立式铣床X-Y工作台机电系统设计.doc

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摘 要

两轴数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单，实现方便而且能够保证一定的精度，降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。开环控制能充分的利用微机的软件、硬件功能以实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大, 进一步提高机床的精度和可靠性。本文机械部分采用步进电动机通过齿轮减速器带动滚珠丝杠拖动工作台在直线滚动导轨副上运动，其中，步进电动机选用110BYG22602型号。工作台控制部分以AT89C51单片机为核心，作为主控器；利用8155H芯片实现与键盘/显示器的连接；选择步进电机配套驱动器BD28Nc 驱动步进电动机实现加、 减速、急停等操作，从而实现对工作台的控制。

关键词：X-Y工作台；步进电动机;单片机;8155H芯片

目录
摘 要 III
ABSTRACT IV
1 绪论 3
1.1前言 3
1.2机电一体化系统综述 3
1.2.1机电一体化系统的基本构成 3
1.2.2机电一体化系统的核心技术 5
1.2.3机电一体化的发展趋势 5
2 总体方案设计 7
2.1确定主要参数 7
2.2机械传动部件的选择 7
2.2.1导轨副的选用 7
2.2.2丝杠螺母副的选用 8
2.2.3减速装置的选用 8
2.2.4伺服电动机的选用 8
2.2.5控制系统的选用 8
2.3控制系统的设计 8
2.4系统总体框图 9
3 机械设计部分 10
3.1工作台的外形尺寸及重量初步估算 10
3.2钻削力和铣削力的计算 11
3.2.1钻削力（轴向）的计算 11
3.2.2铣削力的计算 11
3.3滚动导轨的选用(X,Y方向) 12
3.3.1导轨工作负载计算 12
3.3.2块承受工作载荷的计算 13
3.3.3距离额定寿命L的计算 13
3.4滚珠丝杠的计算和选择 14
3.4.1最大工作载荷Fm的计算 14
3.4.2最大动工作载荷FQ的计算 14
3.5型号的选择与校核 15
3.5.1规格型号的初选 15
3.5.2传动效率η的计算 15
3.5.3刚度的验算 16
3.5.4压杆稳定性校核 16
3.6步进电动机减速箱的选用 17
3.7步进电动机的计算与选型 17
3.7.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 17
3.7.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 18
3.7.3步进电动机最大静转矩的选定 20
3.7.4步进电动机的性能校核 20
4 MATLAB仿真分析 23
4.1 纵向进给伺服系统MATLAB仿真分析 23
5 控制系统硬件设计 27
5.1主控制器CPU的选择 27
5.2可编程RAM/IO芯片8155H 29
5.3键盘与显示电路设计 29
5.4I/O口的分配 30
5.5驱动系统设计 31
5.6传感器和控制面板设计 32
致 谢 33
参考资料 34
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