机电一体化课程设计说明书小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统的设计

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1、 机电一体化方向专业课程设计说明书设计题目：小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统的设计 学院：班级：姓名：学号:指导老师：摘 要机电一体化技术是在微电子技术向机械工业领域渗透过程中逐渐形成并发展起来的一门独立的综合性交叉学科，经过20多年的发展，机电一体化的内涵和外延也在不断地丰富和拓宽。它是综合了多个学科的系统,包括机械技术、传感器技术、测试技术、电子技术和控制技术、计算机与信息技术。并且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、智能化的时代

2、。小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统的课程设计是机电一体化专业学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统的设计是机械设计制造及其自动化专业机电一体化方向的专业综合课程设计。本设计说明书旨在说明小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统由X驱动机构、Y驱动机构、笔架装置、机架及纸张放置平台，电机及其驱动电路等部分组成及其各部分的设计方案以及计算和校核。本设计的的目的旨在让学生综合运用并巩固所学机电一体化产品设计知识；熟悉典型数控型执行机构设计，同时也对学这三年多一来所学知识做一个综合运用以及巩固提高。模块化的小幅面平板式单坐标画

3、笔驱动系统，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠副，以及伺服电动机等部件组成。其外观形式如图1-1所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台仔导轨上运动，完成工作台在X方向的直线移动，调动画笔的高度从而实现直线的生成。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专门的微机控制系统。目 录一、课程设计的任务 3二、课程设计的任务3三、总体方案的确定3四、机械传动部件的设计与选型51系统总体尺寸的设计52滚珠丝杆副的选型与计算 53.步进电机

4、的选型与计算 84轴承的选择与验算 115联轴器以及键的选用116滚动直线导轨137密封和润滑13五、机械控制系统原理及电路设计131、设计要求132、方案分析143、单片机系统与步进电动机驱动器之间的接口方法 144、步进电动机驱动电源的选用16六、设计结论18七、个人总结20 八、参考文献 21一、课程设计任务课程设计题目：小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统的设计本课设所设计的主要参数如下：可绘图范围148mm210mm（A5图纸）。 X、Y方向的定位精度均为0.2mm。加工材料为碳素钢或有色金属。 机架用 板金 / 铸铝 / 注塑件外壳采用注塑件传动系统采用：同步齿形带 / 钢丝 / 其他

5、（ 画笔尺寸）X、Y电机采用步进电机二、课程设计的目的（1）学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。（2）通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。（3）通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移速度传感器；如交流、步进伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。（4）通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配

6、置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。（5）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思路。同时对整个大学阶段所学专业知识的做一个综合的运用巩固和提高。（6）提高学生应用机械设计手册查阅国家标准机械零部件、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。三、总体方案的确定（1）本课设中系统的工作原理本课设系统可分为控制部件、驱动部件、执行元件、传动和导向机构等几个部分。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，使画笔能够左右步进，并达到技术指标所规定的精度要求。（2）导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型画笔的

7、，需要承受的载荷非常小，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、机构紧凑、安装预紧方便等优点。（3）丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.1mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选择滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。（4）伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，最快移动速度也不高。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电

8、动机。（5）联轴器的选用由于系统的对中性要求较高，因此决定选用刚性联轴器，具有结构简单、制造成本低等优点考虑到工作载荷不大，本次课程设计拟选用套筒联轴器，它是利用公用套筒，并通过键、花键或锥销等刚性联接件，以实现两轴的联。套筒联轴器的结构简单，制造方便，成本较低，径向尺寸小，但装拆不方便，需使轴作轴向移动。短适用于低速、轻载、无冲击载荷，工作平衡和上尺寸轴的联接。最大工作转速一般不超过为25r/min。套筒联轴器不具备轴向、径向和角向补偿性能。（6）检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制任务书所给的精度对于步进电动机来说不是很高，决定采用开环控制（7）控制系

9、统的设计设计的驱动系统只有单坐标定位，所以控制系统应该设计成连续控制型对于步进电动机的开环控制，选用MCS-51系列的ATR89C52，应该能够满足设计任务书给定的相关指标要设计一套完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用考虑到X、Y两个方向的工作范围额相差不大，承受的载荷也相差不多，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、伺服电动机、检测装置拟采用相同的型号与规格。四、机械传动部件的设计与选型1.系统总体尺寸的设计根据课程设计说明书要求的绘图区域范

10、围为148mm210mm（A5图纸）和各部件所受的压力大小，设计各支撑部件基本尺寸如下：工作台面底板尺寸为800mm500mm20mm，Y轴方向移动板尺寸为420mm300mm18mm，X轴方向移动板尺寸为300mm250mm15mm可绘图范围148mm210mm（A5图纸）。2滚珠丝杆副的选型与计算2.1 确定滚珠丝杆副的导程Ph：根据机械设计相关知识用于传动的螺纹只有传动的螺纹只有梯形螺纹和锯齿形螺纹，又由于锯齿形螺纹只能传递单向动力，所以此处选择梯形螺纹（如图所示）。 根据选择的步进电机步距角为1.8，设计要求精度为0.2mm和公式S=L*/2（其中为步距角，L为螺纹导程）可知：S=L*

11、/2=L1.8/3600.2, L40mm，取L= Ph=40mm查取机械设计手册（GB/T5763.31986）取螺杆公称直径d=22mm，螺距p=8mm，中经d2=18mm，大经D4=23mm，小径d1=13mm，螺距p=8mm，接触角=45，螺纹升角=433，选择公差等级为8e, 螺纹旋合长度为65mm。由上面计算和查机械设计手册可知螺杆选择的螺纹为五线螺纹。根据丝杆选择与之相配合的丝杆螺母。选择丝杆螺母的取连接长度为65mm。2.2 滚珠丝杆副的载荷及强度计算（1）滚珠丝杆副材料的选择滚珠丝杆副材料选用GCr15SiMn，高频淬火处理使其硬度达到60HRC。（2）滚珠丝杆副强度的计算丝

12、杆轴向力：Fmax=KFxy+f（Fz+Wxy） 式中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.0030.005，Fx=0.5Fz,Fy=0.6Fz,计算得：Fx=215N，Fy=245N寿命值：L= 其中Ca为额定动载荷，Fa为轴向载荷，fw为运转条件系数:无冲击平稳运转时1. 01. 2 ,一般运转条件1. 21.5 ,有冲击振动运转1.53.0丝杆传递：n=200，则L=180最大动载荷Q=FX向丝杆牵引力：Px=Pz+1.414fGx=317NY向丝杆牵引力：Py=Pz+1.414fGy=382N查表，可取滚珠丝杆公称直径dn=22mm，采用五线丝杆螺纹副，支承方式为双推简支式，其额定动

13、载荷8630。2.3 滚珠丝杆的最大允许轴向变形量 ：机床或机械装置伺服系统精度大多早空载下检验。空载时用在滚珠丝杆副上的最大轴向工作载荷是静摩擦力F0。移动部件在Kmin处起启动和反向时，由于F0方向变化将产生误差2 F0/Kmin（又称摩擦死区误差），它是影响重复定位精度的最主要因素，一般占重复定位精度的（1/22/3）。所以规定滚珠丝杆副允许的最大轴向变形为0.00250.0034mm。影响定位精度的最主要因素是滚珠丝杆副的精度,其次是滚珠丝杆滚珠丝杆本身的拉压弹性变形(因为这种弹性变形随滚珠螺母在滚珠丝杆上的位置变化而变化),以及滚珠丝杆副滚珠丝杆副摩擦力矩的变化等。一般估算取值即为0

14、.0040.005mm以上两种方法估算的小值，即取为0.0025mm.2.4 确定滚珠丝杆副的规格代号：根据条件 得选用滚珠丝杆副的型号为2240-4。公称直径为22mm，满足初选要求。2.5 对预紧滚珠丝杆副，确定其预紧力Fb：根据经验滚动丝杆副的预紧力Fb一般为0.71(额定动载/10)。2.6 确定滚珠丝杆副的螺纹长度Le=40mm Lu=有效行程+螺母长度=320mm2.7 滚珠丝杆副的校核（1）滚珠丝杆副稳定性校核滚珠丝杆受工作负载引起的导程变化是Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算。F=252N Lo=0.5（cm） E=20.6x10（N/m）S=*R=3.141.1=3.8（c

15、m）所以：=2520.5/（20.6103.8）=1.6110丝杆因受扭矩所引起的导程变化量是很小的，可忽略，所以导程总误差=1.61x10x=2（um/m）查表知：E级精度的丝杆允许误差15um，故刚度足够，以上滚珠丝杆的参数符合要求。（2）滚珠丝杆副扭转刚度的校核 Ks2 =9.807(N/um) 其中G为剪切模量其值为81000MPa，L为导程。经计算校核滚珠丝杆副扭转刚度满足要求。（3）滚珠丝杆副的极限转速nc的校核(避免高速运转时产生共振) 其中g为重力加速度，r为丝杆材料密度，A为丝杆低径横截面积，E为丝杆材料弹性模量，I为丝杆低径的惯性矩，L2为支撑间距离，的大小为丝杆安装形式的

16、系数（本课设丝杆为两端固定安装其值取为4.37）。经计算得知滚珠丝杆极限转速nc满足条件。（4）传动效率计算： 丝杆螺母副的传动效率为，式中f=10。摩擦角为丝杆螺旋开角。=0.96 3步进电机的选型与计算31步进电机的选型（1）步进电机的步距角取决于系统的脉冲当量=0.01mm/step。初步选步进电机的步距角=1.8。 （2）步进电机启动力矩的计算：设步进电机等效负载力矩为P，根据能量守恒定理，电机所做功率与负载的功率有如下关系：式中：为电机转角 S为移动部件的相应位移 为机械传动效率若取=Qb 则S= 且（Nm）式中 Ps为移动部件负载，G为移动部件重量。 Pz与重力方向一样的作用，在移

17、动部件上的负载力（N） 为导轨的摩擦系数，取0.03；Qb为步进电机的歩距角（rad） T为电机轴向负载力矩（Nm） =0.96。Ps为丝杆牵引力，Ps=Pb=118 考虑到运动影响，X向电机负载较大，因此取G=Gy=380所以：T =1.29Nm若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩Tq=4.3Nm； 由以上的参数选择电机为：深圳步科Kinco85系列步进电机，型号为2S86Q05180，其主要参数如下所示：其距频曲线图如下图所示：3.2 步进电机等效负载计算 （1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为： 式中：J分别为折算到步进电机轴上的工作台、齿轮1、齿轮2和丝

18、杆的等效转动惯量。其中 ， ， 式中：do是丝杆的公称直径，Ls为丝杆的总长，、分别为丝杆和齿轮的材料密度，可取为7.85x10kg/cm。（2）等效负载转矩的计算： 空载时的摩擦转矩： 工作时的负载转矩：式中：=0.8，为考虑丝杆预紧时的传达效率。（3）启动惯性阻转矩计算 式中：电机转速=，起动加速时间=0.025s。（4）步进电机输出轴上总负载转矩计算： (Nm)故总的等效转动惯量为：综上所述，本次设计中进给传动选用2S86Q05180步进电动机，完全满足设计要求4、轴承的选择与验算根据前面的计算,预选轴承为深沟球轴承.选用型号为:6204,查阅机械设计手册（GB/T2761994）可得此

19、轴承的一些相关参数:Cr=12.8KN Cor=6.65KN d=20mm D=47mm B=14mm对其进行受力分析,如上,则可得:由两式连解的: F=102.23NF=213.37N 取e=0.68,则有:所以轴承1被压紧,则:求当量动载荷:对轴1： 对轴2： =0 轴承有中等冲击载荷，查表得=1.21.8，取=1.5 P1=（+）P2=（+） 所以按轴承1进行受力大小的验算： 能够满足轴承的寿命要求5联轴器以及键的选用5.1联轴器的选用由上述丝杆转动副和步进电机的型号查取（表5-1）选取套筒联轴器的型号为GT3(A型)，其相关参数如下：（mm）套筒联轴器基本尺寸标准（表5-1） 式中 T

20、c计算转矩，Nmm； D套筒外径，mm； d轴的直径，mm，当用花键联接时，d取花键的平均直径； 套筒的许用剪应力，N/mm2，45号钢制套筒，可取 =3540N/ mm2 。圆锥销联接验算圆锥销的剪切强度： 式中 d1圆锥销直径，mm； 圆锥销的许用剪应力，N/mm2，可取 =0.25 ， 为销材料的屈服极限。 5.2 键的选用及计算根据丝杆轴向尺寸大小，步进电机转轴尺寸大小和需要传递的转矩确定选用结构简单，拆装方便，对中性较好的A型平键。具体尺寸参数如下： 宽度b=6mm，高度h=6mm，长度L=20mm。A型平键材料为45钢。对所选平键强度校核：p =2*T/(d*k*l)p6滚动直线导

21、轨本设计采用滚动直线导轨,其最大优点是摩擦系数小,动,静摩擦系数差很小，因此,运动轻便灵活,运动所需功率小,摩擦发热少，磨损小，精度保持性好,低速运动平稳性好,移动精度和定位精度高的优点.所采用的滚动直线导轨结构。在选择导轨时，主要遵循以下几条原则：精度不干涉原则：导轨的各项精度制造和使用时互不影响才易得到较高的精度。动摩擦系数相近的原则：例如选用滚动导轨或朔料导轨，由于摩擦系数小且静，动摩擦系数相近，所以可获得很低的运动速度和很高的重复定位精度。导轨能自动贴合原则：钥匙导轨精度高，必须使相互结合的导轨有自动贴合的性能。对水平位置的工作的导轨，可以靠工作台的自重来贴合;其它导轨靠附加的弹簧力或

22、者滚轮的压力使其贴合。移动的导轨在移动过程中，能始终全部接触的原则;也就是固定的导轨长，移动的导轨短。对水平安装的导轨，以下导轨为基准，上导轨为弹性体的原则。能补偿因受力变形和受热变形的原则。7密封和润滑为了阻止灰尘，水，酸气和其杂物进入轴承并阻止润滑剂流失。再本设计中加如了轴承的密封装置。因为滚珠丝杠的转速不高，所以采用接触式密封。在透盖与轴承中间加入了唇形密封圈，目的是防止润滑油的流出。在轴承的左侧加入轴承端盖，目的是阻止灰尘，水，酸气和其杂物进入轴承。为了降低摩擦阻力，散热，吸收振动，防止锈蚀等，在整个系统中加入了润滑装置，在此系统中滚珠丝杠和轴承都采用脂润滑。五、机械控制系统原理及电路

23、设计1、设计要求采用MCS-51系列单片机来完成此控制系统的设计,完成控制系统原理图等.主要包括键盘,LED显示,电动机的启动、停止、单进控制、联动控制等的控制.同时还要有一些自动错误处理功能.如限位控制,驱动出错处理,这就需要在程序设计时提供相应的中断处理程序。2、方案分析 由前面电动机的选择:选用电动机型号为90BYG55C的步进电机.此电机是一个五相十拍的电动机。由机电一体化可以知道步进电机的运行特性与配套的驱动电源（驱动器）由密切的关系。驱动器由脉冲发生器和功率放大器两大部分组成的。在微机控制电机过程中，需要使电机按照一定规律变化进行运动，而控制这部分规律变化的部分叫做脉冲分配器。实现

24、脉冲分配有两种方法：计算机软件和硬件电路法。当有了环形脉冲分配后，还是不够的。由于我们的脉冲是由微机单片机发出的，属于低电平，是不能直接驱动电机进行运动的，这时我们可以采用功率放大电路将脉冲进行功率放大，然后驱动硬件电路。3、单片机系统与步进电动机驱动器之间的接口方法采用单片机系统对步进电动机进行串行控制系统从CP脉冲控制线按电动机旋转速度的要求发出相应周期间隔的脉冲,即可使电动机旋转.当需要电动机恒转速运行时,就发出恒定周期的脉冲串；当需要加减速运行时，就发出周期递减或递增的脉冲串；当需要锁定状态时，只要停止发脉冲串就可以了由此可以方便地对电动机转速进行控制方向电平控制线可实现对电动机方向的

25、控制，为低电平时，环行分配器按正方向进行脉冲分配，电动机正向旋转；而为高电平时，环行分配器按反方向进行脉冲控制，电动机反方向控制，从而可实现工作台的来回运动 图1-3 简单画出串行控制方法的接线图.图中是采用8031的P1.0作为方向电平信号,P1.1作为CP脉冲信号.设正常的P1.1为高电平,CP 脉冲输出低电平有效,产生CP脉冲的子程序如下：CW：CLR P1.0 ；正转电平 CLR P1.1；输出低电平，产生脉冲前沿LCALL D5s；调延时子程序，使脉冲宽度为5sSETB P1.0 ；输出高电平产生脉冲后沿RET；返回要想电动机反方向运行,可调用如下子程序:CW：SETB P1.0 ；

26、输出反转电平CLR P1.1；输出脉冲前沿LCALL D5s；延时5sSETB P1.0 ；输出脉冲后沿RET；返回采用MCS-51系列的8031型的单片机作为微机控制的主芯片。系统原理图中，采用74LS373进行P0口的锁存，同时扩展一片2764的程序存储器和一片6264的数据存储器，作为系统的数据处理和存储之用。同时，我们需要扩展键盘和显示，就需要扩展接口来连接。采用8155进行接口扩展，PA口，PC口属于输出口，PB口属于输入口。PA口的八根地址连接成4 4的键盘接口电路，PB口用于LED的八路接口，同时用PC口的6路进行LED的位控接口。同时由P2口的P2.5,P2.6,P2.7进行7

27、4LS138的片选输入，对2764和6264进行片选。地址计算：1）8155的地址计算：在8155中，采用P1.7来控制IO/M口，进行I/O和RAM选项控制。当P1.7=0时，选择RAM口，其地址为：010 所以其地址为4000H-5FFFH（其中P1.7为0）当P1.7=1时，单片机选中I/O口，其地址为：010所以其地址为4000H-5FFFH（其中P1.7为1）因此：8155的具体地址： 命令字：4000HA 口：4001HB 口：4002HC 口：4003H低四位：4004H高四位：4005H2）2764的地址：采用74LS138片选控制，地址选择如下：000 所以地址范围为：000

28、0H-1FFFH3）6264的地址：同样采用74LS138片选控制，地址选择如下：001所以地址范围为：2000H-3FFFH4、步进电动机驱动电源的选用本次设计中选用的90BYG2602型电动机，生产厂家为常州宝马集团公司选择ISM-202A细分驱动器4.1特点（1）电源电压不大于+45VDC（2）斩波频率大于35KHZ（3）输入信号与TTL兼容（4）可驱动两相或四相混合式步进电机（5）双极性恒流斩波方式（6）光电隔离信号输入（7）细分数可选SM-202A型：2、4、8、16、32、64或根据用户要求设计（8）驱动电流可由开关设定（9）外型尺寸：85*59*19(10）重量：0.11kg4.

29、2引脚说明(1)GND端为外接直流电源(2) A+，A-端为电机A相(3)B+，B-端为电机B相(4)+COM端为光电隔离电源公共端，典型值为+5V，高于+5V时应在CP，DIR及FREE端串接电阻(5)CP端为脉冲信号，下降沿有效（6）DIR端为方向控制信号，电平高低决定电机运行方向（7）FREE端为驱动器使能，高电平或悬空电机可运行低电平驱动器无电流输出，电机处于自由状态4.3 电气特性 （Tj=25）（1）信号逻辑输入电流10mA-25mA（2）下降沿脉冲时间大于5us（3）绝缘电阻大于500M4.4 使用环境及参数（1）冷却方式；自然冷却或强制风冷（2）使用环境；尽量避免粉尘及腐蚀性气

30、体（3）温度；0C- +50C（4）湿度；40- 89%RH4.5机械安装如图4.6 电源供给本驱动器可采用非稳压型直流电源供电，也可以采用变压器降压+桥式整流+电容滤波4.7 电机接线SM-202A驱动器能驱动四线、六线或八线的两相/四相电机图1-6详细列出了4线、6线、8线步进电机的接法：4.8 驱动器与电机的匹配（1）供电电压的选定一般来说，供电电压越高，电机高速时力矩越大，越能避免高速时掉步但另一方面，电压太高可能损坏驱动器, 而且在高电压下工作时, 低速运动振动较大（2）输出电流的设定值对于同一电机，电流设定值越大时,电机输出力矩越大，但电流大时电机和驱动器的发热也比较严重所以一般情

31、况是把电流设成供电机长期工作时出现温热但不过热时的数值 四线电机和六线电机高速度模式：输出电流设成等于或略小于电机额定电流值； 六线电机高力矩模式：输出电流设成电机额定电流的70%； 八线电机串联接法：输出电流设成电机额定电流的70%； 八线电机并联接法：输出电流可设成电机额定电流的1.4倍电流设定后请运转电机15-30分钟，如电机温升太高，则应降低电流设定值如降低电流值后，电机输出力矩不够则请改善散热条件，保证电机及驱动器均不烫手为宜4.9 驱动器接线 一个完整的步进电机控制系统应含有步进电机、步进驱动器、直流电源以及控制器 (脉冲源)本次设计选择与步进电动机2S86Q05180相配套的驱动

32、装置。六、设计结论在本设计中采用步进电机直接驱动滚珠丝杠来实现工作台的水平移动，因其无位置反馈，其精度主要取决于驱动系统和机械传动机构的性能和精度，精度不高。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。但是其有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，但是因其无减速装置，多用在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合。易知可以通过增大传动比i来提高定位精度，但是因本设计采用的是步进电机直 接驱动滚珠丝杠，所以定位精度是由步距角来确定的。而步距角取觉于电动机。这就要求步进电动机有较小的步距角，而较小的步距角就需要较大的转子齿数，从而大大的增加了成本。在设计中所选的是滚动直线导轨因其具有摩擦系

33、数小（0.00250.005)，动、静摩擦力相差甚微；运动轻便灵活，所需功率小，摩擦发热小，磨损小，精度保持性好，低速运动平稳，移动精度和定位精度都较高的优点，所以其可以消除在低速度移动时的爬行现象。但是其滚动导轨结构复杂，制造成本高，抗震性差。设计中传动部件用的是滚珠丝杠螺母机构，其具有摩擦损失小，传动效率高，可达85%98%，丝杆螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，刚度，摩擦阻力小等优点，但是同时也有不能自锁，运动有可逆性，即旋转运动直线运动；直线运动旋转运动等缺点。虽然滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装有制动装置。为了减少丝杠的受热变形

34、，可以将丝杠制成空心，在支承法兰处通入恒温油进行强迫冷却循环。滚珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂进行润滑，同时要采用防尘密封装置。如用接触式或非接触密封圈，螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩等。并且滚珠丝杠采用内循环的方式，如图所示：这种方式具有其结构紧凑，定位可靠，刚性好，且不易磨损，返回滚道短，不易发生滚珠堵塞，摩擦损失也小。在系统的控制方面，本设计采用的是开环控制系统，其控制简图如下图所示：电机机械执行部件A相、B相C相、f、n脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大其具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，但是其精度较低。在步进电机驱动和控制方面，设计中

35、采用的是专用的与步进电机相匹配的驱动控制器。完全可以实现控制的要求。 综上所述，虽然设计中存在一些缺点，但是这些都不会影响控制的精度，并且都可以达到设计任务中的要求，所以上述设计是满足设计要求的，完全可以实现对工作台控制。七、个人总结本次课程设计目的是巩固所学专业基础知识和专业知识,熟悉典型数控型执行机构设计，综合运用大学期间所学的所有知识。我们在这次课程设计中都付出了很多的努力.从搜集材料,整理数据，三维造型实体设计，工程图纸的制作和修改都经历了许多的挫折，我们的设计重心是传动系统的设计.传动系统的设计思路很简单,主要是选择丝杠副和直线运动导轨以及其工作强度的校核，设计的每个零件尺寸一定要很

36、精确,螺纹孔的位置也要很准确,否则在装配的过程中出现很多问题.我们在设计初期碰到的问题及解决方案主要有以下几点:(1) 在保证丝杠的有效行程(300mm)的前提下,直线运动导轨的长度不够,工作台最大运动时撞到电动机.解决方案:增加丝杠轴端长度.同时调整丝杠螺母在工作台上的定位.(2) 丝杠螺母副和直线运动导轨副的内部结构不清楚,解决方案是设计外观.(3) 工作台上的沉孔空过于密集,不方便加工,解决方案:减少沉孔的数量,同时增大沉孔直径,即增大内六角圆头螺钉的公称直径,以保证工作台的稳定性.(4) 设计时还应考虑到加工工艺.(5) 控制系统的设计直接参考市场上的控制模块.(6) 考虑到二维设计图

37、的可读性和标准性，在三维图转二维图时三维软件系统文件和源文件要做一些修改，这些又是我们比较薄弱的环节，从而在这点上花了一些时间。虽然设计中出现了很多的困难,可是在我们的共同努力下,最后成功地完成了指定的设计任务.也使我们在这次课程设计中学到了很多东西,发现了自己在之前学习中的不足之处.同时真正体会到了科学来不点半点的虚的道理.最后,非常感谢张智明老师对我们的指导,提出了很多宝贵的意见,在此对老师表示最诚挚的谢意！八、参考文献1 明兴祖1 数控机床与系统M1 北京:中国人民大学出版社,200020612机电一体化技术委员会编机电一体化技术手册机械工业出版社，第二版3机械设计手册（GB/T5793.31986） 4机电传动控制.华中科技大学出版社.2007年6月第四版.5机械工程手册/电机工程手册编辑委员会编机械工程手册机械工业出版社，1996年9月第二版6机械设计高等教育出版社，2006年5月第八版7杨裕根主编 现代工程图学北京邮电大学出版社，2005年3月第二版- 24 -