步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章：直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　1．工作臺(tái)的選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　2．滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇計(jì)算和校核錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　3．滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算和校驗(yàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

2、</p><p>　　4．軸承的選擇計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　第二章：步進(jìn)電機(jī)的選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　1.脈沖當(dāng)量的選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　2.等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　3．系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</

3、p><p>　　4．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　5.一級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　第三章：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　1.控制器選型及存儲(chǔ)器擴(kuò)展分析錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　2.系統(tǒng)功能選擇實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。<

4、;/p><p>　　3.系統(tǒng)狀態(tài)顯示錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　4.系統(tǒng)端口分配方式錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　5.軟件編程算法實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　第四章：程序執(zhí)行流程錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　第五章：控制流程圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p>

5、<p>　　第六章：機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的建模與仿真錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　心得體會(huì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　第一章：直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．工作臺(tái)的選擇</b></p><p>

6、;　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求初選工作臺(tái)為，密度7.81，質(zhì)量約為14Kg。</p><p>　　2．滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇計(jì)算和校核</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够瑝K與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。 驅(qū)動(dòng)功率大幅

7、度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。 與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 </p><p>　　適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。 能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能

8、力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。 簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。</p><p>　　滑塊可選用基本尺寸為，導(dǎo)軌副材料的選擇為灰鑄鐵HT200，因?yàn)樗哪湍バ院蜏p震性好，熱穩(wěn)定性好，容易鑄造和切削加工，成本較低。因設(shè)計(jì)任務(wù)要求，選用四塊這樣的滑塊組成雙排導(dǎo)軌，則總質(zhì)量約為：。</p><

9、p>　　2．1滾動(dòng)體的尺寸和數(shù)目</p><p>　　滾動(dòng)體的直徑越大，滾動(dòng)摩擦系數(shù)就越小，摩擦阻力也就越?。粷L動(dòng)體的直徑過(guò)小，不但摩擦阻力會(huì)加大，而且會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)的現(xiàn)象。因此在不受限制的情況下滾動(dòng)體的直徑越大越好，本次選擇滾珠直徑8mm，</p><p>　　查文獻(xiàn)[3]式5-6有：</p><p>　　其中，Z 為滾珠數(shù)目；</p><p

10、>　　G運(yùn)動(dòng)部件的重力，單位N；</p><p>　　D為滾珠直徑，單位mm</p><p>　　則：，所以選每一導(dǎo)軌滑塊上滾珠的數(shù)目為7。</p><p>　　2．2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　強(qiáng)度的判斷條件是判別受力最大的那個(gè)滾動(dòng)體上的載荷是否超過(guò)了許用載荷。如果一條導(dǎo)軌上承受一個(gè)作用在導(dǎo)軌面上的力和力矩，則受力最大的

11、滾動(dòng)體就是位于最外側(cè)的。</p><p>　　查文獻(xiàn)[3]式6-5可得在一個(gè)滾動(dòng)體上的許用載荷： </p><p>　　其中，對(duì)于淬火鋼珠鑄鐵導(dǎo)軌=125N/；對(duì)HT200導(dǎo)軌，導(dǎo)軌材料的硬度系數(shù)；</p><p><b>　　則： </b></p><p><b>　　由此可知強(qiáng)度滿足。</b>&

12、lt;/p><p>　　2.3校核導(dǎo)軌副的壽命</p><p>　　由文獻(xiàn)[1]式3-22得：</p><p>　　其中，為工作時(shí)間壽命，單位h；</p><p>　　為工作的有效行程長(zhǎng)度，單位m；</p><p>　　為每分鐘往復(fù)的次數(shù)，單位：次/min</p><p><b>　　代入

13、數(shù)據(jù)得： </b></p><p>　　因有四個(gè)滑塊，所以每一導(dǎo)軌上使用兩個(gè)滑塊，則：</p><p>　　由文獻(xiàn)[4]表3-14和3-17確定以下系數(shù)：</p><p>　　其中，K為壽命系數(shù)，一般取50km；</p><p>　　F滑塊的工作載荷，單位N；</p><p><b>　　為硬度系

14、數(shù)，=；</b></p><p><b>　　為溫度系數(shù)，=1；</b></p><p><b>　　為接觸系數(shù)，=；</b></p><p>　　為負(fù)荷系數(shù)，=1.5。</p><p><b>　　而且；</b></p><p><b

15、>　　所以：；</b></p><p>　　即 17500N，選用漢江機(jī)床廠HJG-D25有線導(dǎo)軌，查文獻(xiàn)1表3-14至3-17得HJG-25型導(dǎo)軌的，，所用的導(dǎo)軌能滿足壽命要求。</p><p>　　3．滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算和校驗(yàn)：</p><p><b>　　3.1初選滾珠絲杠</b></p><p&g

16、t;　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，滾珠絲杠直徑初定為25mm，導(dǎo)程Ph=8mm ，制造精度為3級(jí)。</p><p><b>　　3.2絲桿的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　=，其中：為機(jī)械傳動(dòng)速度，單位是mm/min。</p><p><b>　　則：=；r/min</b></p><p><b>

17、　　3.3行程補(bǔ)償值</b></p><p>　　滾珠絲桿的熱變形將導(dǎo)致長(zhǎng)度，定位精度的變化，可由下面的方法進(jìn)行補(bǔ)償：</p><p>　　其中：為溫度上升值，一般為取；</p><p>　　為有效行程，單位是；</p><p><b>　　則： </b></p><p>　　3.4兩

18、端固定支撐方式的預(yù)拉伸補(bǔ)償熱變形</p><p>　　在采用兩端固定安裝方式時(shí)，還要采用絲桿預(yù)拉伸的方法來(lái)進(jìn)一步補(bǔ)償熱變形，預(yù)拉伸為：</p><p>　　式中： E為彈性模量，； </p><p>　　d為絲桿公稱直徑，mm；</p><p><b>　　故：N </b></p><p>　　3

19、.5滾珠絲桿副軸向載荷的計(jì)算（參考文獻(xiàn)[5]的P.101--P.103]）</p><p>　　式中：為滾珠絲桿副的摩擦系數(shù)，一般取0.0025—0.005;</p><p>　　m為工作臺(tái)和滑塊的總質(zhì)量;</p><p>　　f為導(dǎo)軌與底面的摩擦力；</p><p>　　為滾珠絲桿的徑向受力；</p><p>　　為

20、滾珠絲桿的軸向受力；</p><p><b>　　為最大加速度， </b></p><p><b>　　則： </b></p><p><b>　　所以:當(dāng)量載荷</b></p><p>　　設(shè)空轉(zhuǎn)和常用切削分配的時(shí)間分別為10%和90%，則當(dāng)量轉(zhuǎn)速</p>&l

21、t;p>　　3.6額定靜載荷及額定動(dòng)載荷的下限值：</p><p><b>　?。?）額定靜載荷</b></p><p>　　式中，為安全系數(shù)，一般取2-3，這里取3；是外加在滾珠絲桿副上的最大軸向載荷</p><p><b>　　故有： </b></p><p><b>　?。?）

22、額定動(dòng)載荷</b></p><p>　　在當(dāng)量條件下達(dá)到預(yù)期壽命時(shí)，絲桿所受的最大額定動(dòng)載荷為</p><p>　　其中為載荷系數(shù)，取；為精度系數(shù)，取。</p><p>　　3．7選定滾珠絲桿的型號(hào)</p><p>　　當(dāng)滾珠絲桿副在較高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，應(yīng)按壽命計(jì)算選擇其尺寸規(guī)格，并校核其載荷是否超過(guò)額定動(dòng)載荷；當(dāng)滾珠絲桿副低速工作

23、時(shí)，應(yīng)按計(jì)算額定靜載荷的方法確定滾珠絲桿副的規(guī)格尺寸，并校核壽命。在本設(shè)計(jì)中，最高轉(zhuǎn)速不足300r/min，屬于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，所以在這里按額定靜載荷的大小選擇：</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[5]，選擇系列代號(hào)為2508-5的滾珠絲桿副。其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷，剛度1485，外徑，內(nèi)徑鋼球直徑mm，螺旋角，滾道半徑，循環(huán)圈數(shù)（圈）。</p><p>　　查參考文獻(xiàn)[5]的P.107得：

24、</p><p>　　螺紋全長(zhǎng)： 720mm</p><p>　　余留長(zhǎng)度：參考文獻(xiàn)6表4-2取32mm，安全行程：取16mm，行程 ，螺母長(zhǎng)度，螺紋左端到軸承和螺紋右端到軸承的距離</p><p>　　左右兩端軸承的間距：</p><p><b>　　3.8驗(yàn)算Dn值</b></p><p>&

25、lt;b>　　3.9預(yù)緊力的確定</b></p><p>　　當(dāng)采用兩端固定的支撐方式時(shí)，預(yù)緊力可以計(jì)算如下：</p><p>　　而且：，即滿足運(yùn)轉(zhuǎn)要求。</p><p>　　3.10穩(wěn)定性的校驗(yàn)</p><p>　　（1）由于滾珠絲桿副在工作時(shí)很可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以要求設(shè)計(jì)計(jì)算所達(dá)到的安全系數(shù)S，其值應(yīng)該大于絲桿傳動(dòng)結(jié)

26、構(gòu)所允許的安全系數(shù)[S]。</p><p>　　絲桿不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，并按文獻(xiàn)[1]中式計(jì)算：</p><p>　　式中：E為絲桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼，；</p><p>　　L為絲桿的有效工作長(zhǎng)度（m）；</p><p>　　為絲桿的危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；</p><p>　　為長(zhǎng)度系數(shù)，查文獻(xiàn)

27、[1]表3-6取=1</p><p><b>　　而</b></p><p>　　則：，安全系數(shù)22.7，查文獻(xiàn)[1]表3-6，絲桿不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　?。?）絲桿工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需要驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速—稱之為臨界轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最大轉(zhuǎn)。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速（）可按下式計(jì)算：<

28、/p><p>　　式中： 為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]表3-6，本設(shè)計(jì)中，則：</p><p>　　所以絲桿工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。</p><p>　　3.11剛度的驗(yàn)算 </p><p>　　(1) 估算絲杠軸向最大變形量</p><p><b>　　重復(fù)定位精度 </b></p>

29、<p>　　定位精度 </p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　取 mm</b></p><p>　　絲杠在工作載荷(N)和轉(zhuǎn)矩T（）作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為：</p><p>　　式中：E為絲杠切變模量，對(duì)于鋼E=210；&

30、lt;/p><p><b>　　M為扭 矩， ；</b></p><p><b>　　為摩擦升角，；</b></p><p>　　I為絲杠的極慣性矩， ；</p><p><b>　　S為絲杠截面積，；</b></p><p>　　絲杠在300mm內(nèi)的彈性

31、變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p>　　所以該絲杠的剛度滿足要求。</p><p><b>　　3.13效率的校核</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)取摩擦系數(shù)為0.003，即：，則；</p><p>　　滾珠絲桿副的傳動(dòng)效率K為：</p><p>　　K的要求在90%以上，所以該絲桿副合格

32、。</p><p>　　經(jīng)過(guò)上述校核驗(yàn)證，所選型號(hào)規(guī)格的滾珠絲桿副的各項(xiàng)性能均能滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.14滾珠絲桿副的潤(rùn)滑</p><p>　　滾珠絲桿副一般需要用潤(rùn)滑劑來(lái)提高耐磨性和傳動(dòng)效率，潤(rùn)滑的方法有脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑兩種。通常，螺母在很長(zhǎng)的絲桿上運(yùn)行，而且是進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，保持潤(rùn)滑油是十分困難的；另外可能因?yàn)槊芊獠缓?，有硬質(zhì)的灰塵回切屑等臟物落

33、入螺紋滾道會(huì)防礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)和磨損的，因此本設(shè)計(jì)采用脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑劑為鋰基油脂。</p><p><b>　　4.軸承的選擇計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求滾珠絲桿副采用兩端固定支撐的安裝方式，而且要同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，故根據(jù)文獻(xiàn)[8]選用角接觸球軸承7305B，。采用反裝形式。</p><p>　　(1)求兩軸承受到的徑向載

34、荷和</p><p>　　設(shè)左邊的軸承為軸承1</p><p>　　= =/2=2000/2=1000N</p><p>　　(2)求兩軸承的計(jì)算軸向力和</p><p>　　查文獻(xiàn)[2]表13-5得，判斷系數(shù)e=0.68</p><p><b>　　故， </b></p><

35、p>　　因?yàn)橥饧虞S向力的存在，必須滿足平衡，則必有。</p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　(3)求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷</p><p><b>　　因?yàn)?， </b></p><p>　　由文獻(xiàn)[2]表13-5分別進(jìn)行查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為，</p&

36、gt;<p>　　對(duì)軸承1 0.35，0.57</p><p>　　對(duì)軸承2 1，</p><p>　　因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中可能會(huì)產(chǎn)生沖擊載荷，按文獻(xiàn)[2]表13-6查得，本設(shè)計(jì)中取。則：</p><p>　　(4)驗(yàn)算軸承的壽命</p><p>　　因?yàn)?gt;，所以按軸承1的受力情況進(jìn)行

37、校驗(yàn)。</p><p>　　其中當(dāng)軸承為球軸承時(shí)=3，則有：</p><p>　　故所選用的軸承滿足壽命要求。</p><p>　　第二章：步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p><b>　　1.脈沖當(dāng)量的選擇</b></p><p>　　初選三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為；當(dāng)三相三拍運(yùn)行時(shí)，步距角為，其每轉(zhuǎn)脈

38、沖數(shù):</p><p>　　初選脈沖當(dāng)量（每輸入一個(gè)指令脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)距離，單位）由于重復(fù)定位誤差為0.01mm，故選電機(jī)的脈沖當(dāng)量為，由此可得中間齒輪的傳動(dòng)比為</p><p>　　選小齒輪的齒數(shù)，，模數(shù)</p><p><b>　　2．等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</b></p><p>　　(1）空載時(shí)等效負(fù)載

39、轉(zhuǎn)矩:</p><p>　　(2）車(chē)削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　3．系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p>　　(1）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　其中，為公稱直徑，單位m；</p><p>　　L絲桿的全長(zhǎng)，單位m；</p><p><b>　　為材料密度，約為

40、</b></p><p>　　(2）工作臺(tái)及滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:</p><p>　　其中，W為工作臺(tái)和滑塊的總重量，單位N；</p><p>　　為絲桿的基本導(dǎo)程，單位m；</p><p>　　i為齒輪副的傳動(dòng)比；</p><p>　　(3） 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p>

41、<p>　　其中， 為大齒輪的分度圓直徑，單位是m；</p><p>　　為大齒輪的齒寬，單位是m；</p><p>　　(4）小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　其中， 為小齒輪的分度圓直徑，單位是m；</p><p>　　為大齒輪的齒寬，單位是m；</p><p>　　(5）因此折算到電機(jī)軸上的總

42、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是：</p><p>　　4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　（1）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析</p><p>　　1）現(xiàn)預(yù)選電機(jī)為130BY001，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，于是有：</p><p>　　式中采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用快速進(jìn)給速度（全部直線運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量）；r/min則有：</p><p&

43、gt;　　2)絲桿摩擦阻力矩（）的計(jì)算 由于滾珠絲桿的傳動(dòng)效率很高，其摩擦阻力矩相對(duì)于其他負(fù)載力矩小得多，故一般不考慮。</p><p>　　3）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由文獻(xiàn)[4]式（6-8）得</p><p>　　4）啟動(dòng)慣性阻力矩（）的計(jì)算 加（減）速時(shí)間為t=4s由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為，取加速曲線為等加速梯形曲線，故角加速度為：</p><p><b>　　則

44、 </b></p><p>　　5）電機(jī)輸出軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇</p><p><b>　　當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)總效率時(shí)</b></p><p>　　適當(dāng)考慮安全系數(shù)K，一般安全系數(shù)K可在1.2～2之間選取。若取K=1.5,則步進(jìn)電機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選?。?lt;/p

45、><p>　　若選用上述預(yù)選的電機(jī)130BF001，其最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　9.31N.m。在三相六拍驅(qū)動(dòng)兩相通電時(shí)，步距角為。為保證帶負(fù)載能正常加速啟動(dòng)和定位停止，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須滿足:由文獻(xiàn)[4]表3-7可知，則，故選用合適。</p><p>　　綜上所述，所選步進(jìn)電機(jī)滿足要求，且有一定的裕量。</p><p>　　5.一級(jí)齒輪的

46、設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　(1)本設(shè)計(jì)選用圓柱直齒輪。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用減速器主要是傳遞扭矩，因此速度并不是很高，故選用7級(jí)精度就可以（GB10095——88）。選擇小齒輪的材料為40Cr，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS；大齒輪的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，兩者的硬度差為40HBS。</p><p>　　由滾珠絲桿副的計(jì)算得，小齒

47、輪的齒數(shù)20，大齒輪的齒數(shù)34。取模數(shù)。</p><p>　?。?）計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　?。?）計(jì)算齒輪寬度</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[2]表10-7，，這里取 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　為滿足安

48、裝要求和制造方便進(jìn)行人為圓整后，取。</p><p>　　第三章：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.控制器選型及存儲(chǔ)器擴(kuò)展分析：</p><p>　　系統(tǒng)采用MCS8051單片機(jī)作為微控制器。8051內(nèi)部集成了4K的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于本控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜，其自帶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的容量已經(jīng)夠使用，不需要在進(jìn)行片外擴(kuò)展了。<

49、/p><p>　　2.系統(tǒng)功能選擇實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　系統(tǒng)通過(guò)五個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)功能的選擇：</p><p>　　1.S1控制系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止； </p><p>　　2.S2控制系統(tǒng)的工進(jìn)—前進(jìn)</p><p>　　3.S3控制系統(tǒng)的工進(jìn)—后退 </p>

50、<p>　　4.S4控制系統(tǒng)的快進(jìn)—前進(jìn)</p><p>　　5.S5控制系統(tǒng)的快進(jìn)—后退</p><p><b>　　3.系統(tǒng)狀態(tài)顯示：</b></p><p>　　1.系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制，用三個(gè)LED顯示工作臺(tái)的行程位移（也可以修改程序來(lái)顯示轉(zhuǎn)速）；</p><p>　　2.LED采用動(dòng)態(tài)掃描顯示法，用P0口

51、為其提供段選碼，P1.0-P1.2作為三個(gè)LED顯示器的位控口；</p><p>　　4.系統(tǒng)端口分配方式：</p><p>　　1.P0口為三個(gè)LED顯示器提供段選碼輸出；</p><p>　　2.P1.0-P1.2作為三個(gè)LED顯示器的位控口；</p><p>　　3.P1.3-P1.7作為五個(gè)按鍵的輸入端；</p><

52、;p>　　4.P2.0-P2.0用于輸出控制三相步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖信號(hào)；</p><p>　　5.P2.3用于控制繼電器以控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟?？刂?；</p><p>　　6.P3.2用于響應(yīng)鍵盤(pán)按下的外部中斷輸入端。</p><p>　　5.軟件編程算法實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　1.功能模塊描述：微型控制器8051主要

53、完成如下工作：</p><p>　?。?）.數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示； （2）.適時(shí)檢測(cè)鍵盤(pán)狀態(tài)；</p><p>　　（3）.通過(guò)P2.0-P2.2準(zhǔn)確地發(fā)出一定序列的脈沖信號(hào)。</p><p><b>　　2.功能實(shí)現(xiàn)算法：</b></p><p>　?。?）.只有功能2對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度才是最嚴(yán)格的，所以，擬采用定時(shí)器

54、中斷控制方式進(jìn)行控制，并將其優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高級(jí)別；</p><p>　?。?）.其次，鍵盤(pán)狀態(tài)的識(shí)別通過(guò)外部中斷0進(jìn)行控制，當(dāng)有任一鍵按下時(shí)，激發(fā)外部中斷，使CPU響應(yīng)鍵盤(pán)消息；</p><p>　?。?）.最后，在CPU空閑時(shí)，系統(tǒng)就循環(huán)執(zhí)行LED顯示子程序，實(shí)現(xiàn)顯示功能。</p><p>　　3.五路按鍵的中斷響應(yīng)問(wèn)題的解決：算法實(shí)現(xiàn)如下</p>&

55、lt;p>　?。?）.將五路外部鍵盤(pán)的狀態(tài)通過(guò)一與門(mén)輸出到外部中斷0。如附圖中的原理圖所示：5路按鍵平時(shí)通過(guò)上拉電阻拉為高電平，通過(guò)與門(mén)之后仍為高電平，外部中斷無(wú)響應(yīng)。當(dāng)有任一鍵按下時(shí)，5條路線的狀態(tài)不全為高電平，經(jīng)過(guò)與操作后，與門(mén)輸出為0，觸發(fā)外部中斷響應(yīng)，執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序；</p><p>　?。?）.在外部中斷服務(wù)程序中，使程序先掃描查詢5路按鍵的狀態(tài)，獲得具體哪一路按鍵被按下。在這一過(guò)程中可以很

56、方便的實(shí)現(xiàn)通常鍵盤(pán)程序中所使用的消抖動(dòng)處理，提高鍵盤(pán)響應(yīng)的準(zhǔn)確性；</p><p>　?。?）.查詢獲得具體哪一路鍵盤(pán)被按下后立即跳轉(zhuǎn)執(zhí)行響應(yīng)按鍵所對(duì)應(yīng)的功能子程序，執(zhí)行完了子程序后，在功能子程序中結(jié)束中斷服務(wù)程序。CPU繼續(xù)響應(yīng)其他動(dòng)作。</p><p>　　經(jīng)過(guò)上面的操作，即可實(shí)現(xiàn)由一個(gè)中斷口響應(yīng)多路外部中斷事件，使用這一算法，CPU可以最多實(shí)現(xiàn)一個(gè)中斷口響應(yīng)256路外部事件的中斷響應(yīng)

57、。</p><p>　　第四章：程序執(zhí)行流程</p><p>　　單片機(jī)得電工作后，并不會(huì)立刻驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。而是首先進(jìn)行一系列的初始化工作，如中斷狀態(tài)設(shè)置，開(kāi)啟，定時(shí)器設(shè)置，定時(shí)器中斷開(kāi)啟等操作。之后進(jìn)入LED循環(huán)掃描顯示狀態(tài)，當(dāng)然，這時(shí)顯示數(shù)字初始化為000。并等待鍵盤(pán)輸入命令。當(dāng)鍵盤(pán)的開(kāi)啟按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入電機(jī)啟動(dòng)子程序。并標(biāo)記當(dāng)前為已啟動(dòng)狀態(tài)，供后續(xù)程序查詢使用。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后應(yīng)使定

58、時(shí)器啟動(dòng)，定時(shí)器定時(shí)滿時(shí)，執(zhí)行定時(shí)中斷服務(wù)程序，輸出一個(gè)脈沖。</p><p>　　當(dāng)按鍵2-5按下時(shí)，在響應(yīng)的外部中斷服務(wù)程序中設(shè)置響應(yīng)的定時(shí)器定時(shí)數(shù)值，以使CPU能根據(jù)定時(shí)器定時(shí)間隔輸出脈沖，以達(dá)到變速的功能。另外在按鍵2-5中還應(yīng)設(shè)置響應(yīng)的控制時(shí)序的表首地址，以達(dá)到正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　最后，要使LED顯示系統(tǒng)速度，則應(yīng)在鍵盤(pán)2-5的中斷服務(wù)程序中設(shè)置顯示數(shù)。當(dāng)

59、CPU空閑時(shí)，則用于循環(huán)掃描顯示。</p><p><b>　　第五章：控制流程圖</b></p><p><b>　　主程序流程圖</b></p><p>　　鍵盤(pán)按鍵中斷服務(wù)流程圖</p><p><b>　　定時(shí)器中斷服務(wù)程序</b></p><p&g

60、t;　　第六章：機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的建模與仿真</p><p><b>　　1.建立的要求</b></p><p>　　利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)理論，通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)、軸系及進(jìn)給工作臺(tái)的等效計(jì)算，構(gòu)建了數(shù)控機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的仿真模型，利用Matlab對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，獲得了反映系統(tǒng)性能的仿真曲線，仿真結(jié)果證明了系統(tǒng)模型的有效性。</p><p>

61、;　　2.機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)模型建立</p><p>　　為了建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，常把機(jī)械系統(tǒng)中各基本物理量折算到電機(jī)軸上，使復(fù)雜的多軸傳動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)化成單一軸運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　各基本物理量等效折算</p><p><b>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算</b></p><p>　　利用動(dòng)能守恒定律，把各轉(zhuǎn)動(dòng)軸上及工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效

62、到電機(jī)軸。</p><p><b>　　式中：L-絲杠導(dǎo)程</b></p><p><b>　　粘性阻尼系數(shù)折算</b></p><p>　　工作臺(tái)均速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與電機(jī)連接的軸的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩完全用來(lái)克服粘滯阻尼力、流體阻力以及負(fù)載阻力等的消耗。若只計(jì)工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)C，根據(jù)工作臺(tái)與絲杠之間的功平衡關(guān)系折算出粘性阻尼系數(shù)。

63、</p><p>　　式中：-工作臺(tái)導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的粘性阻尼系數(shù)。</p><p>　　代入得：=9.128Nm/(rad/s)</p><p><b>　　軸向剛度折算</b></p><p>　　絲杠與工作臺(tái)之間的軸向彈性變形使與電機(jī)連接的軸產(chǎn)生一個(gè)附加扭轉(zhuǎn)角，折算到電機(jī)軸的總扭轉(zhuǎn)剛度為：</p>

64、<p>　　式中：-折算到電機(jī)軸上的總扭轉(zhuǎn)剛度</p><p>　　-附加扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)；= K</p><p>　　代入公式得：=137.87Nm/rad</p><p><b>　　系統(tǒng)建模</b></p><p>　　根據(jù)以上的參數(shù)折算結(jié)果，建立系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程和推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。</p><

65、;p>　　若輸入量為電機(jī)軸的輸入轉(zhuǎn)角；輸出量為工作臺(tái)的線位移。把折算成電機(jī)軸的輸出角位移。</p><p>　　在電機(jī)軸上根據(jù)動(dòng)力平衡原理有：</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　動(dòng)力平衡關(guān)系可以寫(xiě)成：</p><p><b>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：</b></

66、p><p>　　綜上所求，代入公式得：=</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　“機(jī)電一體化是”微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)滲透的過(guò)程中逐漸形成并發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的綜合性技術(shù)學(xué)科。目前機(jī)電一體化技術(shù)得到了普遍的重視和廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)而生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，已遍及人們?nèi)粘Ｉ詈蛧?guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。</

67、p><p>　　機(jī)電一體化的課程設(shè)計(jì)是在我們機(jī)電學(xué)院大學(xué)各專業(yè)課后的又一實(shí)踐環(huán)節(jié)。要求我們通過(guò)設(shè)計(jì)能獲得綜合運(yùn)用過(guò)去所學(xué)過(guò)的全部課程進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)能力，另外，也是以后畢業(yè)設(shè)計(jì)前一次大練兵。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要是鍛煉我們搜索資料和使用資料的能力，同時(shí)考驗(yàn)我們對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。經(jīng)過(guò)分析設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和微型控制等理論知識(shí)有了進(jìn)一步的了解和加強(qiáng)，學(xué)會(huì)應(yīng)用單

68、片機(jī)進(jìn)行控制。使我們對(duì)單片機(jī)有了一個(gè)更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，看到單片機(jī)能做出個(gè)實(shí)物出來(lái)并且把我們以前所學(xué)知識(shí)應(yīng)用上來(lái)，增加了我們對(duì)單片機(jī)以及外圍電路的興趣。</p><p>　　單片機(jī)編程是用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，通過(guò)自己思考、向老師請(qǐng)教、與同學(xué)共同探討以及查閱資料對(duì)編程有了一定的了解。這培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和資源優(yōu)化能力。雖然課設(shè)有點(diǎn)累，但我覺(jué)得累有所值。我們無(wú)論在學(xué)習(xí)還

69、是工作中都要用一種嚴(yán)謹(jǐn)客觀的態(tài)度去對(duì)待問(wèn)題解決問(wèn)題，絕不能逃避問(wèn)題。</p><p>　　感謝羅智中老師在課設(shè)過(guò)程中的悉心指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 朱喜林主編.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，2004</p><p>　　[2] 張君安主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

70、.北京：兵器工業(yè)出版社，1997.8</p><p>　　[3] 濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[4] 申永勝主編.機(jī)械原理教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.12</p><p>　　[5] 張建民主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社，1996</p><p>　　[6] 劉武發(fā)主

71、編.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2007.5</p><p>　　[7] 張毅坤主編.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.8</p><p>　　[8] 姜培剛主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.9</p><p>　　[9] 洪家娣主編 機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo) 江西：江西高校出版社，2001</p&