 5.1、电机步距角的计算 (10) 5.2、负载惯量的计算 (10) 5.3、负载转矩的计算 (11) 5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12) 5.5、步进电动机的确定 (13) 5.6、步进电动机的性能校核 (13) 六、联轴器的选择 (14) 6.1、联轴器的介绍 (14) 6.2、联轴器的选择 (14) 七、轴承的选择 (15) 八、控制系统硬件设计 (15) 九、控制系统的设计 (21) 十、参考文献 (28)
一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：CNC二维工作平台的设计 任务：设计两轴联动的数控X-Y运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350 N N =； 2）工作台面尺寸为C B H355m m370m m32m m ???? ＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420m m430m m32m m ???? ＝； 4）加工范围X125m m Y120m m == ，； 5）工作台最大移动速度 m ax 1.5/m in V m =； 6）X,Y方向的定位精度为0.025m m ±； 7）X,Y方向的脉冲单量为0.015m m/step. 1.2 总体方案确定 1.2.1方案确定思想 该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。 因X向和Y向机械结构基本相同，故只绘制X向机械系统部分的结构简图，如下： 考虑在满足设计要求的前提下，应尽可能采用简洁轻便的结构设计和廉价实用的可选材料，符合绿色环保的现代机械设计理念，由此来确定最终方案。 1.2.2 方案的确定 综合考虑设计任务和方案确定思想，因系统定位精度和最快移动速度相对并不是很高，
哈尔滨工业大学（威海） 机电综合课程设计 二维搬运平台及其控制系统设计 姓名：XX x 班级： 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 指导老师：XXX 同组人： 时间：2010.11.29-2010.12.16
目录 设计任务书 (3) 1总体方案设计 (4) 1.1 机构示意图 (4) 1.2运动方式详细分析 (4) 1.3 设计方案说明 (5) 1.3.1 驱动系统 (5) 1.3.2 传动元件 (6) 1.3.3 气动系统 (6) 1.3.4支撑系统 (6) 1.3.5控制系统 (6) 2机械系统设计 (7) 2.1 滚珠丝杠的选择 (7) 2.1.1 运动参数确定 (7) 2.1.2 运动规律简图及其计算 (7) 2.1.3 滚珠丝杠的选择 (8) 2.1.4 滚珠丝杠的选型 (9) 2.2 支撑导轨—光杠的参数计算 (9) 2.2.1 光杠材料选择 (9) 2.2.2 光杠最小直径的确定 (9) 2.3气缸参数的计算和确定 (10) 2.4电机选型 (12) 3气动系统设计 (12) 4控制系统设计 (13) 4.1 I/O口的分配 (14) 4.2 程序设计 (14) 4.3 电路接线原理图 (15) 5总结与心得 (16) 参考文献 (17)
设计任务书 1．课程设计目的： 通过本次课程设计，综合运用所学的机械和控制相关知识，分析和解决实际工程问题，培养和锻炼学生的动手能力。 2．设计内容： 设计用于生产线搬运码垛的二维平动机械手，其中X轴由伺服电机驱动的丝杠驱动，Z轴由气缸驱动，气缸的末端装有抓取单元（抓取单元无需设计），用于抓取工件。生产线的规格为：传送带高度为1.2m1000mm，宽度0.5m，工件平面尺寸D=100mm，传输速度： 0.01m/s ，工件质量： 17kg3kg 。 设计内容包括： 1）机械系统的设计：设计该二维平动机械手，完成装配图的三维设计，绘制二维装配图和零件图； 2）气动系统的设计：设计机械手的气动系统原理图； 3）控制系统的设计：完成伺服电机的选型计算，设计机械手气动系统的控制原理图，编制相应的PLC程序并完成调试。 3．设计要求： 1）机械三维示意图A4图纸1张，二维总装图1张、零件图1张；气动系统原理图A4图纸1张；控制系统原理图A4图纸1张；梯形图程序图1张； 2）控制系统设计两种运行模式：手动模式和自动模式，在手动模式下可以用按钮控制气缸的伸缩，在自动模式下，按下启动按钮后，气缸的动作过程为：在抓取工作位（初始位置）下行，下行到位后停留1S（等待抓取单元稳定），然后上升，上升到位后停留2S（等待X轴运行到码垛位），然后下行，下行到位后停留0.5S（等待抓取单元松开），然后上升，上升到位后停留2S（等待X轴回到初始位置），至此完成一个工作循环，如此反复。 3）设计说明书5000字，包括：各类设计计算，标准件的选型，控制及气动系统的设计过程等。 4．时间安排（共三周，15个工作日）： 1）清点备品，准备工作：1天； 2）查阅资料：2天； 3）机械系统设计：5天； 4）电气、控制系统设计：5天； 5）说明书撰写：1天； . 6）答辩：1天；