机电一体化课程设计机设Word文件下载.doc

1、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

2、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. . . . . . .11. 任务与分析. . . .22. 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.73. 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

3、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

4、，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

5、 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 2 1 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 1.2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 80C Max（额定电流） 环境温度 -20C50C绝缘电阻 100M Min，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 2

6、20N（距法兰面20mm） 轴向最大负载 60N电气规格（Electrical Specification）型号 Model额定电压 Rated Voltage（V） 电流/相 （峰值） Current /Phase（A） 保持转矩 Holding Torque（Nm） 转动惯量 Rotor Inertia（gcm2） 轴径 Shaft DiameterD（mm） 键 Key重量 Weight（Kg） 机身长度 Shaft Length适配驱动器 DM397H3251.752.013201242069DMDT68DM397L405.8DM3910H4.024003.097DM3910LDM39

7、13H2.256.0380014125DM3913L3480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

8、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

9、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09（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123456789数字键区LeftUpDownRight显示器开关按钮回零按钮ALARMRS232Enter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

10、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

11、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-51P2.6P2.7P1.0P1.222556888855277INT0INT1RXDTXDRESETP0.6P0.7P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0UCCRES232