X-Y双坐标数控工作台设计.doc

目 录 绪 论 4 第一章：总体方案设计 4 1.1 设计任务 4 1.2 总体方案确定 6 第二章：机械系统设计 6 2.1 工作台外形尺寸及重量估算 7 2.2 滚动导轨的参数确定 8 2.3 滚珠丝杠的设计计算 11 2.4 电机的选用 14 2.5 伺服电机惯性负载的计算 15 2.6 轴承的选用 15 2.7 轴承的类型 15 2.8 轴承调隙、配合及润滑 15 2.9 滚动轴承的密封装置 16 2.10 本章小结 16 第三章 控制系统硬件设计 16 3.1 CPU板 16 3.2 驱动系统 19 3.3 传感器及软硬件设计 20 第四章 控制系统软件设计 25 4.1 总体方案 25 4.2 主流程图 25 4.3 INT0中断服务流程图 26 4.4 INT1中断服务流程图 27 第五章 参考文献 20 任务书 班级： 学号： 姓名： 题目：双坐标数控工作台设计（200×200） 时间：2009年11月6日至2009年12月25日 共6周 要求：设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机） 具体任务： 1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）； 2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件； 3、机械部分装配图1张（A0）； 4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图1张（A1或A0）； 5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。 班 级： 学 生： 指导教师： 第一章、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一台双坐标数控工作台并开发其控制、驱动系统，工作台行程200×200mm，台面尺寸160×320，俩坐标分辨率分别为δ=0.001mm/step,承受最大轴向载荷Fxmax=600N，Fymax=850N，最大移动速度Vxmax=Vmax=1m/min。（要求采用滚珠丝杠和滚动导轨，必要时增加减速机） 1.2 总体方案确定 （1）根据设计任务及机电一体化产品的一般设计法，我采用三阶段法，即总体设计、部件与零件的选择与设计。考虑人、机、成本等因素，产品的可靠性、适用性与完善性设计最终我应尽力在保证的目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。 （2）系统的运动方式与伺服系统 本工作台是双坐标联动进给方式工作，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，设计时初步采用步进电机及适当位置检测元件半闭环环伺服系统驱动X-Y工作台，以提高系统可靠性（由于工作台控制精度为0.001mm，经计算，步进电机最高运行频率不能满足要求）。因此，重新选择直流伺服电机，配合速度、位置传感器，组成闭环控制系统。 （3）控制计算系统 设计将采用高性能ATM的AT89S52单片机控制系统（集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比）。 控制系统由微型计算机部分、键盘、LED、I/O接口、直流伺服电机、光栅、PWM控制器、功率放大器及传感检测电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。 （4）双坐标工作台的传动系统 根据设计任务要求以及保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 滚动导轨的选型：由于工作台的运动载荷不大（查表知为轻载型），因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。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，减小振动。 直流伺服电机的选型：考虑电机转速、转矩等和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，采用光栅检测、闭环控制系统。 系统总体框图 第二章、机械系统设计 2.1、工作台外形尺寸及重量估算 工作台尺寸： 长宽高 320×160×15 重量：按重量=体积×材料比重估算 320×160×15×10-3×7.8×10-2=60N X向拖板（上拖板）尺寸： 长宽高 200×160×60 重量：按重量=体积×材料比重估算 200 ×160×60×10-3×7.8×10-2=130N Y向拖板（下拖板）尺寸： (160+200)