步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì),步進(jìn),電動(dòng)機(jī),驅(qū)動(dòng),聯(lián)動(dòng),工作臺(tái),設(shè)計(jì) 結(jié)束 CALL SUB2 CALL SUB1 開始  YE>0 YE>0 返回 XOY=1 L1 XOY=2 L2 XOY=3 L3 XE>0 開始 逆圓（NR） SUB1 置入 XE、XW、YW、YE N Y Y Y N N XOY=4 L4 開始 SUB2 置入XE,YE,XW,YW,FM=0，NXY=︱XW-XE︱+︱YW-YE︱ XOY=? L4 L3 L2 L1 FM≥0 FM≥0 FM≥0 FM≥0 Y Y Y Y 進(jìn)給 +△Y 進(jìn)給 +△X 進(jìn)給 +△X 進(jìn)給 -△Y 進(jìn)給 -△X 進(jìn)給 -△Y 進(jìn)給 +△Y 進(jìn)給 -△X N N N N FM-2YE+1 = FM；FM+2XE+1=FM YE-1=YE； XE+1=XE FM-2XE+1=FM；FM+2YE+1=FM XE-1=XE； YE+1=YE Y N Y N NXY-1 NXY NXY=0? N 返回 結(jié)束 Y Y 機(jī) 械 專 業(yè) 綜 合 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì) 學(xué) 院（系） 專 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 步進(jìn)電機(jī)的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 III 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 1.1 設(shè)計(jì)概括 1 1.2 設(shè)計(jì)目的和要求 1 1.3 原始要求 1 2 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 1 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 2 3.2滾珠絲杠的計(jì)算、選擇 3 3.3工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算及滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇 4 3.3.3.步進(jìn)電機(jī)控制的X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì) 5 4 三相六拍控制方式的控制方案 6 4.1脈沖分配器的的分配狀態(tài)： 6 4.2恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路的原理圖 6 5 四象限圓弧插補(bǔ)程序流程圖 7 5.1用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行圓弧插補(bǔ)計(jì)算：? 7 5.2四象限圓弧插補(bǔ)流程圖 7 6、總結(jié) 8 參 考 文 獻(xiàn) 9 摘要 步進(jìn)電機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)控制單元，首先確定設(shè)計(jì)的總體方案，然后對(duì)選擇步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、工作臺(tái)等機(jī)械部分進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括三相六拍通電方式的控制方案，硬環(huán)電路原理圖、控制系統(tǒng)連接原理圖和恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：滾珠絲杠 滾動(dòng)導(dǎo)軌 步進(jìn)電機(jī) X、Y兩軸聯(lián)動(dòng) 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.1 設(shè)計(jì)概括 步進(jìn)電機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)控制單元，首先確定設(shè)計(jì)的總體方案，然后對(duì)選擇步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、工作臺(tái)等機(jī)械部分進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括三相六拍通電方式的控制方案，硬環(huán)電路原理圖、控制系統(tǒng)連接原理圖和恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。? ?關(guān)鍵詞：滾珠絲杠?滾動(dòng)導(dǎo)軌?步進(jìn)電機(jī)??X、Y兩軸聯(lián)動(dòng) 1.2 設(shè)計(jì)目的和要求 ? 設(shè)計(jì)目的：在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，強(qiáng)化訓(xùn)練開伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路原理設(shè)計(jì)等。 具體要求：1、滾珠絲杠雙支撐 2、電動(dòng)機(jī)、絲杠平行軸連接結(jié)構(gòu) 3、單列不預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu) 4、四象限圓弧插補(bǔ)程序流程圖 1.3 原始要求 (1) 工作臺(tái)工作行程：100*100； (2) 空載啟動(dòng)； (3) 工作臺(tái)面應(yīng)為T型槽結(jié)構(gòu)；臺(tái)面尺寸200*200。 2 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服系統(tǒng)及通電方式控制方案的確定，控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析。 1）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。 2） 伺服系統(tǒng)的選擇 開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 3） 控制系統(tǒng)的選擇 采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。 4） X、Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 方案的流程圖 圖2-1系統(tǒng)總框圖 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 電機(jī)選擇磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) （1） 步距角的選擇?初步選定步距角為1.5°根據(jù)已知條件選擇步進(jìn)電機(jī)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選擇步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)見下表。 表3-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表 型號(hào) 45BF003 相數(shù) 3 歩距角（°） 1.5° 電壓啊/V 60 相電流/A 2 最大靜轉(zhuǎn)矩/(N·m) 0.196 空載起動(dòng)頻率/(step/s) 3700 空載運(yùn)行頻率/(step/s) 12000 電感/mH 15.8 電阻/Ω 0.94 分配方式 三相六拍 外形尺寸/mm φ45X82 質(zhì)量/kg: 0.38 3.2滾珠絲杠的計(jì)算、選擇 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為:?CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。?其基本參數(shù)如下: 表3-2 滾珠絲杠參數(shù) 絲杠代號(hào) CM2005-5 公稱直徑 do 20 基本導(dǎo)程 Pb 5 絲杠外徑 d1 19.5 絲杠底徑 d2 16.57 鋼球直徑 DW 3.175 循環(huán)圈數(shù) n 5 額定載荷N 動(dòng)載荷C0 14205 靜載荷C0A 38244 剛度N/μm KC 730 螺 母 安 裝 尺 寸 D 70 L 62 B 11 D1 45 D4 56 Φ1 5.8 Φ2 10 h 6 油孔杯 M M6 3.3工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算及滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇 3.3.1工作臺(tái)臺(tái)面應(yīng)為T型槽結(jié)構(gòu)；臺(tái)面尺寸200*200； 工作臺(tái)工作行程：100*100. 3.3.2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇 表3-3 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù) 名稱 選取結(jié)果 公稱直徑d0 20mm 螺距t 5mm 接觸角β 45° 鋼球直徑db 3.175mm 螺紋滾道法向半徑R 1.651mm 偏心距e 0.04489mm 螺紋升角y 4°33′ 螺桿外徑d 19.365mm 螺桿內(nèi)徑 d1 16.788mm 螺桿接觸直徑d2 17.755mm 螺母螺紋外徑D 23.212mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）D1 20.7mm 3.3.3.步進(jìn)電機(jī)控制的X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖 圖3-1 X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖 4 三相六拍控制方式的控制方案 4.1脈沖分配器的的分配狀態(tài)： A-AB-B-BC-C-CA-A 使用環(huán)形分配器CH250 5 四象限圓弧插補(bǔ)程序流程圖 5.1用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行圓弧插補(bǔ)計(jì)算，每走一步都需要以下四個(gè)步驟：? 1）判別偏差：Fi≥0或Fi＜O?，從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算方向進(jìn)給。 2）偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后計(jì)算新的加工偏差。 3）終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)，不為零則返回第一步繼續(xù)插補(bǔ)。 5.2四象限圓弧插補(bǔ)流程圖 圖5-1 四象限圓弧插補(bǔ)程序流程圖  參 考 文 獻(xiàn) [1] 張建民主編．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（修訂版）北京：北京理工大學(xué)出版社2006.2 [2] 成大先主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2005 [3] 鄭提主編. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社.1997 [4] 陳國定等主編. 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2013 –9–