机电一体化课程设计机设Word文件下载.doc
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教研室主任
陈小异
一、基本任务及要求
1.设计任务
1)课题内容简介或设计要求:
完成如图所示两轴步进电机驱动运动工作台及控制系统的设计;
要求工作台旋转输出精度2mrad,工作台重20Kg,具备锁住功能,步进电转速<
300rpm,有
手动控制旋转角度功能和角度显示功能;
2)包括步进电机及驱动器的选择、减速器的设计、单片机控制、
输入电路、控制电路、等主要组成部分。
3)设计内容包括:
总体设计,机械系统的设计与计算,计算机
控制系统设计,编写设计计算说明书;
2.要求
1)机械部分的设计:
零件图,装配图;
2)计算机控制系统的设计:
控制系统接口图。
二、进度安排及完成时间
1.设计时间二周(从2011年11月14日至2011年11月25日)
2.进度安排
第1周
第2周
整理设计资料;
按格式撰写设计说明书;
上交设计作业;
并参加答辩。
目录
摘要……………………………………………………………………….......1
1.任务与分析……………………………………………………………......2
2.总体方案的设计…………………………………………………………...3
2.1总体方案的设计…………………………………………………..3
2.2机械部分的设计…………………………………………………….4
2.2.3步进电机的选择…………………………………………………..5
2.3控制面板的布局及按钮的功能设计………………………………..6
2.4控制系统的设计……………………………………………………..7
3.程序编写…………………………………………………………………...13
3.1流程图………………………………………………………………….13
3.2键盘子程序……………………………………………………………13
结论………………………………………………………………........20
参考文献………………………………………………………………....21
摘要
随着数控技术的普及,现在越来越多的设备都离不开这项技术了。
本课程设计说明书围绕数控技术展开了一系列的讨论和说明。
首先,为满足课程设计的要求,控制系统采用的是MCS-51单片机控制系统,该系统的性能较好,价格也还算公道,比较适合完成此课程设计(即数控旋转台的设计)的相关任务。
但由于MCS-51单片机的驱动能力有限,不能直接带动工作台旋转,所以还必须外接一个驱动器,所以驱动电路的设计在此说明书中占有比较大的比例,根据设计任务的要求,可采用开环控制的步进电机驱动电路。
当然整个系统离不开机械部分的支持,所以机械部分的设计也尤为重要,此说明书主要针对步进电机、轴承的选择,以及蜗杆蜗轮的配合等做了相应的阐述。
关键词:
数控技术MCS-51单片机驱动电路
1.任务与要求
300rpm,有手动控制旋转角度功能和角度显示功能;
2)包括步进电机及驱动器的选择、减速器的设计、单片机输入电路、控制电路、等主要组成部分。
总体设计,机械系统的设计与计算,计算机控制系统设计,编写设计计算说明书;
2.总体方案的设计
2.1数控旋转台总体设计
数控旋转台根据其特点,大致包括以下主要部件:
1.完成最终功能的机械执行部件(即产品的机械装置);
2.操作者操纵产品的工作以及了解产品的工作状态的操作面板;
3.处理操作指令的控制系统;
4.对控制系统发出的控制信号进行发大以及驱动相应设备的驱动电路。
1转角轴驱动电机2连接盘3联轴器4右转位半轴5转角轴支架6传动轴7夹盘8转角主轴9左转位半轴10转位蜗轮轴支架11转位蜗轮12转位蜗杆13工作台壳体14转角轴蜗杆15转角轴蜗轮16齿轮17
齿轮18定位键19连接盘20转位轴驱动电机21底座
图1两轴数控旋转工作台的结构
2.2步进电机的选择
表2-2电机参数
相数
三相
步距角
1.2º
步距角精度
±
5%(整步,空载,无累积误差)
电阻精度
10%
电感精度
20%
温升
80º
CMax(额定电流)
环境温度
-20º
C~50º
C
绝缘电阻
100MΩMin,500VDC
介电强度
500VAC,1分钟
径向间隙
0.06Max(450g负载)
轴向间隙
0.08Max(450g负载)
径向最大负载
220N(距法兰面20mm)
轴向最大负载
60N
电气规格(ElectricalSpecification)
型号
Model
额定电压
RatedVoltage
(V)
电流/相
(峰值)
Current/Phase
(A)
保持转矩
HoldingTorque
(N·
m)
转动惯量
RotorInertia
(g·
cm2)
轴径
ShaftDiameter
ΦD
(mm)
键
Key
重量
Weight
(Kg)
机身长度
ShaftLength
适配驱动器
DM397H
325
1.75
2.0
1320
12
4×
20
69
DMDT68
DM397L
40
5.8
DM3910H
4.0
2400
3.0
97
DM3910L
DM3913H
2.25
6.0
3800
14
125
DM3913L
3480
首先必须要明白步进电机的工作原理,它将是电脉冲信号变为角位移或线位移的开环控制元件,所以步进电机常用于开环系统的控制,这一点刚好能满足课程设计中开环控制的要求。
在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则相应转过一个角度(这个角度叫做步矩角,是步进电机中一个很重要的参数)。
由于这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累计误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常很方便,其次,还要知道虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用,因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
要正确地选择步进电机,还必须清楚它的特性,主要有以下几点:
1.步进电机必须加驱动才可以运转,驱动信号必须为脉冲信号,没有脉冲的时候,步进电机静止,如果加入适当的脉冲信号,就会以一定的角度转动。
转动的速度和脉冲的频率成正比;
2.步进电机电机具有瞬间启动和急速停止的优越特点;
3.改变脉冲的顺序,可以方便地对步进电机进行调整。
要根据转矩和步矩角选择合适的步进电机,表3-2所述,可选择型号为DM39系列的步进电机,步矩角为1.2度,保持转矩为7.6N.m。
步进最高转速为900转/分钟。
2.3控制系统的设计
2.3.1操作控制面板的功能设计及按钮的布局设计
布局如图二,包括LCD显示器(用于显示五位分度角度)、数字键0~9(用于输入分度角度)、Left和Right键(用于左右移动光标)、Up和Down键(用于增加或减少每一位的数值)、回零按钮(用于分度转台的机械回零)、显示器开关按钮、报警指示灯、串口RS232指示灯以及Enter键(完成输入分度角度之后,按下此键分度转台转过相应的角度)。
LCD显示器
1
2
3
4
5
6
7
8
9
数字键区
Left
Up
Down
Right
显示器开关按钮
回零按钮
ALARM
RS232
Enter
图2操作控制面板布局设计
2.3.2控制系统的设计
首先要明确控制系统的基本硬件包括:
CPU、存储器(程序存储器ROM和数据存储器RAM)、I/O接口电路等。
由于单片机具有以下的特点:
1.优异的性价比;
2.集成度高、体积小、可靠性高。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连续,大大提高了计算机的可靠性与抗干扰能力,另外,其体积小,对于强磁环境,易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作;
3.控制功能强。
为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中有丰富的转移指令、I/O的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机;
4.低功耗、低电压,便于生产便携式产品;
5.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
由于单片机具有以上的特点,微处理可选择MCS-51的单片机。
MCS-51的单片机共有四个8位的并行I/O口,分别记作P0、P1、P2、P3,也就是说一共有32个接口,由于课程设计所完成的功能比较简单,32个接口足够用了,不需要再进行扩展I/O的设计,但要知道这四个8位的并行I/O口都有相同的特殊功能寄存器,并且具有字节寻址和位寻址的功能,每个口都包含一个锁存器,一个输出驱动器和输入缓冲器,其中P0口的驱动能力最强,可驱动八个LSTTL负载,其他口只能驱动四个,另外P3口具有第二功能(包括RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1、WR、RD)。
MCS-51的单片机与控制面板的链接设计如图3:
MCS-51
P2.6
P2.7
P1.0
~
P1.222556888855277
INT0
INT1
RXD
TXD
RESET
P0.6
P0.7
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
UCC
RES232