通用二维运动平台设计课程设计报告(编辑修改稿)

通用二维运动平台设计课程设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

mm a x 2 1 060a anTJ t  ，考虑传动链的 总效率  = 空载起动时折算到电 动机转轴上的最大加速转矩： 1max 2 60eq ma aJnT t 1 式中 mn 对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为 /minr ； at 步进电动机由静止到加速至 mn 转速所需的时间，单位为 s。 其中： m a x 33 3. 3 / m in360m vnr 内蒙古工业大学课程设计说明书 10 式中 max 空载最快移动速度，任务书指定为 20xx /minmm ；  步进电动机步矩角，预选电动机为  脉冲当量，任务书指定为 /mm step （开环系统）。 将以上各值代入式 中，得 mn =400r/min。 设步进电动机由静止到加速至 mn 转速所需时间 at = 传动链总效率  = 由公式 1max 2 60eq ma aJnT t 1求得 MNT  a x 由公式 i2 hf PFT 摩 可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为 i2 hzf  PGFT ）（  式中  导轨的摩擦因数，滚动导轨去 ； zF 垂直方向的铣削力，空载时取 0； 传动链的总效率，取 则由公式i2 hzf  PGFT ）（ 求得 fT M 最后由 famax1eq TTT  =+= N M 2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 2eqT 由式 20eq t fT T T T  可知， 2eqT 包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 tT ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 fT ；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩 0T ， 0T 相对于 tT 和 fT 很小，可以忽略不计。 内蒙古工业大学课程设计说明书 11 则有： 2eq t fT T T 其中，这算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 tT 由式tT 2fhFPi计算。 本课题中对滚珠丝杠进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给负载 xF =200N 则有： tT 2fhFPi= 再由式 fT = ()2ZhF G Pi 计算垂直方向承受最大工作负载（ NF 400z  ）情况下，移动部件运动时这算到电动机转轴上的摩擦转矩： fT = ()2ZhF G Pi  = 最后由 2eq t fT T T ，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为： 2eq t fT T T = 经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为 Teq= 步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。 因此，根据 eqT 来选择步进电动机的 最大静转矩时，需要考虑安全系数。 本课题中取安全系数 K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足： maxjT ≥ 4Teq= 上述初选的步进电动机型号为 3404HS60A , 由《 汉德保电机手册 》表查得该型号电动机的最大静转矩 可达 maxjT =。 通常 度的步距角为 可见，满足上式要求。 步进电动机的性能校核 1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 ， 任务书 给定工作台最快工进速度内蒙古工业大学课程设计说明书 12 m ax 80 0 / m inmm  ，脉冲当量 /mm step  ，由式 maxmax 60 ff   求出电动机对应的运行频率  m a x 8 0 0 / ( 6 0 0 . 0 1 ) 1 3 3 3ff H z H z  。 从 3404HS60A 电动机的运行矩频特性曲线图（下图 22所示）可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩 maxfT ≈ ,远大于最大工作负载 Teq= 图 3404HS60A 步进电机的运行矩频特性曲线 2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度m a x 20 00 / m inmm  ， 仿 照 式 maxmax 60 ff   求 出 电 动 机 对 应 的 运 行 频 率 m a x 2 0 0 0 / ( 6 0 0 . 0 1 ) 3 3 3 3ff H z H z  。 从上图中可以查得，在此频率下，电动机的输出转矩 Tmas= 负载转矩 Teq1= 3） 最 快 空 载 移动 时 电 动机 运 行 频 率校 核 与最 快 空 载 移动 速 度m a x 20 00 / m inmm  对应的电动机运行频率为 max 3333f Hz。 查《汉德保电动机手册》内蒙古工业大学课程设计说明书 13 可知 3404HS60A 电动机的空载运行频率可达 20xx0Hz,最高可达 2M Hz 可见没有超出上限。 4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量 Jeq= 转动惯量= 2cmkg4  ，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频 率 1800qf Hz （查《 汉德保电动机手册》 ）。 则由 / 1 /L q eq mf f J J可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率： / 1 /L q eq mf f J J=1018HZ 此式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率小于940Hz。 实际上，在采用软件升降时，起动频率选得更低，通常只有 100Hz(即100step/s)。 综上所述，本课题中工作台的进给传动选用 3404HS60A 步进电动机，完全满足设计要求。 第三章 微机数控硬件电路设计 根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制系统电气控制的结构框图。 数控系统由硬件和软件两部分组成。 硬件是组成系统的基础， 机床硬件电路由以下五部分组成： ⑴、主控制器，即中央控制单元 CPU； ⑵、总线，包括数据总线、地址总线和控制总线； ⑶、存储器，包括程序存储器和数据存储器； ⑷、接口，即 I/O 输入 /输出接口电路； ⑸、外围设备，如键盘、显示器及光电输入机等。 见图 3— 1。 步进 电机 内蒙古工业大学课程设计说明书 14 图 31 机床数控系统硬件图框（开环系统） 选择中央处理单元 CPU 的类型 考虑到系统应用场合、控制对象对各种参数的要求，及经济价格比等经济性的要求。 因此，在经济数控铣床中，推荐使用 MCS— 51系列单片机作主控制器。 存储器扩展电路设计 存储器扩展电路设计应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。 在选择程序存储器芯片时，要考虑 CPU 与 EPROM 时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量等问题。 选用 89C52，可以不用进行扩展电路， ULN2803进行译码。 4 、 I/O 口即输入 /输出接口电路设计 包括接口芯片的选用，步进电机控制电路， LCD 显示电路及其他辅助电路的设计。 MCS— 51 系列单片机简介 MCS— 51 系列指令系统简介 MCS— 51 系列指令系统共有 11。