机械专业综合课程设计说明书-步进电动机的两轴联动单元设计

机械专业综合课程设计说明书步进电动机的两轴联动单元设计学院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化目录28748摘要 III54731设计内容 1313371.1设计概括 1162341.2设计目的和要求 13311.3原始要求 13662数控系统总体方案的确定 116353设计内容 290483.1步进电机的选择 2218023.2滚珠丝杠的计算、选择 3166613.3工作台外形尺寸及重量初步估算及滚动导轨副的选择 4263413.3.3.步进电机控制的X-Y两轴联动的机械结构装配图设计 5122094三相六拍控制方式的控制方案 64544.1脉冲分配器的的分配状态： 6134514.2恒流斩波驱动电路的原理图 6219825四象限直线插补程序流程图 7263565.1用逐点比较法进行直线插补计算，每走一步都需要以下四个步骤：

7119525.2四象限直线插补流程图 761326、总结 818033参考文献 9摘要步进电机控制的两轴联动控制单元，首先确定设计的总体方案，然后对选择步进电机、滚珠丝杠、滚动导轨、工作台等机械部分进行选择、设计、计算和校核。最后对控制系统硬件及软件部分进行设计，包括三相六拍通电方式的控制方案，硬环电路原理图、控制系统连接原理图和恒流斩波驱动电源电路原理图设计。关键词：滚珠丝杠滚动导轨步进电机X、Y两轴联动PAGE2–PAGE9–1设计内容1.1设计概括步进电机控制的两轴联动控制单元，首先确定设计的总体方案，然后对选择步进电机、滚珠丝杠、滚动导轨、工作台等机械部分进行选择、设计、计算和校核。最后对控制系统硬件及软件部分进行设计，包括三相六拍通电方式的控制方案，硬环电路原理图、控制系统连接原理图和恒流斩波驱动电源电路原理图设计。

关键词：滚珠丝杠

滚动导轨

步进电机

X、Y两轴联动1.2设计目的和要求

设计目的：在数控技术基础课程学习基础上，强化训练开伺服系统的机构设计，驱动电路原理设计等。具体要求：1、滚珠丝杠双支撑2、电动机、丝杠平行轴连接结构3、双列预紧螺母结构4、四象限直线插补程序流程图1.3原始要求(1)工作台工作行程：100*100；(2)空载启动；(3)工作台面应为T型槽结构；台面尺寸200*200。2数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服系统及通电方式控制方案的确定，控制系统的选择。进行方案的分析。1）系统运动方式的确定 该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。控制系统的选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。X、Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。方案的流程图图2-1系统总框图3设计内容3.1步进电机的选择电机选择磁阻式步进电动机步距角的选择

初步选定步距角为1.5°根据已知条件选择步进电机查机械设计手册，选择步进电机,步进电机的参数见下表。表3-1步进电机参数表型号45BF003相数3歩距角（°）1.5°电压啊/V60相电流/A2最大静转矩/(N·m)0.196空载起动频率/(step/s)3700空载运行频率/(step/s)12000电感/mH15.8电阻/Ω0.94分配方式三相六拍外形尺寸/mmφ45X82质量/kg:0.383.2滚珠丝杠的计算、选择根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为:

CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。

其基本参数如下:表3-2滚珠丝杠参数丝杠代号CM2005-5公称直径do20基本导程Pb5丝杠外径d119.5丝杠底径d216.57钢球直径DW3.175循环圈数n5额定载荷N动载荷C014205静载荷C0A38244刚度N/μmKC730螺母安装尺寸D70L62B11D145D456Φ15.8Φ210h6油孔杯MM63.3工作台外形尺寸及重量初步估算及滚动导轨副的选择3.3.1工作台台面应为T型槽结构；台面尺寸200*200；工作台工作行程：100*100.3.3.2滚动导轨副的选择表3-3滚珠丝杠螺母副的几何参数名称选取结果公称直径d020mm螺距t5mm接触角β45°钢球直径db3.175mm螺纹滚道法向半径R1.651mm偏心距e0.04489mm螺纹升角y4°33′螺杆外径d19.365mm螺杆内径d116.788mm螺杆接触直径d217.755mm螺母螺纹外径D23.212mm螺母内径（外循环）D120.7mm3.3.3.步进电机控制的X-Y两轴联动的机械结构装配图设计图3-1X-Y两轴联动机械结构装配图4三相六拍控制方式的控制方案4.1脉冲分配器的的分配状态：A-AB-B-BC-C-CA-A使用环形分配器CH2504.2恒流斩波驱动电路的原理图图4-1恒流斩波电路原理图5四象限直线插补程序流程图5.1用逐点比较法进行直线插补计算，每走一步都需要以下四个步骤：

1）判别偏差：Fi≥0或Fi＜O

，从而决定哪个方向进给和采用哪个偏差计算方向进给。2）偏差计算：进给一步后计算新的加工偏差。3）终点判别：进给一步后，终点计数器，若为零，表示到达终点停止插补，不为零则返回第一步继续插补。5.2四象限直线插补流程图图5-1四象限直线插补程序流程图6、总结本次课程设计对于我们即将走出校门的大学生来说是非常重要的，也非常具有现实意义的。因为在设计的过程中，我们不仅能够巩固知识，锻炼我们的动手能力，也使我们了解到了当今世界的前沿技术。为以后我们在机械行业的工作积累了丰富的经验。本次课程设计是步进电动机控制的两轴联动单元设计，主要是在数控技术基础等课程学习的基础上，强化训练开环伺服系统的机构设计、驱动电路原理设计等。旨在深化数控技术及其应用方面的基本知识和技能的掌握。设计过程包括丝杠的计算、选择，工作台外形尺寸及重量初步估算，滚动导轨副的选择，步进电机的选择，三相六拍通电方式的控制方案，X、Y两轴联动的机械结构装配图设计和恒流斩波驱动电源电路原理图设计。在设计过程中遇到了很多麻烦，在老师的悉心指导下和同学的热心帮助下顺利的解决了这些问题，在解决问题的过程中我学到了许多，也改掉了身上的毛病，培养了我认真、严谨的工作态度，这次课程设计也为我的毕业设计打下了基础。在今后