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1、机电一体体课程设设计说明书设计题目目：数控控铣床XX-Y工工作台设设计班级： 机自004022班设计者： 1111学号： 0440000410024指导教师师： 112222江南大学学机械工工程学院院20088年1月月目录设计任务务3一.系统统总体方方案设计计3(一)机机械系统统3(二)接接口设计计3(三)伺伺服系统统设计4(四)控控制系统统设计4二.机械械系统的的设计计计算4(一)滚滚珠丝杠杠的选型型与计算算4(二)滚滚动直线线导轨的的选型与与计算7(三)电电机的选选择8(四)光光电开关关的选择择110(五)限限位开关关的选择择10三 控制制系统设设计121.操作作面板的的布置图图122.操
2、作作面板功功能介绍绍123.控制制系统原原理框图图155、光电电开关和和限位开开关信号号采集原原理156、键盘盘、显示示器接口口电路分分析15四 程序序16五参考文文献19设计任务务:X方向向行程:3000mm YY方向行行程:2200mmm 工作作台面的的参考尺尺寸:5500XX3000mm 平均均切削力力:15500NN 平均均切削进进给速度度:6000mmm/miin 最高高运动速速度:66m/mmin 定位位精度: 工作作寿命:每天88小时,工作88年,2250天天/年一.系统统总体方方案设计计由设计任任务书知知,本次次设计可可采用如如下方案案(一)机机械系统统1.传动动机构采采用滚珠
3、珠丝杠副副2.导向向机构采采用滚动动直线导导轨3.执行行机构采采用步进进电机(二)接接口设计计1.人机机接口(1)采采用键盘盘作为输输入(2)采采用LEED作为为指示标标志(3)采采用数码码管作为为显示器器2.机电电接口 采用用光电耦耦合器作作为微型型机与步步进电动动机驱动动电路的的接口,实现电电气隔离离.(三)伺伺服系统统设计 采采用开环环控制(四)控控制系统统设计二.机械械系统的的设计计计算(一)滚滚珠丝杠杠的选型型与计算算由技术要要求,平平均载荷荷F=115000N,丝丝杠工作作长度LL=3000mmm,工作寿命命,传动动精度要要求设导程PP=5 mm ,则(1) 求计算载载荷 由条件件
4、,查机机电一体体化系统统设计表表2-66取=11.2, 查表表2-66取=11.2, 表22-4取取D精度度, 查查表2-6取=1.00,(2)计计算额定定动载荷荷计算值值Ca由式(2-44)(3)根根据选择择滚珠丝丝杠副 假设设选用FFC1型型号,按按滚珠丝丝杠副的的额定动动载荷CCa 等等于或稍稍大于的的原则,查表22-9选选以下型型号规格格FC1-25005-22.5 CCa=996100公称直径径 导导程 螺旋角角 滚珠直直径按表2-1中尺尺寸计算算滚道半径径 R=0.52=0.5523.1755=1.6511mm偏心距丝杠内径径(4)稳稳定性验验算1由由于一端端轴向固固定的长长丝杠在
5、在工作时时可能会会发生失失稳,所所以在设设计时应应验算其其安全系系数S,其值应应大于丝丝杠副传传动结构构允许安安全系数数 丝杠杠不会发发生失稳稳的最大大载荷称称为临界界载荷其中 EE=2006GppaL=0.3m 取取 则安全系数数查表2-10 S=2.5-33.3 SS 丝杠杠是安全全的,不不会失稳稳2高高速长丝丝杠工作作时可能能发生共共振,因因此需验验算其不不会发生生共振的的最高转转速-临临界转速速,要求求丝杠的的最大转转速 所以丝丝杠不会会发生共共振3此此外滚珠珠丝杠副副还受值值的限制制,通常常要求(5)刚刚度验算算滚珠丝杠杠在工作作负载FF(N)和转矩矩T(NNm)共共同作用用下引起起
6、每个导导程的变变形量为为式中,AA为丝杠杠截面积积,A=为丝杠杠的极惯惯性矩,G为丝丝杠切变变模量,对钢GG=833.3GGP aa;T(Nm)为转矩矩. 式中,为摩擦擦角,其其正切函函数值为为摩擦系系数;为为平均工工作载荷荷.取摩摩擦系数数为,则得按最不利利的情况况取(FF=)则丝杠在在工作长长度上的的弹性变变形所引引起的导导程误差差为通常要求求丝杠的的导程误误差小于于其传动动精度的的1/22,即该丝杠的的满足上上式,所所以其刚刚度可满满足要求求.(6)效效率验算算要求在990%-995%之之间,所所以该丝丝杠副合合格.经上述计计算验证证,FCC1-225055-2.5各项项性能均均符合题题
7、目要求求,可选选用.(二)滚滚动直线线导轨的的选型与与计算(1)YY方向导导轨由所给条条件得,该导轨轨的额定定工作时时间为由 得因滑座数数M=44,所以以每根导导轨上使使用2个个滑座,由表22-155-2-18确确定则由式22-9,得X方向导导轨由所给条条件得,该导轨轨的额定定工作时时间为由 得因滑座数数M=44,所以以每根导导轨上使使用2个个滑座,由表22-155-2-18确确定则由式22-9,得选用汉江江机床厂厂的HJJG-DD系列滚滚动直线线导轨,查表22-133,其中中HJGG-D226型号的的导轨的的Ca值值为1776000,能满满足八年年的使用用要求.(三)电电机的选选择1. 电机
8、类型型选择在开环控控制的中小型型伺服系系统中,可以采用用步进电机机。减速器传传动比计计算选各传动动齿轮齿齿数分别别为=220,=40,模数mm=2mmm,齿齿宽b=20mmm.。大大齿轮采采用双圆圆柱薄片片齿轮错错齿调整整。强度度强度检检验略。2. 电动机轴轴上总当当量负载载转动惯惯量计算算初选步进进电机775BFF0011,=将各传动动惯量及及工作台台质量折折算到电电动机轴轴上，得得总当量量负载转转动惯量量。惯量匹配配验算，满足要要求。4步进电电机负载载能力校校验步进电动动机轴上上得总惯惯量：空载启动动时，电电动机轴轴上得惯惯性转矩矩：电动机轴轴上得当当量摩擦擦转矩：设滚动丝丝杠螺母母副得预
9、预紧力为为最大轴轴向载荷荷得,则则因预紧紧力而引引起的、折折算到电电动机轴轴上的附附加摩擦擦转矩为为工作台上上的最大大轴向载载荷折算算到电动动机轴上上的负载载转矩为为于是空载载启动时时电动机机轴上的的总负载载转矩为为在最大外外载荷下下工作时时，电动动机轴上上的总负负载转矩矩为按表5-5查得得空载启启动时所所需电动动机最大大静转矩矩为按式5-39可可求得在在最大外外载荷下下工作时时所需电电动机最最大静转转矩为（四）光光电开关关的选择择 产品简介介E3R型型放大器器内置型型光电传传感器，低低成本，小小型光电电传感器器，采用用了耐药药品、耐耐油性都都很优秀秀的特氟氟龙（PPFA）能能够民晶晶圆片洗洗
10、净槽的的硫酸等等高温液液体的检检测相对对应。（-40 +2000），实实现了00.5mmm的高高重复精精度。采采用了防防止液体体的结构构。 应用范围围能为制造造过程提提供高性性能的目目标探测测、定位位和高分分辨率检检测,适适用于半半导体工工业中的的目标检检测等应应用产品性能能说明检测方式式：对射射型检出出距离：5M 动作模模态：遮遮光时OON，入入光时OON（可可切换）选择的产产品型号号：E33R-55E4 2M BY OMCC（五）接接近开关关的选择择选用CLLJ-AA系列MM8*11非埋入入式来源于：htttp:/三、控制制系统部分分设计该控制系系统采用用的微型型机为880C551单片片机
11、。执执行元件件采用直直流电机机（一）面面板的布布置图图五、面面板示意意图（二）操操作面板板功能介介绍1.位移移状态选选择开关关以手动或或自动操操作工作作台的移移动时，可可通过旋旋转此开开关来改改变工作作台的移移动状态态。位移控制制2启动动开关（按下此此开关机机床启动动）3停车车开关（按下此此开关机机床停车车。）4进给给轴选择择按钮开开关按下欲运运动的轴轴的按钮钮。被选选择的轴轴会以相相应的倍倍率进行行移动，松松开按钮钮则轴停停止移动动。5回零零位键（按下此此键工作作台回零零位）6显示示器 八八位晶体体管显示示器，显显示工作作台的位位置，精精确到00.0001mmm。X向位置置 Y向向位置7.X
12、零零位指示示灯ON表示XX向工作作台回零零位。OFFF表示示X向工工作台没没有回零零位。8.X限限位报警警ON表示XX向工作作台到达达极限位位置，需需要紧急急停车。OFFF表示示X向工工作台没没有回零零位9.Y零零位指示示灯ON表示YY向工作作台回零零位。OFFF表示示Y向工工作台没没有回零零位。10.YY限位报报警ON表示YY向工作作台到达达极限位位置，需需要紧急急停车。OFFF表示示Y向工工作台没没有回零零位11.正正常运行行指示灯灯ON表示机机床正常常运行。OFFF表示示机床没没有正常常运行（三）控控制系统统原理框框图图六、控控制系统统原理框框图（四）电电动机控控制原理理步进电机机控制接
13、接口电路路如图八八所示。图八、电电动机接接口电路路图（六）键键盘、显显示器接接口电路路分析键盘、显显示器接接口电路路如图十十一所示示。82799的SLL0用来来判断显显示X向向或显示示Y向位位移，SSL1-SL33经两片片74LLS1338分成成16路路作为发发光二极极管的位位选信号号，OUUTA00-OUUTA44和OUUTB00-OUUTB44送出段段选信号号。在位位选信号号中选出出5条作作为键盘盘列扫描描信号。图十一、键键盘、显显示器接接口电路路四、程序序（一）步步进电机机控制程程序ORG 881000HROUTTN2: MOVV RR2, COUUNT ;步步进电机机步数LOOPP0:
14、 MOVV RR3, #000H MOV DPPTR , #POIINT ;送控控制模型型指针JNB 000H,LLOOPP2 ；反转转，转LLOOPP2LOOPP1： MMOV A,R3 ;取控控制模型型MOVCC AA ,A+DDPTRR JZ LOOOP0MOV PP1,AAACALLL DELLAY ;延延时 INCC R3 DJNNZ R2,LOOOP1 ;步数未未走完，继继续 RETTLOOPP2: MMOV A, R33 ; ADDD AA,#007H MOVV RR3,AA AJMMP LOOOP11（二）键键盘程序序 MMOV DDPTRR,#77FFFFH ;指向向8277
15、9控制制口 MMOV AA ,#00HH ;键盘设设置为编编码扫描描，双键键锁定方方式 MMOVXX DPTTR, A ;输输出控制制字 MMOV A ,#2FHH ;置分频频数为115 MOVVX DDPTRR , A ;输出控控制字KO:MMOV 30HH,#11LCALLL LSLJMPP KEEYK1:MMOV 30HH,#66LCALLL LSLJMPP KEEYK2:MMOV A , #0EHH MMOV DPPTR , #177FFHH ;指向向83555 CC口，输输出X向向电机正正转代码码 MMOVXX DPPTR ,ALJMPP KEEYK3:MMOV 30HH,#22LC
16、ALLL LSLJMPP KEEYK4:MMOV 30HH,#77LCALLL LSLJMPP KEEYK5:MMOV A , #0DHH MMOV DPPTR , #177FFHH ;指向向83555 CC口，输输出X向向电机反反转代码码 MMOVXX DPPTR ,ALJMPP KEEYK6:MMOV 30HH,#33LCALLL LSLJMPP KEEYK7:MMOV 30HH,#88LCALLL LSLJMPP KEEYK8: 回回零位K9:MMOV 30HH,#44LCALLL LSLJMPP KEEYK10:MOVV 300H,#9LCALLL LSLJMPP KEEYK11:MO
17、VV AA , #0BBH MMOV DPPTR , #177FFHH ;指向向82555 CC口，输输出Y向向电机正正转代码码 MMOVXX DPPTR ,ALJMPP KEEYK12:MOVV 300H,#5LCALLL LSLJMPP KEEYK13:MOVV 300H,#0LCALLL LSLJMPP KEEYK14:MOVV AA , #077H MMOV DPPTR , #177FFHH ;指向向83555 CC口，输输出Y向向电机反反转代码码 MMOVXX DPPTR ,ALJMPP KEEY（三）显显示程序序LS ：MOOV DPPTR,#7FFFFHH ;指向882799控制
18、口口 MMOV AA ,#08HH ;16位位显示，左左入口 MMOVXX DPTTR, A ;输输出控制制字 MMOV A ,#2FHH ;置分频频数为115 MMOV AA ,#90HH MMOVXX DPPTR , AA ;输输出控制制字 MMOV R00 ,#30HH MMOV R22 ,#10HH MMOV DPPTR,#6FFFFHH ;指向882799数据口口AGAIIN：MMOV A ，R0 ;从片内内RAMM中取出出段选码码 MMOVXX DPPTR,A IINC R00 DDJNZZ R2 ,AGGAINN ;16位位未完，继继续五、参考考文献1.尤丽丽华主编编. 测测试技
19、术术. 机机械工业业出版社社, 2200662.张迎迎新等主主编.单单片机初初级教程程.北京京航空航航天大学学出版社社,19999.3.郑堤堤,唐可可洪主编编.机电电一体化化设计基基础. 机械工工业出版版社4.成大大先主编编 机械械设计图图册 化化学工业业出版社社,200005. 成成大先主主编 机机械设计计手册(减速器器.电机机与电器器). 化学工工业出版版社,2200446.机电电一体化化技术手手册编委委会编. 机电电一体化化技术手手册(上上.下). 机机械工业业出版社社,199997.高学学山编著著. 光机电电一体化化系统典典型实例例. 机机械工业业出版社社,20006,8.潘新新民,王王燕芳主主编.微微型计算算机控制制技术.电子工工业出版版社,220055.