机电传动单向控制平台设计zx

目录1.前言•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22.设计任务和意义•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23.总体方案设计及选型确定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34.机械传动系统设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3 4.1 机电传动装置的组成及原理•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4 4.2 主要部件的结构设计计算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5 4.2.1 滚动导轨的计算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5 4.2.2螺旋丝杠初选•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6 4.2.3直流伺服电机的选型•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••104.2.4联轴器和键的选用•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••125.电气控制系统设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13 5.1控制系统的的基本组成•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••135.2电器元件的选型计算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••135.2.1控制芯片选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••135.2.2电机驱动芯片选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••135.2.3旋转式编码器选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••145.2.4显示器选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••155.3电气控制电路的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15 5.3.1晶振电路设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••155.3.2复位电路•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••155.3.3显示电路和键盘电路•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••165.3.4直流电机驱动电路设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••165.4控制程序的计算及说明•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••165.4.1 程序流程图•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••165.4.2 PWM直流调速原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17 5.4.3汇编语言设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••186.整体方案确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••217.设计心得总结••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••228.参考书目••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23【一前言】当今科技不断发展，伴随着微电子技术向机械行业渗透，特别是精密机械技术、电子技术和信息技术的相互融合，导致了工程领域的技术革命与改造。

机电一体化的形势下，数控技术及装备作为工业生产发展的基础设备，其技术革新影响着整个高新技术产业和尖端工业的发展。

课程设计任务为单向数控工作台，主要包括机械传动系统设计和电气控制系统设计两部分，整个装置由导轨座、移动滑块、工作丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成，以丝杠传动为主传动，以数控装置为控制核心，用伺服电机驱动控制，闭环系统为反馈环节，基本原理概括为直流伺服电动机做执行元件来驱动滚珠丝杠，丝杠驱动螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，来完成单方向速度可控的简单直线移动。

通过翻阅设计手册及相关公式进行选型计算校核，完成整套设备的最终装配，得出相应的装配图和电控系统图，最终达到理论设计上要求。

但在实际生产中，仍然会有相关问题有待改进，对于课堂上的理论设计与学习，有待我们在今后的学习工作中结合亲身实践进一步的检测。

【二设计任务和意义】【设计任务】设计题目：机电传动单向数控平台设计任务分配:机电传动控制平台的设计有多个组成部分，通过不同的电机驱动，机械传动，电气控制，功能控制可以实现不同方案的选型设计，设计过程要求本小组同学选择不同的设计方案和参数独立完成单自由度的平台设计，主要的设计形式：(1)电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机；(2)机械传动方式：螺旋丝杠、滚珠丝杠、同步皮带、链传动等；(3)电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；(4)功能控制要求：速度控制、位置控制；(5)主要设计参数：①单向工作行程——1800、1500、1200 mm；②移动负载质量——100、50 kg；③负载移动阻力——100、50 N；④移动速度控制——3、6 m/min.【设计意义】通过机电传动单向数控平台设计，可以使我们对数控装置的基本组成及工作原理细节上有了更深刻的认识，对运作模式及工作原理也有了更深层次的研究。

通过这次课程设计可以培养我们综合运用所学知识的技能、提高分析和解决实际问题能力，课程设计结合于专业方向课，结合我们所学专业课程进行工程基本训练，在独立进行机电控制系统(产品)初步设计工作过程中，进一步巩固和扩大了知识领域。

整个设计过程中，尤其可以锻炼的是我们搜集、阅读和综合分析参考资料，以及运用各种标准和工具书籍和编写技术文件的能力，另外也进一步提高了计算、绘图等基本技能，掌握了机电产品设计的一般程序和方法，也是对我们作为未来工程师的基本素质训练。

【三总体方案设计及选型】【总体方案设计】结合传动设计实现原理，设计传动方案原理图如下：总体方案确定，系统工作方式及参数如下：⑴电机驱动方式：直流伺服电机⑵机械传动方式：滚珠丝杠⑶电气控制方式：单片机控制⑷功能控制要求：速度控制⑸主要设计参数：①单向最大工作行程----1800mm ；②工作台重量-----100kg ③移动负载质量-----100kg ； ④负载移动阻力-----100N ； ⑤移动速度控制-----3/min m由现代机电一体化手册2.9-1初选直线运动滚动导轨副；工作台滑动摩擦系数0.15μ=；丝杠材料初选钢材为42r o C M ，其HRC 为58-60,丝杠两端为固定支撑（E-F ），每个支座安装两个15°的角接触球轴承，面对面安装，进行预拉伸。

【选型及方案对比】（1）针对机电传动单向数控平台设计的速度位置控制,选用伺服系统控制，伺服系统控制能够跟踪输入指令信号进行动作，从而获得精确地位置、速度或力矩输出；（2）平台设计采用直流伺服电机闭环控制，直流伺服电机主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。

其缺点是转子上安装了具有机动性质的电刷换向器，需要定期维修和更换电刷，使用寿命短、噪声大，电机功率不能太大等；步进电机是开环控制，没输入一个脉冲，转过一个角度，精度较低，有时会发生丢步现象。

启动较慢，不具备过载能力。

（3）平台设计选用滚珠丝杠传动是一种新型的螺旋传动机构，螺纹间的摩擦为滚动摩擦，丝杠和螺母之间装有中间传动原件滚珠，随着机电一体化的发展，广泛应用于各种精度的数控机床和加工中心。

与带传动和链传动相比较有以下特性①传动效率高，可达80%—95%；②传动平稳性、同步性好；③经过预紧后，可消除轴向间隙，提高传动精度；④磨损小，寿命长；⑤不自锁，在垂直升降中要采用防逆措施；⑥结构复杂制造困难，成本高。

滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。

兼具高精度、可逆性和高效率的特点：①与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 ；②高精度的保证；③微进给可能，启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给；④无侧隙、刚性高；⑤高速进给可能。

（4）单片机是一种可编程的集成芯片，系统设计要从底层开发，设计较繁琐。

应用系统广泛，开发成本低，开发周期短，可靠性高。

PLC（可编程逻辑控制器）实质是一种专用于工业控制的计算机，是单片机的特例，采用模块化设计，使用方便，编程简单，可靠性高，抗干扰能力强,本设计中采用单片机控制。

(5)采用PWM调速，PWM变换器调压与晶闸管相控调压相比有许多优点，如需要的滤波装置很小甚至只利用电枢电感已经足够，不需要外加滤波装置；电动机的损耗和发热较小、动态响应快、开关频率高、控制线路简单等。

采用以上方案可以很好地满足机电传动单向数控平台设计设计要求，实现准确、平稳、可靠地控制。