十字滑臺系統(tǒng)設計 課程設計

重慶理工大學機電一體化課程設計X-Y水平十字滑臺說明書 班級： 學號： 專業(yè)：機械設計制造及其自動化姓名： 教師： 時間：2015年6月22日-7月10日機電一體化課程設計目 錄一、設計目的2二、設計任務2三、總體方案的確定3 1、機械傳動部件的選擇.3 2、控制系統(tǒng)的設計.4四、機械傳動部件的計算與選型4 1、導軌上移動部件的重量估算.4 2、銑削力的計算.4 3、直線滾動導軌副的計算與選型.7 4、滾珠絲杠螺母副的計算與選型.9 5、步進電動機減速箱的選用.13 6、步進電動機的計算與選型.13 7、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用.19 8、步進電機驅(qū)動器的選擇.19 9、聯(lián)軸器的選擇.21五、工作臺機械裝配圖的繪制226、 工作臺控制系統(tǒng)的設計.227、 十字滑臺運動控制程序的編制.228、 結語.25參考文獻.26251、 設計目的課程設計是一個重要的時間性教學環(huán)節(jié)，要求學生綜合的運用所學的理論知識，獨立進行設計訓練，主要目的：1、 通過設計，使學生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本組成及其思想知識，學習總體的方案擬定，分析與比較的方法。2、 通過對機械系統(tǒng)的設計，掌握幾種典型傳動元件與導向元件的工作原理、設計計算及選用的方式3、 培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，學習并樹立“系統(tǒng)設計”的思想4、 鍛煉提高學生應用手冊和標準、查閱文獻資料及撰寫科技論文的能力2、 設計任務1、設計題目X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計2、任務 設計一種供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺。要求可以設定工作臺的運動速度，實現(xiàn)正向/反向點動、正向/反向連續(xù)運動、啟動、停止、急停、軟硬限位等功能。3、主要設計參數(shù)1. 立銑刀最大直徑d=16mm2. 立銑刀齒數(shù)Z=33. 最大銑削寬度ac=10mm4. 最大銑削深度ap=8mm5. 加工材料為碳素鋼6. X，Y方向的脈沖當量都為0.01mm/脈沖7. X，Y方向的定位精度都為0.02mm8. 工作臺面尺寸為350mm350mm,加工范圍為450mm450mm9. X,Y方向工作臺空載最快移動速度都為2500mm/min 10. X，Y方向工作臺進給速度都為400mm/min三、總體方案的確定1、機械傳動部件的選擇（1）導軌副的選用要設計的X-Y工作臺是用來配套輕型的立式數(shù)控銑床，需要承載的載荷不大，但脈沖當量小()，定位精度高（），因此，決定選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結構緊湊、安裝預緊方便等優(yōu)點。選直線滾動導軌副（2）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0.01mm的脈沖當量和0.01mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙，而且滾珠絲杠已經(jīng)系列化，選用非常方便，有利于提高開發(fā)效率。選滾動絲杠螺母副（3）減速裝置的選用 選擇了步進電動機和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應有消除間隙機構。擬采用減速器（4）伺服電動機的選用 任務書規(guī)定的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有2500mm/min。因此，本設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動機，如混合式步進電動機，以降低成本，提高性價比。伺服電機選步進電機（5）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。任務書所給精度對于步進電動機來說還是偏高的，為了確保電動機在運轉(zhuǎn)過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，并在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應與步進電動機的步距角相匹配?？紤]到X、Y兩個方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設計工作量，X、Y兩個坐標的導軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動機，以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。檢測裝置的選用：增量式旋轉(zhuǎn)編碼器2、控制系統(tǒng)的設計（1）設計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應該具有單坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)應該設計成連續(xù)控制型。連續(xù)控制型（2）對于步進電動機的半閉環(huán)控制，選用MPC2810運動控制卡，應該能夠滿足任務書給定的相關指標?？刂破鬟x：MPC2810運動控制卡（3）要設計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇運動控制卡之后，還需要轉(zhuǎn)接板作為與其他電器元件連接的樞紐。需要轉(zhuǎn)接板（4）選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用，我們將自行設計。自行設計步進電機驅(qū)動電源整體方案設計系統(tǒng)總體方案圖四、機械傳動部件的計算與選型1、導軌上移動部件的重量估算 按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為900N。 G=900N2、銑削力的計算設零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由表2-1查得立銑時的銑削力計算公式為： 硬質(zhì)合金銑刀銑削力的計算公式（單位N）316銑刀類型工件材料銑削力公式面銑刀碳鋼灰鑄鐵可鍛鑄鐵圓柱銑刀碳鋼灰鑄鐵三面刃銑刀碳鋼兩面刃銑刀立銑刀期中：ap為背吃刀量mm；ae為側吃刀量mm；fz為每齒進給量mm/Z；vf進給速度mm/min；Z銑刀齒數(shù)；d銑刀直徑mm；n銑刀轉(zhuǎn)速r/min，見圖2-1。 （2-1）圖2-1 銑削用量說明若銑刀直徑d=16mm，齒數(shù)Z=3，為了計算最大銑削力，在不對稱銑削情況下，取最大銑削寬度ae=10mm，背吃刀量ap=8，每齒進給量fz=0.1mm/Z；銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min。則由公式2-1求得最大銑削力：采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由表2-2。表2-2 各銑削力之間比值銑削條件比值對稱銑削不對稱銑削逆銑順銑端銑削ae=(0.40.8)d/mmfz=(0.10.2)/(mm.z-1)Ff / Fc0.30.40.60.90.150.3Fe / Fc0.850.950.450.700.91.0Ffn / Fc0.500.550.500.550.50.55圓柱銑削ae=0.05 d/mmfz=(0.10.2)/(mm.z-1)Ff / Fc1.01.20.80.9Ffn / Fc0.20.30.750.8Fe / Fc0.350.40.3250.4圖2-2 銑削力分析圖2-3 順銑與逆銑由表2-2，圖2-2和圖2-3，考慮逆銑情況，可估算出三個方向的銑削力分別為：圖2-3a為臥銑情況，現(xiàn)考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力Fz=Fe=376N，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力Fx=Ff=1088N，徑向銑削力Fy=Ffn=247N。Fz=376NFx=1088NFy=247N3、直線滾動導軌副的計算與選型（1）滑塊承受工作載荷Fmax的計算及導軌型號的選取工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。X-Y工作臺采用水平布置，利用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： (2-2)其中，移動部件重量G=900N，外加載荷F=FZ=376N，代入式2-2得最大工作載荷查表3-41【3】48，根據(jù)工作載荷Fmax=0.609kN，初選直線滾動導軌副的型號為ZL系列的JSA-LG15型，其額定動載荷Ca=7.94kN，額定靜載荷C0a=9.5kN。任務書規(guī)定工作臺面尺寸為350mm350mm，加工范圍為450mm450mm，考慮工作行程應留有一定余量，查表3-35345，按標準系列，選取導軌長度為820mm.表3-35 JSA型導軌長度系列導軌型號導軌長度系JSA-LG15280340400460520580640700760820940JSA-LG20340400520580640760820940100011201240JSA-LG2546064080010001240136014801600184019603000JSA-LG3552060084010001080124014801720220024403000JSA-LG4555065750850950125014501850205025503000JSA-LG5566078090010201260138015001980222027003000JSA-LG65820970112012701420157017202020232027703000導軌副的型號:ZL系列的 JSA-LG15型導軌長度為820mm(2) 距離額定壽命L的計算上述選取的ZL系列JSA-LG15型導軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過100，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為4級，工作速度較低，載荷不大。查表表2-4 硬度系數(shù)滾道硬度（HRC）50555864fH0.530.81.0表2-5 溫度系數(shù)工作溫度/<100100150150200200250fT1.000.900.730.60表2-6 接觸系數(shù)每根導軌上滑塊數(shù)12345fC1.000.810.720.660.61表2-7 精度系數(shù)精度等級2345fR1.1.00.90.9表2-8 載荷系數(shù)工況無外部沖擊或震動的低速場合，速度小于15m/min無明顯沖擊或振動的中速場合，速度為1560m/min有外部沖擊或振動的高速場合，速度大于60m/minfW11.51.5223.5分別取硬度系數(shù)fH=1.0、溫度系數(shù)fT=1.00、接觸系數(shù)fC =0.81、精度系數(shù)fR =0.9、載荷系數(shù)fW =1.5，代入式2-3【3】46，得所選絲杠的距離壽命為180km。 （2-3）即結論：所選導軌的距離壽命遠大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。距離壽命為180km遠大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求4、滾珠絲杠螺母副的計算與選型（1）最大工作載荷Fm的計算在立銑時，工作臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=2082N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=473N，受到垂直方向的載荷（與工作臺面垂直）Fz=719N。已知移動部件總重量G=900N，按矩形導軌進行計算，查表2-9【3】38，表2-9 最大工作載荷Fm實驗計算公式及參考系數(shù)導軌類型實驗公式K矩形導軌1.10.15燕尾導軌1.40.2三角形或綜合導軌1.150.150.8注：表中摩擦因數(shù)均為滑動導軌。對于貼塑導軌=0.030.05，滾動導軌=0.0030.005。表中，F(xiàn)x為進給方向載荷，F(xiàn)y為橫向載荷，F(xiàn)z為垂直載荷，單位均為N；G為移動部件總重力，單位為N；K為顛覆力矩影響系數(shù)；為導軌的摩擦系數(shù)。取移動部件總重量G=900N，按矩形導軌進行計算，查表2-9，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動導軌上的摩擦因素=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：、最大工作載荷：（2）最大動載荷FQ的計算設工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲杠導程Ph=4mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=100r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)L0=90（單位為：106r）。查表2-10【3】39，取載荷系數(shù)fW=1.2，滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)fH=1.0，代入式2-4【3】38 （2-4）即：式中：L0滾珠絲杠副的壽命，單位（106r）。L0=60nT/106，（其中T為使用壽命，普通機械取T=500010000h，數(shù)控機床及一般機電設備取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）；fW載荷系數(shù)，由表2-10查得。fH硬度系數(shù)（58HRC時，取1.0；等于55HRC時，取1.11；等于52.5HRC時，取1.35；等于50HRC時，取1.56；等于45HRC時，取2.40）；Fm滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。表2-10 滾珠絲杠載荷系數(shù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)載荷系數(shù)fW平穩(wěn)或輕度沖擊1.01.2中等沖擊1.21.5較大沖擊或振動1.52.5（3）初選型號最大動載荷FQ=6475N 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查附件3表3-31【3】39，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GD系列2504-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為25mm，導程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級取5級，額定動載荷為7674N，大于FQ，滿足要求。GD系列2504-4型滾珠絲杠副（4）傳動效率的計算 將公稱直徑d0=25mm，導程Ph=4mm，代入，得絲杠螺旋升角將摩擦角代入，得傳動效率。效率要求大于90%，該絲杠副合格。>90%，合格。（5）剛度的驗算1）X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對推力角接觸球軸承，面對面組配，左、右支承的中心距離約為a=550mm；鋼的彈性模量E=2.1105MPa；查附件3，得滾珠直徑DW=2.381mm，絲杠底徑d2=22.1mm，絲杠截面積。絲杠的拉伸或壓縮變形量1在總變形量中的比重較大，可按下式計算： (2-5)341式中：Fm絲杠的最大工作載荷，單位為N a絲杠兩端支承間的距離，單位為mm E絲杠材料的彈性模量，鋼的E=2.1105MPa S絲杠按底徑d2確定的截面積，單位為mm2 M轉(zhuǎn)矩，單位為Nmm I絲杠按底徑d2確定的截面積慣性矩（），單位為mm4 滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量2 無預緊時 (2-6)341 有預緊時 (2-7)341式中 DW滾珠直徑，mm Z滾珠總數(shù)量，Z=Z圈數(shù)列數(shù) Z單圈滾珠數(shù)，（外循環(huán)），（內(nèi)循環(huán)） FYJ預緊力，單位N忽略式2-5中的第二項，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=0.0124mm即 2）根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=30；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為32，代入公式：Z=Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z=180。絲杠預緊時，取軸向預緊力FYJ=Fm/3=1204/3401N。則由式2-7，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，2=0.00055mm。3）將以上算出的1和2代入。 絲杠的有效行程為528mm，由表3-27【3】35知，5級精度滾珠絲杠有效行程在500630mm時，行程偏差允許達到32m，可見絲杠剛度足夠。絲杠剛度足夠（6）壓桿穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠是屬于受軸向力的細長桿，如果軸向負載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應滿足： （2-8）【3】42式中 Fk臨界載荷，單位N fk絲杠支承系數(shù)，如表所示 K壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時取小值； A滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm。表2-11 絲杠支承系數(shù)【3】42方式雙推-自由雙推-簡支雙推-雙推單推-單推fk0.25241查表2-11，取fk=1；由絲杠底徑d2=16.2mm，求得截面慣性矩：；壓桿穩(wěn)定系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值780mm。代入式2-8，得臨界載荷Fk13297N，遠大于工作載荷Fm=1204N，故絲杠不會失穩(wěn)。絲杠不會失穩(wěn)綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求5、步進電動機減速箱的選用已知工作臺脈沖當量=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導程Ph=4mm，初選步進電機步距角=0.9，由公式，傳動比為1時達不到減速的效果，故本次設計不需要減速器。 6、步進電動機的計算與選型（1）初選步進電機的型號1）空載狀態(tài)下電機轉(zhuǎn)軸所受負載包括三部分，一部分是電動機空載啟動時折算到轉(zhuǎn)軸上最大加速度轉(zhuǎn)矩Tmax，一部分是移動部件運動時折算到計算機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf，還有一部分是滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0，T0相對于Tt和Tf很小，可以忽略不計。則有： 由公式式中：Jeq步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2 電動機轉(zhuǎn)軸的角加速度，rad/s2 nm電動機轉(zhuǎn)速，r/min ta電動機加速所用時間，s,一般在0.31s之間選取。(這里取0.4s)總效率，取=0.7 式中 vmax空載最快移動速度，任務書指定為2500mm/min; 步進電機步距角，預選電動機為0.9 脈沖當量，任務書指定為0.01mm/P由式得 （2-11）式中 F摩導軌的摩擦力，N Ph滾珠絲杠導程，m 總傳動效率，取=0.7 i總的傳動比，i=nm/ns，其中nm為電動機轉(zhuǎn)速，ns為絲杠的轉(zhuǎn)速。 導軌摩擦因數(shù)（滑動導軌取0.150.18）,滾動導軌取0.0030.005）；這里取0.005 Fz垂直方向的工作載荷，空載時Fz=0 （2-12）式中： 導軌摩擦因數(shù)（滑動導軌取0.150.18）,滾動導軌取0.0030.005）； Fc垂直方向的工作載荷，車削時為Fc，立銑時為Fz單位為N，空載時Fc=0； G運動部件的總總量，單位為N （2-13）式中 FYJ滾珠絲杠的預緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷Fm的1/3，單位為N；0滾珠絲杠未預緊時的傳動效率，一般取00.9 由于滾珠絲杠副的傳動效率很高，所以T0值一般很小，與Tamax和Tf比起來，通?？梢院雎圆挥?。由式2-9得快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：考慮到不用減速箱，取減速比i=1算步距角 所以初選步進電機型號為110BYG250A型，為兩相混合式，由杭州日升電氣設備有限公司生產(chǎn)，兩相八拍的步距角為0.9。其參數(shù)如下表所示：查表得該型號電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm=（式中長度單位均為cm）托板折算到轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量則步進電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量電動機轉(zhuǎn)速=625r/min快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩=0.2599Nm移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩=0.0058Nm滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩=0(即忽略)快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩=0.266Nm2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩Teq2 （2-14）式中：Tf和T0分別按式2-11和2-13計算。 Tt折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩 （2-15）式中 Ff進給方向最大工作載荷，單位N。本設計對滾珠絲杠進行計算的時候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進給載荷Fx=2802N。由式2-11得：垂直方向承受最大工作負載(Fz=719N)情況下，移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：則由式2-14得：綜上計算，得到加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應為：折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩=0.99Nm移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩=0.007Nm最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩Teq2=0.997Nm綜上計算，得到加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應為：0.997Nm（3）步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應滿足：上述初選的步進電動機型號為110BYG250A，由附件4表4-5查得該型號電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩?？梢?，滿足要求。步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩滿足要求。（4）步進電機性能校核1）最快工作速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核任務書給定工作臺最快加工進給速度，脈沖當量，則電動機對應的運行頻率為： 圖2-2 110BYG2502步進電機運行距頻特性曲線從圖2-2查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf=17Nm，大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩Teq2=0.997Nm，滿足要求。最快工作速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩滿足要求。2）最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核任務書給定工作臺最快空載移動速度，則電動機對應的運行頻率為：從圖2-2查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=9Nm，大于快速空載啟動時的負載轉(zhuǎn)矩Teq1=0.266Nm，滿足要求。最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核滿足要求3）最快空載移動時電動機運行頻率校核 與最快空載移動速度對應的電動機運行頻率可達4167Hz。查附件4表4-5可知110BYG250A電動機的空載運行頻率超過20000Hz，可見沒有超出上限。最快空載移動時電動機運行頻率校核滿足要求4）起動頻率計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的空載啟動頻率（查附件4表4-5）。則可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率：因此，要保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于3936Hz。實際上，在采用軟件升降頻時，啟動頻率選的更低，通常只有100Hz。綜上所述，工作臺選用110BYG250A電動機完全滿足設計要求。110BYG250A電動機完全滿足設計要求7、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用本設計步進電機采用半閉環(huán)控制，在電機尾座軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用于檢測步進電機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，電動機步距角，可知電動機轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時系統(tǒng)發(fā)出360/0.9=400個步進脈沖，電動機轉(zhuǎn)過一個步距角，編碼器對應輸出一個脈沖信號。本例選擇編碼器型號為ZLK-A-400-05VO-16H:盤狀空心型，孔徑16mm，與電動機尾部出軸相匹配，電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出400個A/B脈沖，信號為電壓輸出，生產(chǎn)廠家為長春光機數(shù)顯有限公司。編碼器型號為ZLK-A-400-05VO-16H:盤狀空心型8、步進電機驅(qū)動器的選擇本設計選擇的步進電機為110BYG250A型，生產(chǎn)廠家為杭州日升電氣設備有限公司，根據(jù)廠家推薦其，配套型號的步進電機驅(qū)動器為HB206S兩相混合式步進電機驅(qū)動器，其主要參數(shù)及接線圖如下所示： 步進電機驅(qū)動器選擇HB206S兩相混合式步進電機驅(qū)動器9、聯(lián)軸器的選擇由于十字滑臺的工作轉(zhuǎn)速比較低，沖擊低，為了提高精度穩(wěn)定性選用可以補償微小平行位移和角位移的十字滑塊聯(lián)軸器，這里選用廣州菱科自動化設備有限公司生產(chǎn)的LK4十字滑塊聯(lián)軸器。聯(lián)軸器選擇LK4十字滑塊聯(lián)軸器。5、 工作臺機械裝配圖的繪制在完成直線滾動導軌副、滾珠絲杠螺母副、步進電機以及旋轉(zhuǎn)編碼器的計算與選型后，就可以著手繪制工作臺的裝配圖了，繪制后的X-Y工作臺機械裝配圖見附頁裝配圖。6、 工作臺控制系統(tǒng)的設計X-Y工作臺的控制系統(tǒng)，按照教師要求，統(tǒng)一選用MPC2810運動控制卡作為控制系統(tǒng)，MPC2810控制卡作為開發(fā)運動控制系統(tǒng)的平臺，其結構是開放式的。該卡插在PC機PCI擴展槽內(nèi)使用，通過轉(zhuǎn)接板與步進電機驅(qū)動器、編碼器、限位開關等元器件連接，實現(xiàn)對十字滑臺有效的運動控制。其電氣接線圖見附頁。MPC2810運動控制卡作為控制系統(tǒng)七、十字滑臺運動控制程序的編制本次設計采用VB編程，結合運動控制卡的編程指導書，其程序框圖及程序編制如下：Option ExplicitDim i As LongDim k As LongDim j As LongDim a As LongDim m As LongDim p As LongPrivate Function SetBoard() As Integer 初始化函數(shù)Dim Rtn As Integer, i As Integer Rtn = auto_set() 對板卡進行自動設置Rtn = init_board set_sd_logic 1, 0 set_el_logic 1, 0 set_org_logic 1, 0 set_alm_logic 1, 0End FunctionPrivate Sub a_Change()End SubPrivate Sub axiex_Click()j = 1End SubPrivate Sub axleY_Click()j = 2End SubPrivate Sub GetParam() set_maxspeed j, 2500 set_conspeed j, k End SubPrivate Sub Command1_Click()EndEnd SubPrivate Sub Form_Load() j = 1 If SetBoard < 0 Then MsgBox "初始化錯誤,未檢測到板卡！", vbExclamation, "MPC2810演示" End IfEnd SubPrivate Sub jt_Click()move_pause jEnd SubPrivate Sub start_Click() GetParam con_pmove j, aEnd SubPrivate Sub stop_Click()sudden_stop jEnd SubPrivate Sub Text3_Change() a = Val(Text3)End SubPrivate Sub Text4_Change() a = Val(Text4)End SubPrivate Sub Xdis_Change()k = Val(Xdis)End SubPrivate Sub xjsd_Change()p = Val(xjsd)End SubPrivate Sub xmax_Change()m = Val(xmax)End SubPrivate Sub Ydis_Change()k = Val(Ydis)End SubPrivate Sub yjsd_Change()p = Val(yjsd)End SubPrivate Sub ymax_Change()m = Val(ymax)End Sub八、結語：為期三個星期的課程設計轉(zhuǎn)瞬即逝，通過緊張的計算和設計，我順利的完成了此次機電一體化系統(tǒng)設計的課程設計。機電一體化系統(tǒng)設計是一門綜合性課程，它是一門機械技術與微電子技術的交叉學科。隨著機械技術、微電子技術的飛速發(fā)展，機械技術與微電子技術的相互滲透越來越快。本次設計的數(shù)控十字滑臺就是機電有機結合的產(chǎn)品。在設計過程階段，遇到了許多困難。在老師和同學的幫助下，最終把問題一一解決了。在做控制系統(tǒng)設計時遇到了較大的難題。由于以前對微機計算機控制部分知識沒有掌握扎實，所以在控制程序設計也比較困難。通過本次課程設計之后也使自己更深一步的了解程序編寫。通過本次課程設計之后，使自己對課本上的東西有更加深刻的的認識。由于自己的能力有限，設計中難免也存在不少細節(jié)上的錯誤，希望老師指出改正。感謝老師在這段時間對我們耐心的指導，使我懂得了學以致用的道理，我也因此明白了理論聯(lián)系實際的重要性。9、 參考文獻【1】姜培剛，蓋玉先 機電一體化系統(tǒng)設計【M】機械工業(yè)出版社，2003.9 【2】楊裕根，諸世敏 現(xiàn)代工程圖學【M】北京郵電大學出版社，2007 【3】尹志強、王玉林 機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書M 機械工業(yè)出版社，2010【4】高林、周海燕 Visual Basic 6.0程序設計教程【M】人民郵電出版社，2003.7 【5】（美）Scott Warner 著Visual Basic 6.0程序教程 漢明工作室譯 【M】人民郵電出版社，1999.8【6】leetro MPC2810運動控制卡用戶手冊【M】 樂創(chuàng)自動化有限公司【7】leetro MPC2810運動控制卡編程手冊【M】 樂創(chuàng)自動化有限公司