机械电子课程设计

题目：数控平台设计

目录。机械部分。

设计任务2总体方案设计3

导轨的选用4

滚珠丝杠、轴承的选用及核算5

步进电机、联轴器的选择与校核13

电气部分。步进电机简介16

高耐压、大电流复合晶体管ic—uln2003简介16

单片机硬件接线图以及i/o分配20

单片机程序20

设计感想24

参考文献25

一、设计任务。

1.1设计任务介绍及意义。

一）课程设计题目。

机电传动单向数据平台设计。

二）主要内容包括。

1)机械传动结构设计(2)电气测控系统。

三）课程设计意义：

培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。

培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。

培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本素质的训练。

树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。

1.2设计任务明细：

电机驱动方式；步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。

机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动；

电气控制方式：单片微机控制、plc控制；

功能控制要求：速度控制，位置控制；

主要设计参数：单向工作行程 mm；

移动负载质量 kg；

负载移动阻力 n；

移动速度控制 m/min

1.3设计的基本要求。

方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优。

总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图（a2一张）。

电气原理图：根据控制功能要求，完成电气控制设计，给处电气控制电路原理图（a3图一张）。

成果展示：课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计图纸上，完成课程设计说明书一份，字数为以上，设计图纸不少于两张。

5 绘图及说明书：用计算机绘图或手工绘图，打印说明书。

二、总体方案设计。

2.1设计基本依据。

步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或位移的控制电机。它的直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比，所以电机的线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大的范围内调节电机的转速，并能快速启动、制动和反转，同时电机的运动方向取决于控制绕组的通电顺序。步进电动机适合于作为数字控制系统的伺服元件。

混合式步进电动机步距角小，启动和运行频率较高；消耗功率小。

滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动的常用装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。滚珠丝杆的主要工作原理是在丝杆和螺母上加工有弧形螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋管道，并在滚道内装满滚珠。

而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管道作周而复始的循环运动。回珠管道两端还起挡滚珠的作用，以防止滚珠沿滚道掉出。特点：

①摩擦阻力小，传动效率高（一般在90%以上）；②运转平稳，启动时不颤动，低速时不爬行；③螺母和螺杆经调整预紧，可以得到很高的定位精度（）重复定位精度（）并可以提高轴向刚度④工作寿命长，不易发生故障。适用于金属切削机床、测试机械、仪器的传动螺旋和调整螺旋等。

可编程序控制器plc可靠性高、抗干扰能力强，能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰，能抗1000v、1脉冲的干扰，能在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作，plc能够承受电网电压的变化，即使在电源瞬时断电的情况下，仍可以正常工作。另外plc是通过软件实现控制的，其控制程序编在软件中，实现程序软件化，因而对于不同的控制对象都可以采用相同的硬件配置。plc 提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。

而且plc体积小、能耗低、便于机电一体化。通过plc可以实现对步进电动机的控制，实际上控制时电动机的转动受脉冲控制。利用plc产生高速脉冲串，调节脉冲频率，从而实现步进电动机启动加速、恒速运行、减速停止过程。

2.2总体方案确定，参数初设如下：

电机驱动方式：步进电机。

机械传动方式：滚珠丝杠。

电气控制方式：单片机控制。

功能控制要求：速度控制。

主要设计参数：单向最大工作行程——1500mm

移动负载质量——100kg；定位精度0.01mm

负载移动阻力——100n；移动速度控制——6

空载移动速度——12m/min;

选用矩形导轨；工作台滑动摩擦系数；

丝杠两端为固定支撑（f-f），每个支座安装圆锥滚子轴承，三、导轨的选用。

导轨设计要求。

导轨是机床的关键部件之一，其性能好坏，将直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。导轨设计应满足：导向精度、耐磨性、低速运动平稳性、刚度、结构简单、工艺性好、便于间隙调整、具有良好的润滑和防护等要求。

导轨设计程序及内容。

1）根据机床的工作条件、性能特点，选择导轨的结构类型、截面形状和结构尺寸。

2）计算导轨面的平均压强和最大压强，选择导轨材料、表面精加工方法和热处理方法，以及摩擦表面的硬度匹配。

3)设计导轨间隙调整装置。

4）设计导轨的润滑系统及防护装置。

5）确定导轨的精度和技术要求。

安装，进行预拉伸。

四、机械传动系统设计及核算。

滚珠丝杠、轴承的选用及核算。

五、步进电机、联轴器的选择与校核。

电气控制系统设计。

步进电机是一种特殊的机电元件，不能直接接到交直流电源上工作，必须使用专用的驱动器。步进电动机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于cp脉冲的有无或频率。环形分配器用来接受来自控制器的cp脉冲信号，并按步进电动机工作方式要求的各相脉冲信号状态顺序产生各相导通或截止的信号，但是环形分配器的输出电流很小，不能直接驱动步进电动机，因此需要功率放大器实现对脉冲分配回路输出的弱信号进行放大，产生电机脉冲信号工作所需的激磁电流。

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