机电一体化课程设计

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3. 机电一体化课程设计题目

是设计硬件呢？还是学习如何使用呢？看你的目的了。首先，如果是学习机电一体化的某一门课程或者做一个课程设计，那就是简单的控制一个电机的正转、反转、加速、减速、实现三阶段速度控制、实现5阶段速度控制等等。也可以实现两个电机的同步、互相协调。以及外加一些两个电机的联动条件。电机可选择很多类型 的，直流的、交流的、同步的、异步的、步进的、伺服的。带相对编码的、带绝对编码的、带制动的、力矩控制的、变频控制的，带控制闭环的。。。。如果是机电一体化毕业前的综合课程实践的设计题目：可以考虑从系统到部分，到具体的技术进行学习和分析。比如：机床的卡具自动化系统，刀具库的自动换刀系统，点钞验钞机、自动门系统、自动提升系统、自动运输系统等等。

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机电一体化课程设计指导书主要内容
1、设计题目确定及要求
2、总体方案确定
（1）总体方案设计
（2）绘制总体方案图
3、 伺服系统机械传动部件设计
（1）切削力计算
（2）滚动丝杠螺母副的计算与选型
（3）伺服系统传动设计
（4）步进电机当量扭矩计算及选型
（5）机械传动结构设计（绘制一个轴的机械装配图）
4、 控制系统硬件电路设计
（1）确定控制系统方案及绘制系统框图
（2）单片机的选用
（3）存储器的选用与扩展
（4）译码电路设计
（5）接口电路设计
（6）绘制控制系统硬件电路原理图
5、 基本的参考图表汇编。

电一体化系统是综合多个学科的系统,包括机械技术,传感器技术,测试技术,电子技术和控制技术,信息与计算机技术。它极大推动了机械工业,兵器行业及其他行业的发展。其技术结构,产品结构,技术功能与构成,生产方式和管理体系均发生了巨大的变化。使工业生产由机械电气化迈进到机电一体化为特征的数字化,自动化,高精度,微型化,多功能化,智能化的时代。

结合精密机械控制是现代机械的一个重要方向，它能使机械加工的精度又提高一个层次，主要技术是用微机、单片机等现代高科技仪器来控制步进电机，再通过步进电机来实现精密的工作台控制。这个由微机或单片机、步进电机、机械工作机构组成的机械手运动控制系统就是一个很简单的机电一体化的系统。让我们由这样简单的机电一体化系统重新复习学过的知识, 接触机电一体化系统,为下学期的毕业设计打下一定的基础,另外也是为工作作好准备。

目录

摘要

第一章：绪论

1.1引言

1.2题目和技术指标要求分析

1.3总体方案的工作原理

第二章：机械本体结构设计

2.1丝杠导程选择

2.2丝杠支承结构选择

2.3螺旋机构运动部件导向机构选择

2.4步进电机的安装结构以及与丝杠的连接结构设计

第三章：步进电机驱动器电路设计

第四章：控制器程序流程框图设计

第五章：程序代码设计

结论

第一章 绪论

1.1 引言

机械手运动控制系统要求控制精度高，故采用步进电机控制，步进电动机在半闭环控制系统中具有控制精度高 ( 可精确到1度以下) 、可靠性高、使用方便等优点,所以其应用非常普遍,尤其随着混合式步进电机的产生和应用,步进电机的输出功率和力矩不断增加,而成本价格不断降低,为步进电机的推广和应用打下了良好基础, 单片机作为控制部件,对步进电机具有良好的控制能力,下面讨论用一下机械手运动控制系统的设计方法。

1.2题目和技术指标要求分析

设计题目：机械手运动控制系统设计。

设计参数：机械手运动范围 0~150mm

机械手移动步距 50
步进电机型号 42BYG006

1.3 总体方案的工作原理

单片机对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。用四路分别进行放大的信号驱动四相五线的步进电机。而步进电机与滚珠丝杠机构用联轴器连接起来，进而将螺旋运动转化为稳定的水平直线运动。

该系统可分为控制部分、驱动部件、执行元件、传动和导向机构、以及控制软件等几个部分。要求设计该系统的机械及电路的结构和参数、设计部分单片机或微机控制程序，使机械手能够左右步进，并达到技术指标所规定的要求。

机械手运动控制系统机械本体采用步进电机驱动、滚珠丝杆传动、滚动直线导轨导向的总体机构方案。机械本体设计以工作台运动位移控制增量的实现为主要目标，以滚珠丝杆及其周边零部件的选用为主要内容，同时考虑运动相关精度问题。

步进电机控制器采用微机或单片机作为控制部件。采用微机时，可通过ISA总线、并行端口、串行端口传送数据，设计步进电机与微机的接口电路。采用单片机时，可选用AT89C51, 设计单片机最小系统和步进电机与单片机的接口电路。微机或单片机的软件均采用C语言编写代码。

该机械手运动控制系统采用半闭环伺服系统，通过单片机控制步进电机的驱动，经传动机构带动工作台运动。可实现机械手的+X、-X两个方向的进给和两级调速。机械手运动控制系统机械本体采用步进电机驱动，滚珠丝杠传动，滚动直线导轨导向的总体结构方案。采用步进电机驱动进给准确，使用位置传感器精确控制机械手移动范围，而且通过给定的脉冲周期，能够以任意速度转动，定距运动较精确。机械手运动控制系统采用滚珠丝杠副和滚动导轨副传动结构,具有精度高,效率高,寿命长,低能耗,摩擦系数小,较高紧凑,通用性强等特点。

第二章 机械本体结构设计

2.1 丝杠导程

已知机械手移动步距 s = 50um

s = L 为步距角, L为导程;

查资料知： 42BYG006型号 的步进电机（八拍）步距角为0.90

则丝杠导程： L = 10 mm

2.2 丝杠的支承机构

为提高传动刚度，选择合理的支承结构并正确安装很重要，对传动精度有很大影响。丝杠主要承受轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重，因此，丝杠的轴向精度和刚度要求较高。丝杠的支承结构有以下几种：

（1） F—0支承结构：一端固定（F），一端自由（0），如下图所示：

F—0结构的特点是结构简单，承载能力小，轴向刚度低，压杆稳定性较差和临界转速低，设计时应尽量使丝杠受拉伸。适用于短丝杠，垂直丝杠。

（2） F—S支承结构：一端固定（F），一端浮动（S），如下图所示：

F—S结构的特点是轴向刚度和F—0相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的F—0高，丝杠有热膨胀的余地，需要保证螺母与两支承同轴，结构较复杂，工艺较困难。适用于较长丝杠或卧式丝杠。

（3）F—F支承结构：两端固定，结构如下图所示：

F—F结构的特点是丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，压杆稳定性好，固有频率比一端固定的高，可施加预紧力提高传动刚度，结构和工艺都较复杂。适用于长丝杠以及对刚度和位移精度要求高的场合。

由于该系统是半闭环系统，精度本来就不是很高，故采用一端固定，一端浮动的支承结构，该结构让丝杠有膨胀的余地，适用与较长的丝杠中，游动支承采用深沟球轴承，固定支承结构有下表1列的几种：

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