步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì),步進(jìn),電動(dòng)機(jī),驅(qū)動(dòng),聯(lián)動(dòng),工作臺(tái),設(shè)計(jì)
結(jié)束
CALL SUB2
CALL SUB1
開始
YE>0
YE>0
返回
XOY=1
L1
XOY=2
L2
XOY=3
L3
XE>0
開始
逆圓(NR)
SUB1
置入
XE、XW、YW、YE
N
Y
Y Y
N N
XOY=4
L4
開始
SUB2
置入XE,YE,XW,YW,FM=0,NXY=︱XW-XE︱+︱YW-YE︱
XOY=?
L4
L3
L2
L1
FM≥0
FM≥0
FM≥0
FM≥0
Y Y Y Y
進(jìn)給
+△Y
進(jìn)給
+△X
進(jìn)給
+△X
進(jìn)給
-△Y
進(jìn)給
-△X
進(jìn)給
-△Y
進(jìn)給
+△Y
進(jìn)給
-△X
N N N N
FM-2YE+1 = FM;FM+2XE+1=FM
YE-1=YE; XE+1=XE
FM-2XE+1=FM;FM+2YE+1=FM
XE-1=XE; YE+1=YE
Y N Y N
NXY-1 NXY
NXY=0?
N
返回
結(jié)束
Y
Y
機(jī) 械 專 業(yè) 綜 合 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì)
學(xué) 院(系)
專 業(yè)
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步進(jìn)電機(jī)的兩軸聯(lián)動(dòng)單元設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 III
1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1
1.1 設(shè)計(jì)概括 1
1.2 設(shè)計(jì)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(jì)內(nèi)容 2
3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 2
3.2滾珠絲杠的計(jì)算、選擇 3
3.3工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算及滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇 4
3.3.3.步進(jìn)電機(jī)控制的X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì) 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(dòng)電路的原理圖 6
5 四象限圓弧插補(bǔ)程序流程圖 7
5.1用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行圓弧插補(bǔ)計(jì)算:? 7
5.2四象限圓弧插補(bǔ)流程圖 7
6、總結(jié) 8
參 考 文 獻(xiàn) 9
摘要
步進(jìn)電機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)控制單元,首先確定設(shè)計(jì)的總體方案,然后對(duì)選擇步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、工作臺(tái)等機(jī)械部分進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì),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(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:滾珠絲杠 滾動(dòng)導(dǎo)軌 步進(jìn)電機(jī) X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)
1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
1.1 設(shè)計(jì)概括
步進(jìn)電機(jī)控制的兩軸聯(lián)動(dòng)控制單元,首先確定設(shè)計(jì)的總體方案,然后對(duì)選擇步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌、工作臺(tái)等機(jī)械部分進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件及軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì),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(dòng)電源電路原理圖設(shè)計(jì)。?
?關(guān)鍵詞:滾珠絲杠?滾動(dòng)導(dǎo)軌?步進(jìn)電機(jī)??X、Y兩軸聯(lián)動(dòng)
1.2 設(shè)計(jì)目的和要求
? 設(shè)計(jì)目的:在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上,強(qiáng)化訓(xùn)練開伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),驅(qū)動(dòng)電路原理設(shè)計(jì)等。
具體要求:1、滾珠絲杠雙支撐 2、電動(dòng)機(jī)、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(bǔ)程序流程圖
1.3 原始要求
(1) 工作臺(tái)工作行程:100*100;
(2) 空載啟動(dòng);
(3) 工作臺(tái)面應(yīng)為T型槽結(jié)構(gòu);臺(tái)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(jì)的內(nèi)容包括:系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定,執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)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(jìn)行方案的分析。
1)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定
該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)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(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).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(dòng)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(yùn)動(dòng)精度要求不高,為簡化結(jié)構(gòu),降低成本,宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
3) 控制系統(tǒng)的選擇
采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高,可靠性好,功能強(qiáng),速度快,性價(jià)比高??刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)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(shí)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(tái)的傳動(dòng)方式
為保證一定的傳動(dòng)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(dòng)副。為提高傳動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大,故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副,從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù),提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
方案的流程圖
圖2-1系統(tǒng)總框圖
3 設(shè)計(jì)內(nèi)容
3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇
電機(jī)選擇磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
(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(jìn)電機(jī)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊,選擇步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)見下表。
表3-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表
型號(hào)
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(dòng)頻率/(step/s)
3700
空載運(yùn)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(jì)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(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為:?CM系列滾珠絲桿副,其型號(hào)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(hào)
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(dòng)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(tái)外形尺寸及重量初步估算及滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇
3.3.1工作臺(tái)臺(tái)面應(yīng)為T型槽結(jié)構(gòu);臺(tái)面尺寸200*200;
工作臺(tái)工作行程:100*100.
3.3.2滾動(dòng)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(jìn)電機(jī)控制的X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖
圖3-1 X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)機(jī)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(bǔ)程序流程圖
5.1用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行圓弧插補(bǔ)計(jì)算,每走一步都需要以下四個(gè)步驟:?
1)判別偏差:Fi≥0或Fi<O?,從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算方向進(jìn)給。
2)偏差計(jì)算:進(jìn)給一步后計(jì)算新的加工偏差。
3)終點(diǎn)判別:進(jìn)給一步后,終點(diǎn)計(jì)數(shù)器,若為零,表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ),不為零則返回第一步繼續(xù)插補(bǔ)。
5.2四象限圓弧插補(bǔ)流程圖
圖5-1 四象限圓弧插補(bǔ)程序流程圖
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 張建民主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(修訂版)北京:北京理工大學(xué)出版社2006.2
[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2005
[3] 鄭提主編. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社.1997
[4] 陳國定等主編. 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2013
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步進(jìn)
電動(dòng)機(jī)
驅(qū)動(dòng)
聯(lián)動(dòng)
工作臺(tái)
設(shè)計(jì)
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步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)X-Y兩軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì),步進(jìn),電動(dòng)機(jī),驅(qū)動(dòng),聯(lián)動(dòng),工作臺(tái),設(shè)計(jì)
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