课程设计说明书题目：通用二维平台设计学院：机械学院班级：机电09-1班姓名：窦继慧学号：200920102117指导教师：刘江2012年12月内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：专业综合设计2 _ 学院：机械学院班级：机2006-1 学生姓名： ___ 学号： _ 指导教师：刘江一、题目通用两维运动平台设计二、目的与意义《专业综合设计2》课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一，是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系，将机械、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起，独立设计一种具有特定功能的机电装备。
通过本次课程设计，培养学生运用所学《机电装备设计》课程的知识，对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力；培养学生用《机电装备设计》的知识及相关知识体系，掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起，如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律，提高设计能力；通过设计实践，熟悉设计过程，学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源，查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样，在机电一体化技术的运用上得到训练；通过课程设计的全过程，为学生提供一个较为充分的设计空间，使其在巩同所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机电装备设计的内涵。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）技术参数1、运动平台面尺寸：250×200；2、平台移动行程：X×Y＝160×125；3、夹具和工件总重：500N；4、最高运行速度：步进电机运行方式：空载：1.5m/min; 切削：0.7m/min；交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min；5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step；6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm；7、切削负载：X向300N；Y向400N；Z向500N设计要求1、实现X-Y两坐标联动；2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件；3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断；4、任意平面曲线的加工，具有自动换象限的功能；5、平台具有快速驱动功能；6、平台具有断电手动调整功能。
图纸量和工作量要求1、机械总装配图在CAXA环境下绘制二维运动平台的结构图，并进行详细设计，最后用A1号图纸打印输出。
2、硬件电路图控制芯片可采用8031、80C31或基于PLC的运动控制技术，在Protel 99环境下，进行控制电路图的设计，电路图幅为A2～A1为宜。
3、设计说明书要严格按照内蒙古工业大学课程设计（论文）说明书书写规范认真撰写，说明书不少于6000字。
四、工作内容、进度安排1、总体设计分析、确定方案、设计计算------- --0.5周2、机械部分结构设计、装配图绘制----------------1.0周3、硬件电路设计----------------------------------------0.5周4、撰写说明书---------------------------------------------5天5、答辩-------------------------------------------------------2天五、主要参考文献[1] 林述温等. 机电装备设计[M].北京：机械工业出版社，2002.[2] 机床设计手册组.机床设计手册（三分册）[M].北京：机械工业出版社，1986.[3] 王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.[4] 尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，20097[5] 滚珠丝杠、线性滑轨[OL]. 汉意精工..[6] 滚珠丝杠、线性滑轨[OL].天津海特传动机械有限公司.[7] 步进电机及驱动器[OL].北京斯达微步控制技术有限公司.[8] 步进电机及驱动器、交流伺服电机及系统[OL].步进机电有限公司.[9] 伺服电机相关技术、直线运动产品、光电传感器[OL].深圳市湘聚事业有限公司，[10] RORZE高精度步进电机及驱动器[OL].北京伟恒升级团.[11] 步进联轴器，编码器联轴器，微型电机联轴器[OL].广州菱科自动化设备有限公司：[12] 日本富士、美国Copley等交流伺服电机[OL].重庆钧智自动化仪器控制有限公司[13] 山东博特精工股份有限公司：/index.asp[14]台达交流伺服电机等. [OL].台湾电子工业股份有限公司:/审核意见系（教研室）主任（签字）指导教师下达时间 2008 年 12 月 21 日指导教师签字：_______________通用二维运动平台设计内蒙古工业大学机械学院通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作平台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。
根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。
本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图，电气原理图采用Portel99绘制。
关键词：运动平台，滚珠丝杠，计算，绘图目录第一章总体设计方案 (1)1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 (1)1.2机械传动方式 (1)1.3计算机系统选择 (1)1.4总体方案确定 (1)第二章机床进给驱动系统机械部分设计计算 (2)2.1要求 (2)2.2直线滚动导轨副的计算与选型 (3)2.2.1 导轨型号的选取 (3)2.2.2滚动导轨副的额定寿命 (3)2.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (4)2.3.1X向进给丝杠 (4)2.3.2Y向进给丝杠 (5)2.4步进电机的计算与选型 (7)2.4.1总转动惯量的计算 (7)2.4.2等效转矩的计算 (7)2.4.3最大静转矩的选择 (9)2.4.4步进电动机的性能校核 (9)2.4.5联轴器的选择 (11)2.4.6轴承的选择 (11)第三章微机数控硬件电路设计 (11)3.1总体设计 (11)3.2计算机系统 (12)3.2.1MCS-51系列指令系统简介 (12)3.2.2定时器/计数器 (13)3.2.3中断系统 (14)3.3存储器扩展电路设计 (15)3.3.1程序存储器的扩展 (15)3.3.3数据存储器的扩展 (15)3.3.3译码电路设计 (16)3.4I/O接口电路及辅助电路设计 (17)3.4.1 8155通用可编程接口芯片 (18)3.4.2 8255通用可编程接口芯片 (19)3.4.3键盘显示接口电路 (21)3.4.4电机接口及驱动电路 (22)3.4.5辅助电路 (22)参考文献 (23)第一章二维运动平台总体方案设计1.1系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。
考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度mm，因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺也只有2000/min服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。
1.2机械传动方式伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和 0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。
同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。
1.3计算机系统根据设计要求，采用8位微机。
由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS—51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
数控机床总体方案设计，X.Y数控工作台总体方案设计分别见图1微机环形分配器环形分配器光电耦合光电耦合功率放大功率放大X交流伺服电机Y交流伺服电机X工作台执行元件Y工作台执行元件图1 X.Y数控工作台总体方案设计第二章 二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。
现分述如下：2.1要求1、运动平台面尺寸：250×200；2、平台移动行程：X ×Y ＝160×125；3、夹具和工件总重： 500N ；4、最高运行速度：步进电机运行方式： 空载：1.5m/min; 切削：0.7m/min ；交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min ；5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step ；半闭环模式 0.005mm/step ；6、系统定位精度：开环模式±0.10mm ；半闭环模式 ±0.01mm ；7、切削负载：X 向300N ；Y 向400N ；Z 向500N2.2直线滚动导轨副的计算与选型2.2.1滑块承受工作载荷max F 的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨使用寿命的重要因素。
本课题中的X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。
考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： max 4G F F =+ 其中，移动部件重量G=500N ，外加载荷=500N ，代入上式，得最大工作载荷max F =625N 。
查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-41，根据工作载荷max F =625N ，初选直线滚动导轨副的型号为KL 系列的JSA-LG15型，其额定动载荷a C =7.94kN ，额定静载荷0a C =9.5kN 。
任务书规定工作台平面尺寸为250mm ×200mm ，考虑工作行程应留有一定余量，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为460mm 。