二维运动平台说明书

### 二维运动平台关键技术知识点解析 #### 一、二维运动平台总体方案设计 **1.1 系统的运动方式与伺服系统的选择** 在选择二维运动平台的伺服系统时，主要考虑了系统的功能需求，例如X-Y两轴联动、加工任意平面曲面的能力以及自动换象限等功能。为了满足这些要求，选择了连续控制系统。考虑到该平台主要用于毛坯料的初加工，且不需要误差补偿，因此采用了开环控制系统。 此外，根据任务书规定的脉冲当量（未达到0.001mm）和定位精度（未达到微米级），以及空载最快移动速度仅为2000mm/min，决定不采用高档次的伺服电动机（如交流伺服电动机或直流伺服电动机）。而是选择了性能较好的步进电动机作为驱动源，这样可以在确保性能的同时降低成本，提高性价比。 **1.2 机械传动方式** 为了将伺服电动机的旋转运动转换为直线运动，并达到所需的0.01mm脉冲当量和0.10mm定位精度，采用了滚珠丝杠螺母副作为传动装置。这种结构不仅可以满足精度要求，还可以提高传动刚度并消除传动间隙，通过预加负荷的方式进一步增强了系统的稳定性。 **1.3 计算机系统** 该设计方案选择了8位微机作为控制系统的核心，具体采用了MCS-51系列单片机中的8031、80C31等型号。这些单片机具有集成度高、可靠性好、功能强大、速度快、抗干扰能力强等优点，非常适合用于此类控制系统的开发。此外，还采用了DSP和基于DSP的运动控制芯片，以及ARM嵌入式微处理器技术等高级解决方案。 #### 二、进给伺服系统机械部分设计计算 **2.1 确定系统脉冲当量** 脉冲当量是指每个进给脉冲使得运动部件产生的位移量，是衡量数控机床加工精度的重要指标。对于该二维运动平台，设计要求脉冲当量为0.01mm/step，这意味着每发出一个脉冲信号，运动部件就会移动0.01mm的距离。 **2.2 确定系统切削力** 根据设计要求，机床在不同方向上的切削负载分别为：X向1000N；Y向1200N；Z向1500N；G为1500N。这些数据对于后续的机械设计计算非常重要，尤其是对于选择合适的驱动电机和传动机构来说。 **2.3 直线滚动导轨副的计算与选型** 针对直线滚动导轨副的选择，首先需要计算滑块承受的工作载荷。考虑到最不利情况下的垂直方向载荷，假设所有载荷都由一个滑块承担，则单个滑块所受的最大垂直方向载荷计算公式为： \[F_v = \frac{G + F_c}{2}\] 其中，\(G\) 是移动部件重量（1500N），\(F_c\) 是外加载荷。代入数值后得到最大工作载荷为1875N。根据此值，初选直线滚动导轨副型号为KL系列的JSA-LG25型，其额定动载荷为17.7kN，额定静载荷为22.6kN。为了满足工作台的尺寸要求（1000mm × 800mm），并留有一定的行程余量，导轨的长度选择为1960mm。 **2.3.1 距离额定寿命L的计算** 计算导轨副的距离寿命L时，需考虑多种因素的影响，包括滚道硬度、工作温度、接触系数、精度等级以及载荷系数等。根据给定条件，硬度系数\(f_H=1.0\)、温度系数\(f_T=1.00\)、接触系数\(f_E=0.81\)、精度系数\(f_A=0.9\)、载荷系数\(f_L=1.5\)，代入相应的计算公式中得到距离寿命L的具体数值。 通过对二维运动平台的总体方案设计及其进给伺服系统机械部分设计计算的详细介绍，我们可以清晰地了解到这一系统的关键技术和设计思路。这些技术细节不仅对于系统的稳定性和精度至关重要，同时也为后续的开发和优化提供了重要的理论基础和技术支持。