步進電動機驅(qū)動X-Y兩軸聯(lián)動工作臺設(shè)計,步進,電動機,驅(qū)動,聯(lián)動,工作臺,設(shè)計 機 械 專 業(yè) 綜 合 課 程 設(shè) 計 說 明 書 步進電動機的兩軸聯(lián)動單元設(shè)計 學(xué) 院（系） 專 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 步進電機的兩軸聯(lián)動單元設(shè)計 目 錄 摘要 III 1 設(shè)計內(nèi)容 1 1.1 設(shè)計概括 1 1.2 設(shè)計目的和要求 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)計內(nèi)容 2 3.1 步進電機的選擇 2 3.2滾珠絲杠的計算、選擇 3 3.3工作臺外形尺寸及重量初步估算及滾動導(dǎo)軌副的選擇 4 3.3.3.步進電機控制的X-Y兩軸聯(lián)動的機械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計 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)動電路的原理圖 6 5 四象限圓弧插補程序流程圖 7 5.1用逐點比較法進行圓弧插補計算：? 7 5.2四象限圓弧插補流程圖 7 6、總結(jié) 8 參 考 文 獻 9 摘要 步進電機控制的兩軸聯(lián)動控制單元，首先確定設(shè)計的總體方案，然后對選擇步進電機、滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌、工作臺等機械部分進行選擇、設(shè)計、計算和校核。最后對控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進行設(shè)計，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)動電源電路原理圖設(shè)計。 關(guān)鍵詞：滾珠絲杠 滾動導(dǎo)軌 步進電機 X、Y兩軸聯(lián)動 1 設(shè)計內(nèi)容 1.1 設(shè)計概括 步進電機控制的兩軸聯(lián)動控制單元，首先確定設(shè)計的總體方案，然后對選擇步進電機、滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌、工作臺等機械部分進行選擇、設(shè)計、計算和校核。最后對控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進行設(shè)計，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)動電源電路原理圖設(shè)計。? ?關(guān)鍵詞：滾珠絲杠?滾動導(dǎo)軌?步進電機??X、Y兩軸聯(lián)動 1.2 設(shè)計目的和要求 ? 設(shè)計目的：在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，強化訓(xùn)練開伺服系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計，驅(qū)動電路原理設(shè)計等。 具體要求：1、滾珠絲杠雙支撐 2、電動機、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、四象限圓弧插補程序流程圖 1.3 原始要求 (1) 工作臺工作行程：100*100； (2) 空載啟動； (3) 工作臺面應(yīng)為T型槽結(jié)構(gòu)；臺面尺寸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)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，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。進行方案的分析。 1）系統(tǒng)運動方式的確定 該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標軸的運動有精確的運動關(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)在負載不大時多采用功率步進電機作為伺服電機.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?？紤]到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。 3） 控制系統(tǒng)的選擇 采用MCS-51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高。控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進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工作臺的傳動方式 為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。 方案的流程圖 圖2-1系統(tǒng)總框圖 3 設(shè)計內(nèi)容 3.1 步進電機的選擇 電機選擇磁阻式步進電動機 （1） 步距角的選擇?初步選定步距角為1.5°根據(jù)已知條件選擇步進電機查機械設(shè)計手冊，選擇步進電機,步進電機的參數(shù)見下表。 表3-1 步進電機參數(shù)表 型號 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 空載起動頻率/(step/s) 3700 空載運行頻率/(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)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為:?CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。?其基本參數(shù)如下: 表3-2 滾珠絲杠參數(shù) 絲杠代號 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工作臺外形尺寸及重量初步估算及滾動導(dǎo)軌副的選擇 3.3.1工作臺臺面應(yīng)為T型槽結(jié)構(gòu)；臺面尺寸200*200； 工作臺工作行程：100*100. 3.3.2滾動導(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.步進電機控制的X-Y兩軸聯(lián)動的機械結(jié)構(gòu)裝配圖 圖3-1 X-Y兩軸聯(lián)動機械結(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 四象限圓弧插補程序流程圖 5.1用逐點比較法進行圓弧插補計算，每走一步都需要以下四個步驟：? 1）判別偏差：Fi≥0或Fi＜O?，從而決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算方向進給。 2）偏差計算：進給一步后計算新的加工偏差。 3）終點判別：進給一步后，終點計數(shù)器，若為零，表示到達終點停止插補，不為零則返回第一步繼續(xù)插補。 5.2四象限圓弧插補流程圖 圖5-1 四象限圓弧插補程序流程圖  參 考 文 獻 [1] 張建民主編．機電一體化系統(tǒng)設(shè)計（修訂版）北京：北京理工大學(xué)出版社2006.2 [2] 成大先主編．機械設(shè)計手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2005 [3] 鄭提主編. 機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 機械工業(yè)出版社.1997 [4] 陳國定等主編. 機械設(shè)計 高等教育出版社 2013 –9–