1、机电专业课程设计说明书设计题目：二坐标数控工作台设计学 院：机械工程与力学学院班 级：08 机电 1 模块班设 计 者：赵滨指导老师：胡利永完成日期：2012-3-8学 校：宁波大学科技学院2目录一、机电专业课程设计目的3二、总体方案设计3三、机械系统设计 41、计工作台外形尺寸及重量估算42、电动机滚动导轨的参数确定53、滚珠丝杠的设计计算 54、步进电机的选用75、确定联轴器的型号11四、绘制装配图11五、电气原理图设计121、功率单片机的选择122、外部程序存储器的扩展123、外部数据存储器的扩展 134、I/O 口扩展电路135、显示器接口设计136、键盘接口电路设计137、步进电机的
2、接口电路设计138、其3他14六、参考文献14一、机电专业课程设计目的本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下 10 方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控制原理设计；5）机电综合分析；6）绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。 二、总体方案设计2.1 设计任务（1）题目：二坐标数控工作台设计。（2）设计内容及要求：
3、1）工作台总装图一张（0 号）2）控制电气图一张（1 号）3）设计说明书一份（10-20 页）4）具体设计参数如下： 台面尺寸： 行程 X：170；Y:1201705定位精度： mX3/.mY30/1.典型工艺参数：台面速度 X: ，Y： ；in/. in/.进给抗力 X: 100N； Y: 90N；工作物重：12 。Kg42.2 总体方案确定（1）系统的运动方式与伺服系统由于工件在移动的过程中受到负载力较小，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动 X-Y 工作台。（2）计算机系统本设计采用了与 MCS-51 系列的 8031 单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功
4、能强，速度快，有较高的性价比，且易扩展。MCS-51 的程序存储器空间为 64K 字节。对于片内无 ROM 的单片机 8031，需进行程序存储器的扩展。本控制系统由由 8031 型单片机、数据锁存器 74LS373、存储器 EPROM2764、RAM6264、地址译码器 74LS138、并行 I/O 接口 8255 等集成电路构成（3）X-Y 工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。由于工作台的运动载荷不大，因此采用直线滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，
5、减小振动。考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率和结构简单的要求，尽可能使传动比为 1。三、机械系统设计3.1、工作台外形尺寸及重量估算由台面尺寸为 175170，查课程设计指导书表 3-23，估计取工作台厚度30mm，则重量：按重量=体积材料比重估算N7018.031752X 向拖板（上拖板）：估计上丝杆长度，由 ，余程 查表 5-4 取eVullel20mm，则丝杆长度约为 345。电动机约 2kg，托板和导轨合估计为1570218.7031745工作物重为 120N5则 X-Y 工作台运动部分的总重量：约 347N。3.2、滚动导轨的参数确定、导轨型式：直线滚动导轨、导轨长
6、度X 向导轨（上）取动导轨长度 mm 175Bl动导轨行程 mm0余程约为 mm2el支承导轨长度 mm365eBlL计算四滑块的载荷，工作台重量 70N，假设重物处于台中央，然后扩大载荷 2倍。扩大后 95N。NGFP5.47计算需要的动载荷 ，310LfCacthwa查长方资料得： ， ， ， ， 。1ft 8.c1afwf代入数据得 ，由资料 3-20 取滚动导轨型号为：LY15AL，额定Na28动载荷为 605N，满足要求。 Y 向导轨（下）mm mm mm 170Bl120l20elmm3elL取值 330mm计算四滑块的载荷，总重量 347N，假设重物处于台中央，然后扩大载荷 2
7、倍。扩大后 232N。NGFP164计算需要的动载荷 ，查长方资料得： ，3150LfCacthwa 1hf， ， ， 。代入数据得 ，由资料 3-20 取滚1tf8.0cf1afwf N26动导轨型号为：LY15AL，额定动载荷为 605N，满足要求。63.3、滚珠丝杠的设计计算X 丝杠（上）由表 5-3，初选滚珠丝杠的基本导程为 5mm。根据式（3-1） 其中， 为丝杠有效行程， 为丝杠螺纹全长，euVllVl ul余程，根据表 5-4，取余程 20mm，则 =365mm。el u滚珠丝杠副的计算轴向动载荷为 3160ehkathweaj nLfFC其中 , Ne 5.2.91取滚动导轨的
8、摩擦系数为 （淬火钢滚珠导轨的摩擦系数）0.3min/51rne查表： ， ， ， ， ， ， ，150hLtfaf9.wf1hfkf代入数据，得 ,查阅工厂资料，取第 2 个,其额定动载荷为 8451N,足NCaj284够用。Y 丝杠（下）由表 5-3，初选滚珠丝杠的基本导程为 5mm。根据式（3-1） 其中， 为丝杠有效行程， 为丝杠螺纹全长，euVllVl ul余程，根据表 5-4，取余程 20mm。el则 =310mm。u滚珠丝杠副的计算轴向动载荷为 3160ehkathweaj nLfFC其中 ,Ne 5.42.19取滚动导轨的摩擦系数为 0.03.7min/2051rne查表： ，
9、 ， ， ， ， ， ，150hLtfaf9.wf1hfkf代入数据，得 ,查阅工厂资料，取第 2 个,其额定动载荷为 8451N,足NCaj249够用。3.4、 步进电机的选用Y 电机（下）、脉冲当量选择初选五相电机，按五相十拍工作时，步距角 ，由于要求平台定位36.0精度： ，取定位精度的（ ） 。初定脉冲当量mY30/1.21，中间齿轮传动比为pm/05.， 105.36spti（2） 、等效转动惯量计算 滚珠丝杠转动惯量（不计传动效率） 243440 1082.21085.7332 mkgldJs Y 以上平台和工作物重总重折算到轴上的转动惯量 2622 104.15.0983471k
10、gitgGWJwsp 因此，折算到电机轴上的等效转动惯量。2421035.mkgiJswe （3） 、等效负载转矩计算(以下均为折算到电机轴的转矩）由式（4-7）-（4-9）可知：mNituFMspxyt 0925.18.023928mNitFMspff 014.8.025347.itspo 57.9.1200滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取 0.900上式中 为丝杠预紧时的传动效率，取 0.8，为预紧力，0pF取30913ymin/206.5.6max rvn取启动加速时间 sta0.查表，初选电动机型号 75BF006,矩频特性如下图所示最大静转矩 mNMj23.1max转动惯量 , =15
11、00Hz.5.0ckgJmf故mNtnamea 037.62105.384.0624x Mfaq 54.7.0xftc 108.7104925mNfk 6.14.09从上可知， 最大 满足要求。cM5.09.23.1860/maxjc（4)步进电机动态特性校验说明惯量可以匹配。45.0/meJ电机带惯量最大启动频率 HzJffmeL 7.963.210/1vfq5.60ax大于 ，所以与 对应的最大静转矩校核，显然满足要求。lfc综上所述，可选该型号的步进电机，具有一定的裕量。X 电机（上）、脉冲当量选择初选五相电机，按五相十拍工作时，步距角 ，由于要求平台定位36.0精度： ，取定位精度的（
12、 ） 。初定脉冲当量mX30/1. 21，中间齿轮传动比为p5.0， 105.36spti（2） 、等效转动惯量计算滚珠丝杠转动惯量（不计传动效率） 243440 105.28.753632 mkgldJs Y 以上平台和工作物重总重折算到轴上的转动惯量 2622 108.0981kgitgGWJwsp 因此，折算到电机轴上的等效转动惯量。242105.mkgiJswe （4） 、等效负载转矩计算(以下均为折算到电机轴的转矩）由式（4-7）-（4-9）可知：10mNituFxMspyt 102.8.0259312ispff 7.03.mNitFspo 063.9.18.20512200滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取 0.900上式中 为丝杠预紧时的传动效率，取 0.8，为预紧力，0pF取3.103xmin/206.5.6max rvn取启动加速时间 sta0.查表，初选电动机型号 75BF006,矩频特性如下图所示最大静转矩 mNMj23.1max转动惯量 , =1500Hz.5.0ckgJmf故mNtnamea 0462.3.62105.42.0624x Mfaq 58.7.6.0xftc 1420512
