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二维步进单片机控制工作台机械系统设计.doc
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2022-07-03
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二维步进单片机控制工作台机械系统设计
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摘要
本系统采用一级齿轮减速,带动丝杠传动,通过螺母的直线移动带动工作台运动。
根据脉冲当量、步矩角、丝杠导程来确定齿轮的传动比,根据负载转矩的大小来校核丝
杠传动的强度。 单片机控制二维工作台是众多控制机械传动方法的一种,它利用单片机
发出指令控制步进电机的转角和转速,进而控制 X-Y 工作台两方向的移动,实现画线,移
动物体等功能,常用于试验教学。
单片机控制二维工作台主要由三部分组成:工作台及传动支撑部分,减速装置,控
制部分及电机组成。
单片机控制的 X-Y 工作台系统可以设计为开环,半闭环和闭环伺服系统三种。本设计
采用开环伺服系统,通过单片机控制步进电动机的驱动,经传动机构动带动工作台的运
动。系统没有检测装置。机械结构设计首先根据工作台的最大载荷,选取导轨副,设计
工作台,然后进行结构设计,受力分析,转矩计算,画出工作台的装配草图,再选择步
进电动机的型号,进而设计选择滚珠丝杠,最后设计出 X-Y 工作台,画出其装配图。
关键词 工作台;步进电机;脉冲当量;步距角
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Abstract
SCM control of the XY table system can be designed for the open-loop, semi-closed-loop
system and closed-loop servo three. I design is open-loop servo systems using the stepper motor
driven by the stepper motor control microcontroller-driven, driven by the transmission
mechanism dynamic table of the campaign. System is not detecting device. Mechanical
structural design of the first table under the maximum load, select the rails of the design table,
and then the structural design, mechanical analysis, torque, the assembly table to draw the draft,
then select the type stepper motor, thereby Design choices ball screw, the final design XY table,
draw their assembly.
The system uses a gear to reduce speed transmission driven screw, nut straight through
mobile workstation driven campaign. According to pulse equivalent, step moment Kok, screw
lead to determine the gear transmission ratio, according to the size of load torque than the
strength of the screw drive. SCM control of two-dimensional table of the many methods of
control of a mechanical transmission, it issued a directive by SCM stepper motor control and the
speed of rotation, thereby control the direction of the two XY table movement, and drawing a
line, moving objects , And other functions, commonly used in the trial of teaching.
SCM control of two-dimensional table mainly consists of three parts: transmission and
support of the table, deceleration devices, motor control parts and components.
Keywords table stepper motor control microcontroller-driven pulse equivalent step moment
kok
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目录
1 绪论................................................................................................................1
1.1 课题研究的背景......................................................................................................................1
1.2 工作台的分类..........................................................................................................................1
1.3 本设计工作台的作用和特点..................................................................................................3
1.4 步进电机的发展现状..............................................................................................................3
1.5 单片机的发展现状..................................................................................................................5
2 方案原理的设计................................................................................................6
2.1 总体方案的选择和说明..........................................................................................................6
2.2 总体方案实现的系统组成框图..............................................................................................7
3 零件设计.........................................................................................................7
3.1 步进电机的设计......................................................................................................................7
3.1.1 步进电机的组成及工作原理.............................................................................................7
3.1.2 步进电机的选择.................................................................................................................9
3.1.3 步进电机的校核.................................................................................................................9
3.2 减速器设计............................................................................................................................10
3.2.1 主动齿轮的选择与计算.....................................................................................................10
3.2.2 从动齿轮的选择与校核...................................................................................................12
3.2.3 轴的设计...........................................................................................................................12
3.3 轴承的设计............................................................................................................................18
3.3.1 小轴两端轴承的选择和计算...........................................................................................19
3.3.2 大轴两端轴承的选择和计算...........................................................................................20
3.4 联轴器的设计........................................................................................................................20
3.4.1 步进电机输出轴与小齿轮轴之间联轴器的选择与计算...............................................20
表 3-5 联轴器的性能比较:.....................................................................................................20
3.4.2 大齿轮轴和滚珠丝杠间联轴器的选择和计算...............................................................22
3.5 键的设计................................................................................................................................23
3.6 丝杠的设计............................................................................................................................23
3.6.1 丝杠的特点.......................................................................................................................23
3.6.2 丝杠的选择.......................................................................................................................25
3.6.3 丝杠的校核计算...............................................................................................................25
3.7 导轨的设计............................................................................................................................27
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3.7.1 直线滚动导轨的选型.......................................................................................................28
3.7.2 直线滚动导轨的校核计算...............................................................................................29
3.8 支座的特点及材料组成........................................................................................................31
结论................................................................................................................33
致谢................................................................................................................34
参考文献..........................................................................................................35
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1 绪论
1.1 课题研究的背景
本设计结合机电一体化课程教学环节需要,设计用单片机作为控制系统的 X-Y 工作台。
通过论述 X-Y 工作台机械结构设计。设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中
的共性和关键技术。微型计算机控制机械传动毕业设计是机电一体化专业的学生必须要
经历的一个重要的实践环节。通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通,从
而达到温故而知新的目的,提高解决实际工程课题的能力。根据教学要求,结合自己的
资料掌握状况,选择基于单片机控制二维工作台机械部分的设计作为毕业设计课题。单
片机控制二维工作台是众多控制机械传动方法的一种,它利用单片机发出指令控制步进
电机的转角和转速,进而控制 X-Y 工作台两方向的移动,实现画线,移动物体等功能,常
用于试验教学。单片机控制二维工作台主要由三部分组成:工作台及传动支撑部分,减
速装置,控制部分及电机组成。加工工件固定在 XY 工作台上。X、Y 两方向的运动各由
一台步进电机控制。控制系统每发出一个信号,步进电机就走一步,并通过中间传动机
构带动两方向的丝杠旋转,分别使得 X、Y 工作台进给。数控系统由单片机、键盘、变频
检测系统构成,具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝自动处理等主要功能。
1.2 工作台的分类
(1)纳米级微动工作台的研究现状及发展趋势
纳米级微动工作台为从事纳米科学技术研究提供一维、二维或三维的纳米级微运动,
是纳米科学技术研究应必备的关键仪器设备。现代纳米科学技术的快速发展对微动工作
台提出了迫切的更高要求,即在提供大范围运动的前提下,还应具有纳米级的运动精度。
在为纳米科学技术研究提供小范围纳米级精度的微运动时,最常见的是以压电陶瓷 PZT
作为驱动部件的柔性铰链机构微动工作台,要为纳米科学技术研究提供大范围纳米级精
度的微运动时,柔性铰链机构、压电堆、丝杆滑动机构和气浮微动工作台等却都不能满
足要求,它们不能同时实现纳米级运动精度和大运动范围。磁悬浮微动工作台由于运动
平台和驱动机构采用非接触的磁悬浮驱动技术,因此,易于实现大范围纳米级微运动,
并且消除了摩擦、磨损对运动精度造成的影响。
(2) 纳米级微动工作台的研究现状:
① 柔性铰链式微动工作台
柔性铰链微动机构是近年来发展起来的一种新型的微位移机构。它的特点是结构紧
凑、体积很小,可以做到无机械摩擦、无间隙,具有较高的位移分辨率,可达 1 nm。使用压
电或电致伸缩器件驱动,可以实现亚微米甚至是纳米级的精度,同时不产生噪音和发热,可适
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- milesbbbb2024-01-02资源内容详细全面,与描述一致,对我很有用,有一定的使用价值。
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