机电专业课程设计说明书-二坐标数控工作台设计（最终版） ㊣ 精品文档 值得下载

容芯片比较多，如目前应用最广的位单片机，价格低廉，而性能优良，功能强大。

在些复杂的系统中就不得不考虑使用位单片机，系列单片机广泛应用于伺服系统，变频调速等各类要求实时处理的控制系统，它具有较强的运算和扩展能力。

但是定位合理的单片机可以节约资源，获得较高的性价比。

计单片机应用系统，首先要设计其核心的单片机系统。

从开始就有个单片机芯片选型问题。

面对不同字长，如位位位，各具特色的单片机芯片如何进行选择呢首先要满足所设计系统的功能和性能要求其次要选择价格较低的芯片，不要盲目追求过多功能和过高性能另外要选择那些在国内有成熟的开发系统和稳定的供货来源。

如采用流行普遍使用的芯片，资料丰富，能有效地缩短开发周期。

本课程设计目的是设计种经济型的二坐标数控工作台，其功能比较简单，成本低。

因而这里选用系列的单片机作为，它具有良好的性能价格比，且易扩展。

外部程序存储器的扩展的程序存储器空间为字节。

对于片内无的单片机如，或当单片机内部程序存储器容量不够时，进行程序存储器的扩展是必不可缺的。

半导体存储器等在原理上都可用作单片机的外部程序存储器。

由于价格低廉，性能可靠，所以单片机外部扩展的程序存储器般为芯片紫外线可擦除电可编程的只读存储器，掉电后信息不会丢失。

在选择外部程序存储器电路时，应注意电路的读取时间能否与的信号匹配。

其片选端接地。

由于本设计程序容量不大，因而选用作为外部程序存储器。

外部数据存储器的扩展对大多数控制性应用场合，系列单片机内部已能满足系统对数据存储的要求。

对需要较大容量数据缓冲器的应用系统，就需要在单片机的外部扩展数据存储器。

在电气原理图中根据设计功能要求选用片作为外部数据存储器。

图中其高位地址线由的口线提供，低位地址线接地址锁存器输出端。

读写控制装于导轨的两端。

其作用是控制信号的通断，然后由单片机系统检测该信号的有无，实现控制电机的换向与否的目的。

原理图中通过的口检测步进电机是否到位，从而采取相应的控制措施。

六参考文献濮良贵主编机械设计第七版北京高等教育出版社，吴宗泽主编机械设计课程设计手册第二版北京高等教育出版社楼应侯潘晓彬郑堤崔玉国胡利永等编机械电子工程专业课程设计指导书行程开关前向通道传动驱动步进电机人机界面传感器键盘后向通道号分别接的。

其片选信号通过地址译码法进行选通。

口扩展电路本课程设计因采用步进电机作为驱动装置。

为了降低成本，特采用可编程外围并行接口芯片。

使其不仅完成驱动步进电机的功能，同时完成与键盘显示器的接口操作功能。

显示器接口设计电气原理图中，由片共阳极显示块拼成位显示器。

为了简化硬件电路，采用动态显示方式。

即所有位的段选线相应地并联在起，由的口来控制显示器的段码，而各位的位选线分别由相应的口线控制。

即共个口线控制，实现各位的分时选通。

为了保证各位能够显示出本位相应的显示字符，而不出现闪烁，导致人眼看不清，必须根据人眼视觉暂留现象，选择个合适的扫描频率。

图中选用进行同相驱动。

键盘接口电路设计键盘实质上是组按键开关的集合。

电气原理图中采用矩阵式键盘接口，键盘接口电路通过的和构成行列线。

按照逐行逐列地检查键盘状态即扫描来确定闭合键的位置。

步进电机的接口电路设计对于本课程设计中选用的步进电机，为五相，无论它工作在什么方式，都需要五路控制电路，并且每路对应于步进电机的相。

而每路控制电路的结构是样的。

接口部分包括传感器部分传动驱动部分人机交互界面三部分。

示意图如下所示图外部接口示意图要完成的任务将行程开关的状态读入，通过中断进行处理，它的优先级别最高。

通过程序实时控制电机的运行。

接受键盘中断指令，并响应指令，将当前行程开关状态和键盘状态反应到上，实现人机交互作用。

由于只有口和口是准双向口，但口主要以第二功能为主，并且在系统中要用到第二功能的中断口，因此要进行扩展。

考虑到电路的简便性和可实现性，实际中采用内部自带锁存器的。

电气原理图中通过的分别控制方向步进电机的五相。

对于轴步进电机通过的分别控制方向步进电机的五相。

其他电源提供整个系统的供电部分。

限位开关及其反馈信号检测选择限位开关时可根据额定电压额定电流开启频率触点数等参数进行。

选择行程开关，入数据，得，查阅工厂资料，取第个，其额定动载荷为，足够用。

步进电机的选用，未找到引用源。

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，由于要求平台定位精度，取定位精度的。

初定脉冲当量，中间齿轮传动比为，等效转动惯量计算滚珠丝杠转动惯量不计传动效率以上平台和工作物重总重折算到轴上的转动惯量因此，折算到电机轴上的等效转动惯量。

等效负载转矩计算以下均为折算到电机轴的转矩由式可知滚珠丝杠未预紧时的传动效率，取上式中为丝杠预紧时的传动效率，取，为预紧力，取取启动加速时间查表，初选电动机型号，矩频特性如下图所示最大静转矩转动惯量，故从上可知，最大从上可知，最大，满足所需的转矩要求。

步进电机动态特性校验说明惯量可以匹配。

电机带惯量最大启动频率大于，所以与对应的最大静转矩校核，显然满足要求。

综上所述，可选该型号的步进电机，具有定的裕量。

确定联轴器的型号由于数控平台有冲击，且电动机工作时经常变速，故选用挠性联轴器。

查阅参考书表选用型联轴器。

计算联轴器的转矩由估算功率摩擦力作用很小，可忽略小于联轴器的允许转矩，且工作速度远小于允许最高转速故满足要求。

四绘制装配图标注装配图尺寸配合与精度等级。

包括特性尺寸最大体形尺寸安装尺寸和主要零件的配合尺寸。

写出工作台的技术特征。

编写技术要求。

对所有零件进行编号。

列出零件明细表及标题栏。

检查装配图。

五电气原理图设计典型数控工作台电气原理图的说明单片机是把微型计算机的主要部分都集成在个芯片上的单芯片微型计算机，因而可以把它看成是个不带外部设备的微型计算机。

不同系列的单片机共同的特点是控制功能强体积小功耗低成本低。

由于上述优越性能，单片机已在工业民用军用等工业控制领域得到广泛应用，特别是随着数字技术的发展，它在很大程度上改变了传统的设计方法。

在软件和扩展接口支持下，单片机可以代替以往由模拟和数字电路实现的系统。

如电气原理图所示的就是通过单片机及其外围接口实现的二坐标数控工作台电气原理图。

它由型单片机数据锁存器存储器地址译码器并行接口满足要求。

步进电机动态特性校验说明惯量可以匹配。

电机带惯量最大启动频率大于，所以与对应的最大静转矩校核，显然满足要求。

综上所述，可选该型号的步进电机，具有定的裕量。

，未找到引用源。

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，由于要求平台定位精度，取定位精度的。

初定脉冲当量，中间齿轮传动比为，等效转动惯量计算滚珠丝杠转动惯量不计传动效率以上平台和工作物重总重折算到轴上的转动惯量因此，折算到电机轴上的等效转动惯量。

等效负载转矩计算以下均为折算到电机轴的转矩由式可知滚珠丝杠未预紧时的传动效率，取上式中为丝杠预紧时的传动效率，取，为预紧力，取取启动加速时间查表，初选电动机型号，矩频特性如下图所示最大静转矩转动惯量，故内容及要求工作台总装图张号控制电气图张号设计说明书份页具体设计参数如下台面尺寸行程定位精度典型工艺参数台面速度，进给抗力工作物重。

总体方案确定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工作台。

计算机系统本设计采用了与系列的单片机控制系统。

它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比，且易扩展。

的程序存储器空间为字节。

对于片内无的单片机，需进行程序存储器的扩展。

本控制系统由由型单片机数据锁存器存储器地址译码器并行接口等集成电路构成工作台的传动方式为保证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，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。

三机械系统设计工作台外形尺寸及重量估算由台面尺寸为，查课程设计指导书表，估计取工作台厚度，则重量按重量体积材料比重估算向拖板上拖板估计上丝杆长度，由，余程查表取，则丝杆长度约为。

电动机约，托板和导轨合估计为工作物重为则工作台运动部分的总重量约。

滚动导轨的参数确定导轨型式直线滚动导轨导轨长度错