機電一體化課程設(shè)計說明書小幅面平板式繪圖儀畫筆驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計

1、 機電一體化方向?qū)I(yè)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：小幅面平板式繪圖儀畫筆驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)院：班級：姓名：學(xué)號:指導(dǎo)老師：摘 要機電一體化技術(shù)是在微電子技術(shù)向機械工業(yè)領(lǐng)域滲透過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門獨立的綜合性交叉學(xué)科，經(jīng)過20多年的發(fā)展，機電一體化的內(nèi)涵和外延也在不斷地豐富和拓寬。它是綜合了多個學(xué)科的系統(tǒng),包括機械技術(shù)、傳感器技術(shù)、測試技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)、計算機與信息技術(shù)。并且極大推動了機械工業(yè)、兵器行業(yè)及其他行業(yè)的發(fā)展。其技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式和管理體系均發(fā)生了巨大的變化。使工業(yè)生產(chǎn)由機械電氣化邁進到機電一體化為特征的數(shù)字化、自動化、高精度、微型化、智能化的時代

2、。小幅面平板式繪圖儀畫筆驅(qū)動系統(tǒng)的課程設(shè)計是機電一體化專業(yè)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個環(huán)節(jié)。小幅面平板式繪圖儀畫筆驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機電一體化方向的專業(yè)綜合課程設(shè)計。本設(shè)計說明書旨在說明小幅面平板式繪圖儀畫筆驅(qū)動系統(tǒng)由x驅(qū)動機構(gòu)、y驅(qū)動機構(gòu)、筆架裝置、機架及紙張放置平臺，電機及其驅(qū)動電路等部分組成及其各部分的設(shè)計方案以及計算和校核。本設(shè)計的的目的旨在讓學(xué)生綜合運用并鞏固所學(xué)機電一體化產(chǎn)品設(shè)計知識；熟悉典型數(shù)控型執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計，同時也對學(xué)這三年多一來所學(xué)知識做一個綜合運用以及鞏固提高。模塊化的小幅面平板式單坐標畫

3、筆驅(qū)動系統(tǒng)，通常由導(dǎo)軌座、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠副，以及伺服電動機等部件組成。其外觀形式如圖1-1所示。其中，伺服電動機作為執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動滑塊和工作平臺仔導(dǎo)軌上運動，完成工作臺在x方向的直線移動，調(diào)動畫筆的高度從而實現(xiàn)直線的生成。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均已標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選用標準的工業(yè)控制計算機，也可以設(shè)計專門的微機控制系統(tǒng)。目 錄一、課程設(shè)計的任務(wù) 3二、課程設(shè)計的任務(wù)3三、總體方案的確定3四、機械傳動部件的設(shè)計與選型51系統(tǒng)總體尺寸的設(shè)計52滾珠絲桿副的選型與計算 53.步進電機

4、的選型與計算 84軸承的選擇與驗算 115聯(lián)軸器以及鍵的選用116滾動直線導(dǎo)軌137密封和潤滑13五、機械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計131、設(shè)計要求132、方案分析143、單片機系統(tǒng)與步進電動機驅(qū)動器之間的接口方法 144、步進電動機驅(qū)動電源的選用16六、設(shè)計結(jié)論18七、個人總結(jié)20 八、參考文獻 21一、課程設(shè)計任務(wù)課程設(shè)計題目：小幅面平板式繪圖儀畫筆驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計本課設(shè)所設(shè)計的主要參數(shù)如下：可繪圖范圍148mm210mm（a5圖紙）。 x、y方向的定位精度均為0.2mm。加工材料為碳素鋼或有色金屬。 機架用 板金 / 鑄鋁 / 注塑件外殼采用注塑件傳動系統(tǒng)采用：同步齒形帶 / 鋼絲 / 其他

5、（ 畫筆尺寸）x、y電機采用步進電機二、課程設(shè)計的目的（1）學(xué)習(xí)機電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計方案擬定、分析與比較的方法。（2）通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算方法與選用原則。齒輪同步帶減速裝置、蝸桿副、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌副等。（3）通過對進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電動機的工作原理、計算選擇方法與控制驅(qū)動方式，學(xué)會選用典型的位移速度傳感器；如交流、步進伺服進給系統(tǒng)，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，直線光柵等。（4）通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計方法和控制軟件的設(shè)計思路；如控制系統(tǒng)選用原則、cpu選擇、存儲器擴展、i/o接口擴展、a/d與d/a配

6、置、鍵盤與顯示電路設(shè)計等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電機的控制軟件等。（5）培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思路。同時對整個大學(xué)階段所學(xué)專業(yè)知識的做一個綜合的運用鞏固和提高。（6）提高學(xué)生應(yīng)用機械設(shè)計手冊查閱國家標準機械零部件、查閱文獻資料以及撰寫科技論文的能力。三、總體方案的確定（1）本課設(shè)中系統(tǒng)的工作原理本課設(shè)系統(tǒng)可分為控制部件、驅(qū)動部件、執(zhí)行元件、傳動和導(dǎo)向機構(gòu)等幾個部分。要求設(shè)計該系統(tǒng)的機械及電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)、設(shè)計部分單片機或微機控制程序，使畫筆能夠左右步進，并達到技術(shù)指標所規(guī)定的精度要求。（2）導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計的x-y工作臺是用來配套輕型畫筆的

7、，需要承受的載荷非常小，但脈沖當量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、機構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點。（3）絲杠螺母副的選用 伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，要滿足0.1mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選擇滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。（4）伺服電動機的選用任務(wù)書規(guī)定的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，最快移動速度也不高。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好一些的步進電

8、動機。（5）聯(lián)軸器的選用由于系統(tǒng)的對中性要求較高，因此決定選用剛性聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)點考慮到工作載荷不大，本次課程設(shè)計擬選用套筒聯(lián)軸器，它是利用公用套筒，并通過鍵、花鍵或錐銷等剛性聯(lián)接件，以實現(xiàn)兩軸的聯(lián)。套筒聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低，徑向尺寸小，但裝拆不方便，需使軸作軸向移動。短適用于低速、輕載、無沖擊載荷，工作平衡和上尺寸軸的聯(lián)接。最大工作轉(zhuǎn)速一般不超過為25r/min。套筒聯(lián)軸器不具備軸向、徑向和角向補償性能。（6）檢測裝置的選用選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制任務(wù)書所給的精度對于步進電動機來說不是很高，決定采用開環(huán)控制（7）控制系

9、統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)只有單坐標定位，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型對于步進電動機的開環(huán)控制，選用mcs-51系列的atr89c52，應(yīng)該能夠滿足設(shè)計任務(wù)書給定的相關(guān)指標要設(shè)計一套完整的控制系統(tǒng)，在選擇cpu之后，還需要擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、i/o接口電路、d/a轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用考慮到x、y兩個方向的工作范圍額相差不大，承受的載荷也相差不多，為了減少設(shè)計工作量，x、y兩個坐標的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、伺服電動機、檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。四、機械傳動部件的設(shè)計與選型1.系統(tǒng)總體尺寸的設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計說明書要求的繪圖區(qū)域范

10、圍為148mm210mm（a5圖紙）和各部件所受的壓力大小，設(shè)計各支撐部件基本尺寸如下：工作臺面底板尺寸為800mm500mm20mm，y軸方向移動板尺寸為420mm300mm18mm，x軸方向移動板尺寸為300mm250mm15mm可繪圖范圍148mm210mm（a5圖紙）。2滾珠絲桿副的選型與計算2.1 確定滾珠絲桿副的導(dǎo)程ph：根據(jù)機械設(shè)計相關(guān)知識用于傳動的螺紋只有傳動的螺紋只有梯形螺紋和鋸齒形螺紋，又由于鋸齒形螺紋只能傳遞單向動力，所以此處選擇梯形螺紋（如圖所示）。 根據(jù)選擇的步進電機步距角為1.8，設(shè)計要求精度為0.2mm和公式s=l*/2（其中為步距角，l為螺紋導(dǎo)程）可知：s=l*

11、/2=l1.8/3600.2, l40mm，取l= ph=40mm查取機械設(shè)計手冊（gb/t5763.31986）取螺桿公稱直徑d=22mm，螺距p=8mm，中經(jīng)d2=18mm，大經(jīng)d4=23mm，小徑d1=13mm，螺距p=8mm，接觸角=45，螺紋升角=433，選擇公差等級為8e, 螺紋旋合長度為65mm。由上面計算和查機械設(shè)計手冊可知螺桿選擇的螺紋為五線螺紋。根據(jù)絲桿選擇與之相配合的絲桿螺母。選擇絲桿螺母的取連接長度為65mm。2.2 滾珠絲桿副的載荷及強度計算（1）滾珠絲桿副材料的選擇滾珠絲桿副材料選用gcr15simn，高頻淬火處理使其硬度達到60hrc。（2）滾珠絲桿副強度的計算絲

12、桿軸向力：fmax=kfxy+f（fz+wxy） 式中：k=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.0030.005，fx=0.5fz,fy=0.6fz,計算得：fx=215n，fy=245n壽命值：l= 其中ca為額定動載荷，fa為軸向載荷，fw為運轉(zhuǎn)條件系數(shù):無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時1. 01. 2 ,一般運轉(zhuǎn)條件1. 21.5 ,有沖擊振動運轉(zhuǎn)1.53.0絲桿傳遞：n=200，則l=180最大動載荷q=fx向絲桿牽引力：px=pz+1.414fgx=317ny向絲桿牽引力：py=pz+1.414fgy=382n查表，可取滾珠絲桿公稱直徑dn=22mm，采用五線絲桿螺紋副，支承方式為雙推簡支式，其額定動

13、載荷8630。2.3 滾珠絲桿的最大允許軸向變形量 ：機床或機械裝置伺服系統(tǒng)精度大多早空載下檢驗?？蛰d時用在滾珠絲桿副上的最大軸向工作載荷是靜摩擦力f0。移動部件在kmin處起啟動和反向時，由于f0方向變化將產(chǎn)生誤差2 f0/kmin（又稱摩擦死區(qū)誤差），它是影響重復(fù)定位精度的最主要因素，一般占重復(fù)定位精度的（1/22/3）。所以規(guī)定滾珠絲桿副允許的最大軸向變形為0.00250.0034mm。影響定位精度的最主要因素是滾珠絲桿副的精度,其次是滾珠絲桿滾珠絲桿本身的拉壓彈性變形(因為這種彈性變形隨滾珠螺母在滾珠絲桿上的位置變化而變化),以及滾珠絲桿副滾珠絲桿副摩擦力矩的變化等。一般估算取值即為0

14、.0040.005mm以上兩種方法估算的小值，即取為0.0025mm.2.4 確定滾珠絲桿副的規(guī)格代號：根據(jù)條件 得選用滾珠絲桿副的型號為2240-4。公稱直徑為22mm，滿足初選要求。2.5 對預(yù)緊滾珠絲桿副，確定其預(yù)緊力fb：根據(jù)經(jīng)驗滾動絲桿副的預(yù)緊力fb一般為0.71(額定動載/10)。2.6 確定滾珠絲桿副的螺紋長度le=40mm lu=有效行程+螺母長度=320mm2.7 滾珠絲桿副的校核（1）滾珠絲桿副穩(wěn)定性校核滾珠絲桿受工作負載引起的導(dǎo)程變化是y向所受牽引力大，故應(yīng)用y向參數(shù)計算。f=252n lo=0.5（cm） e=20.6x10（n/m）s=*r=3.141.1=3.8（c

15、m）所以：=2520.5/（20.6103.8）=1.6110絲桿因受扭矩所引起的導(dǎo)程變化量是很小的，可忽略，所以導(dǎo)程總誤差=1.61x10x=2（um/m）查表知：e級精度的絲桿允許誤差15um，故剛度足夠，以上滾珠絲桿的參數(shù)符合要求。（2）滾珠絲桿副扭轉(zhuǎn)剛度的校核 ks2 =9.807(n/um) 其中g(shù)為剪切模量其值為81000mpa，l為導(dǎo)程。經(jīng)計算校核滾珠絲桿副扭轉(zhuǎn)剛度滿足要求。（3）滾珠絲桿副的極限轉(zhuǎn)速nc的校核(避免高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生共振) 其中g(shù)為重力加速度，r為絲桿材料密度，a為絲桿低徑橫截面積，e為絲桿材料彈性模量，i為絲桿低徑的慣性矩，l2為支撐間距離，的大小為絲桿安裝形式的

16、系數(shù)（本課設(shè)絲桿為兩端固定安裝其值取為4.37）。經(jīng)計算得知滾珠絲桿極限轉(zhuǎn)速nc滿足條件。（4）傳動效率計算： 絲桿螺母副的傳動效率為，式中f=10。摩擦角為絲桿螺旋開角。=0.96 3步進電機的選型與計算31步進電機的選型（1）步進電機的步距角取決于系統(tǒng)的脈沖當量=0.01mm/step。初步選步進電機的步距角=1.8。 （2）步進電機啟動力矩的計算：設(shè)步進電機等效負載力矩為p，根據(jù)能量守恒定理，電機所做功率與負載的功率有如下關(guān)系：式中：為電機轉(zhuǎn)角 s為移動部件的相應(yīng)位移 為機械傳動效率若取=qb 則s= 且（nm）式中 ps為移動部件負載，g為移動部件重量。 pz與重力方向一樣的作用，在移

17、動部件上的負載力（n） 為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，取0.03；qb為步進電機的歩距角（rad） t為電機軸向負載力矩（nm） =0.96。ps為絲桿牽引力，ps=pb=118 考慮到運動影響，x向電機負載較大，因此取g=gy=380所以：t =1.29nm若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動力矩tq=4.3nm； 由以上的參數(shù)選擇電機為：深圳步科kinco85系列步進電機，型號為2s86q05180，其主要參數(shù)如下所示：其距頻曲線圖如下圖所示：3.2 步進電機等效負載計算 （1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算折算到步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為： 式中：j分別為折算到步進電機軸上的工作臺、齒輪1、齒輪2和絲

18、桿的等效轉(zhuǎn)動慣量。其中 ， ， 式中：do是絲桿的公稱直徑，ls為絲桿的總長，、分別為絲桿和齒輪的材料密度，可取為7.85x10kg/cm。（2）等效負載轉(zhuǎn)矩的計算： 空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩： 工作時的負載轉(zhuǎn)矩：式中：=0.8，為考慮絲桿預(yù)緊時的傳達效率。（3）啟動慣性阻轉(zhuǎn)矩計算 式中：電機轉(zhuǎn)速=，起動加速時間=0.025s。（4）步進電機輸出軸上總負載轉(zhuǎn)矩計算： (nm)故總的等效轉(zhuǎn)動慣量為：綜上所述，本次設(shè)計中進給傳動選用2s86q05180步進電動機，完全滿足設(shè)計要求4、軸承的選擇與驗算根據(jù)前面的計算,預(yù)選軸承為深溝球軸承.選用型號為:6204,查閱機械設(shè)計手冊（gb/t2761994）可得此

19、軸承的一些相關(guān)參數(shù):cr=12.8kn cor=6.65kn d=20mm d=47mm b=14mm對其進行受力分析,如上,則可得:由兩式連解的: f=102.23nf=213.37n 取e=0.68,則有:所以軸承1被壓緊,則:求當量動載荷:對軸1： 對軸2： =0 軸承有中等沖擊載荷，查表得=1.21.8，取=1.5 p1=（+）p2=（+） 所以按軸承1進行受力大小的驗算： 能夠滿足軸承的壽命要求5聯(lián)軸器以及鍵的選用5.1聯(lián)軸器的選用由上述絲桿轉(zhuǎn)動副和步進電機的型號查?。ū?-1）選取套筒聯(lián)軸器的型號為gt3(a型)，其相關(guān)參數(shù)如下：（mm）套筒聯(lián)軸器基本尺寸標準（表5-1） 式中 t

20、c計算轉(zhuǎn)矩，nmm； d套筒外徑，mm； d軸的直徑，mm，當用花鍵聯(lián)接時，d取花鍵的平均直徑； 套筒的許用剪應(yīng)力，n/mm2，45號鋼制套筒，可取 =3540n/ mm2 。圓錐銷聯(lián)接驗算圓錐銷的剪切強度： 式中 d1圓錐銷直徑，mm； 圓錐銷的許用剪應(yīng)力，n/mm2，可取 =0.25 ， 為銷材料的屈服極限。 5.2 鍵的選用及計算根據(jù)絲桿軸向尺寸大小，步進電機轉(zhuǎn)軸尺寸大小和需要傳遞的轉(zhuǎn)矩確定選用結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，對中性較好的a型平鍵。具體尺寸參數(shù)如下： 寬度b=6mm，高度h=6mm，長度l=20mm。a型平鍵材料為45鋼。對所選平鍵強度校核：p =2*t/(d*k*l)p6滾動直線導(dǎo)

21、軌本設(shè)計采用滾動直線導(dǎo)軌,其最大優(yōu)點是摩擦系數(shù)小,動,靜摩擦系數(shù)差很小，因此,運動輕便靈活,運動所需功率小,摩擦發(fā)熱少，磨損小，精度保持性好,低速運動平穩(wěn)性好,移動精度和定位精度高的優(yōu)點.所采用的滾動直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。在選擇導(dǎo)軌時，主要遵循以下幾條原則：精度不干涉原則：導(dǎo)軌的各項精度制造和使用時互不影響才易得到較高的精度。動摩擦系數(shù)相近的原則：例如選用滾動導(dǎo)軌或朔料導(dǎo)軌，由于摩擦系數(shù)小且靜，動摩擦系數(shù)相近，所以可獲得很低的運動速度和很高的重復(fù)定位精度。導(dǎo)軌能自動貼合原則：鑰匙導(dǎo)軌精度高，必須使相互結(jié)合的導(dǎo)軌有自動貼合的性能。對水平位置的工作的導(dǎo)軌，可以靠工作臺的自重來貼合;其它導(dǎo)軌靠附加的彈簧力或

22、者滾輪的壓力使其貼合。移動的導(dǎo)軌在移動過程中，能始終全部接觸的原則;也就是固定的導(dǎo)軌長，移動的導(dǎo)軌短。對水平安裝的導(dǎo)軌，以下導(dǎo)軌為基準，上導(dǎo)軌為彈性體的原則。能補償因受力變形和受熱變形的原則。7密封和潤滑為了阻止灰塵，水，酸氣和其雜物進入軸承并阻止?jié)櫥瑒┝魇?。再本設(shè)計中加如了軸承的密封裝置。因為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速不高，所以采用接觸式密封。在透蓋與軸承中間加入了唇形密封圈，目的是防止?jié)櫥偷牧鞒?。在軸承的左側(cè)加入軸承端蓋，目的是阻止灰塵，水，酸氣和其雜物進入軸承。為了降低摩擦阻力，散熱，吸收振動，防止銹蝕等，在整個系統(tǒng)中加入了潤滑裝置，在此系統(tǒng)中滾珠絲杠和軸承都采用脂潤滑。五、機械控制系統(tǒng)原理及電路

23、設(shè)計1、設(shè)計要求采用mcs-51系列單片機來完成此控制系統(tǒng)的設(shè)計,完成控制系統(tǒng)原理圖等.主要包括鍵盤,led顯示,電動機的啟動、停止、單進控制、聯(lián)動控制等的控制.同時還要有一些自動錯誤處理功能.如限位控制,驅(qū)動出錯處理,這就需要在程序設(shè)計時提供相應(yīng)的中斷處理程序。2、方案分析 由前面電動機的選擇:選用電動機型號為90byg55c的步進電機.此電機是一個五相十拍的電動機。由機電一體化可以知道步進電機的運行特性與配套的驅(qū)動電源（驅(qū)動器）由密切的關(guān)系。驅(qū)動器由脈沖發(fā)生器和功率放大器兩大部分組成的。在微機控制電機過程中，需要使電機按照一定規(guī)律變化進行運動，而控制這部分規(guī)律變化的部分叫做脈沖分配器。實現(xiàn)

24、脈沖分配有兩種方法：計算機軟件和硬件電路法。當有了環(huán)形脈沖分配后，還是不夠的。由于我們的脈沖是由微機單片機發(fā)出的，屬于低電平，是不能直接驅(qū)動電機進行運動的，這時我們可以采用功率放大電路將脈沖進行功率放大，然后驅(qū)動硬件電路。3、單片機系統(tǒng)與步進電動機驅(qū)動器之間的接口方法采用單片機系統(tǒng)對步進電動機進行串行控制系統(tǒng)從cp脈沖控制線按電動機旋轉(zhuǎn)速度的要求發(fā)出相應(yīng)周期間隔的脈沖,即可使電動機旋轉(zhuǎn).當需要電動機恒轉(zhuǎn)速運行時,就發(fā)出恒定周期的脈沖串；當需要加減速運行時，就發(fā)出周期遞減或遞增的脈沖串；當需要鎖定狀態(tài)時，只要停止發(fā)脈沖串就可以了由此可以方便地對電動機轉(zhuǎn)速進行控制方向電平控制線可實現(xiàn)對電動機方向的

25、控制，為低電平時，環(huán)行分配器按正方向進行脈沖分配，電動機正向旋轉(zhuǎn)；而為高電平時，環(huán)行分配器按反方向進行脈沖控制，電動機反方向控制，從而可實現(xiàn)工作臺的來回運動 圖1-3 簡單畫出串行控制方法的接線圖.圖中是采用8031的p1.0作為方向電平信號,p1.1作為cp脈沖信號.設(shè)正常的p1.1為高電平,cp 脈沖輸出低電平有效,產(chǎn)生cp脈沖的子程序如下：cw：clr p1.0 ；正轉(zhuǎn)電平 clr p1.1；輸出低電平，產(chǎn)生脈沖前沿lcall d5s；調(diào)延時子程序，使脈沖寬度為5ssetb p1.0 ；輸出高電平產(chǎn)生脈沖后沿ret；返回要想電動機反方向運行,可調(diào)用如下子程序:cw：setb p1.0 ；

26、輸出反轉(zhuǎn)電平clr p1.1；輸出脈沖前沿lcall d5s；延時5ssetb p1.0 ；輸出脈沖后沿ret；返回采用mcs-51系列的8031型的單片機作為微機控制的主芯片。系統(tǒng)原理圖中，采用74ls373進行p0口的鎖存，同時擴展一片2764的程序存儲器和一片6264的數(shù)據(jù)存儲器，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲之用。同時，我們需要擴展鍵盤和顯示，就需要擴展接口來連接。采用8155進行接口擴展，pa口，pc口屬于輸出口，pb口屬于輸入口。pa口的八根地址連接成4 4的鍵盤接口電路，pb口用于led的八路接口，同時用pc口的6路進行l(wèi)ed的位控接口。同時由p2口的p2.5,p2.6,p2.7進行7

27、4ls138的片選輸入，對2764和6264進行片選。地址計算：1）8155的地址計算：在8155中，采用p1.7來控制io/m口，進行i/o和ram選項控制。當p1.7=0時，選擇ram口，其地址為：010 所以其地址為4000h-5fffh（其中p1.7為0）當p1.7=1時，單片機選中i/o口，其地址為：010所以其地址為4000h-5fffh（其中p1.7為1）因此：8155的具體地址： 命令字：4000ha 口：4001hb 口：4002hc 口：4003h低四位：4004h高四位：4005h2）2764的地址：采用74ls138片選控制，地址選擇如下：000 所以地址范圍為：000

28、0h-1fffh3）6264的地址：同樣采用74ls138片選控制，地址選擇如下：001所以地址范圍為：2000h-3fffh4、步進電動機驅(qū)動電源的選用本次設(shè)計中選用的90byg2602型電動機，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團公司選擇ism-202a細分驅(qū)動器4.1特點（1）電源電壓不大于+45vdc（2）斬波頻率大于35khz（3）輸入信號與ttl兼容（4）可驅(qū)動兩相或四相混合式步進電機（5）雙極性恒流斬波方式（6）光電隔離信號輸入（7）細分數(shù)可選sm-202a型：2、4、8、16、32、64或根據(jù)用戶要求設(shè)計（8）驅(qū)動電流可由開關(guān)設(shè)定（9）外型尺寸：85*59*19(10）重量：0.11kg4.

29、2引腳說明(1)gnd端為外接直流電源(2) a+，a-端為電機a相(3)b+，b-端為電機b相(4)+com端為光電隔離電源公共端，典型值為+5v，高于+5v時應(yīng)在cp，dir及free端串接電阻(5)cp端為脈沖信號，下降沿有效（6）dir端為方向控制信號，電平高低決定電機運行方向（7）free端為驅(qū)動器使能，高電平或懸空電機可運行低電平驅(qū)動器無電流輸出，電機處于自由狀態(tài)4.3 電氣特性 （tj=25）（1）信號邏輯輸入電流10ma-25ma（2）下降沿脈沖時間大于5us（3）絕緣電阻大于500m4.4 使用環(huán)境及參數(shù)（1）冷卻方式；自然冷卻或強制風(fēng)冷（2）使用環(huán)境；盡量避免粉塵及腐蝕性氣

30、體（3）溫度；0c- +50c（4）濕度；40- 89%rh4.5機械安裝如圖4.6 電源供給本驅(qū)動器可采用非穩(wěn)壓型直流電源供電，也可以采用變壓器降壓+橋式整流+電容濾波4.7 電機接線sm-202a驅(qū)動器能驅(qū)動四線、六線或八線的兩相/四相電機圖1-6詳細列出了4線、6線、8線步進電機的接法：4.8 驅(qū)動器與電機的匹配（1）供電電壓的選定一般來說，供電電壓越高，電機高速時力矩越大，越能避免高速時掉步但另一方面，電壓太高可能損壞驅(qū)動器, 而且在高電壓下工作時, 低速運動振動較大（2）輸出電流的設(shè)定值對于同一電機，電流設(shè)定值越大時,電機輸出力矩越大，但電流大時電機和驅(qū)動器的發(fā)熱也比較嚴重所以一般情

31、況是把電流設(shè)成供電機長期工作時出現(xiàn)溫熱但不過熱時的數(shù)值 四線電機和六線電機高速度模式：輸出電流設(shè)成等于或略小于電機額定電流值； 六線電機高力矩模式：輸出電流設(shè)成電機額定電流的70%； 八線電機串聯(lián)接法：輸出電流設(shè)成電機額定電流的70%； 八線電機并聯(lián)接法：輸出電流可設(shè)成電機額定電流的1.4倍電流設(shè)定后請運轉(zhuǎn)電機15-30分鐘，如電機溫升太高，則應(yīng)降低電流設(shè)定值如降低電流值后，電機輸出力矩不夠則請改善散熱條件，保證電機及驅(qū)動器均不燙手為宜4.9 驅(qū)動器接線 一個完整的步進電機控制系統(tǒng)應(yīng)含有步進電機、步進驅(qū)動器、直流電源以及控制器 (脈沖源)本次設(shè)計選擇與步進電動機2s86q05180相配套的驅(qū)動

32、裝置。六、設(shè)計結(jié)論在本設(shè)計中采用步進電機直接驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)工作臺的水平移動，因其無位置反饋，其精度主要取決于驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度，精度不高。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。但是其有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，但是因其無減速裝置，多用在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合。易知可以通過增大傳動比i來提高定位精度，但是因本設(shè)計采用的是步進電機直 接驅(qū)動滾珠絲杠，所以定位精度是由步距角來確定的。而步距角取覺于電動機。這就要求步進電動機有較小的步距角，而較小的步距角就需要較大的轉(zhuǎn)子齒數(shù)，從而大大的增加了成本。在設(shè)計中所選的是滾動直線導(dǎo)軌因其具有摩擦系

33、數(shù)?。?.00250.005)，動、靜摩擦力相差甚微；運動輕便靈活，所需功率小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好，低速運動平穩(wěn)，移動精度和定位精度都較高的優(yōu)點，所以其可以消除在低速度移動時的爬行現(xiàn)象。但是其滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，抗震性差。設(shè)計中傳動部件用的是滾珠絲杠螺母機構(gòu)，其具有摩擦損失小，傳動效率高，可達85%98%，絲桿螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，剛度，摩擦阻力小等優(yōu)點，但是同時也有不能自鎖，運動有可逆性，即旋轉(zhuǎn)運動直線運動；直線運動旋轉(zhuǎn)運動等缺點。雖然滾珠絲杠螺母副傳動效率很高，但不能自鎖，用在垂直傳動或水平放置的高速大慣量傳動中，必須裝有制動裝置。為了減少絲杠的受熱變形，可以將絲杠制成空心，在支承法蘭處通入恒溫油進行強迫冷卻循環(huán)。滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進行潤滑，同時要采用防塵密封裝置。如用接觸式或非接觸密封圈，螺旋式彈簧鋼帶，或折疊式塑性人造革防護罩等。并且滾珠絲杠采用內(nèi)循環(huán)的方式，如圖所示：這種方式具有其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失也小。在系統(tǒng)的控制方面，本設(shè)計采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制簡圖如下圖所示：電機機械執(zhí)行部件a相、b相c相、f