畢業(yè)設(shè)計(jì)-步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 （步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)） 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 班 級(jí)： 04 機(jī)電（ 2）班 姓 名： 張景貴 學(xué) 號(hào)： 20040310010301 指導(dǎo)教師 ： * 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 2 目 錄 1 課程設(shè)計(jì)的目的 - 3 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 - 3 3 課程設(shè)計(jì)要求 - 4 4 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1) 確定滾珠絲桿副的導(dǎo)程 - 4 2) 滾珠絲桿副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 - 4 3) 確定預(yù)期額定的載荷 - 4 4) 按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底徑 - 5 5) 確定 滾珠絲桿副的規(guī)格 - 5 6) 對(duì)預(yù)緊滾珠絲桿副，確定其預(yù)緊力 - 6 7) 確定 滾珠絲桿副支承所用軸承規(guī)格 - 6 8) 滾珠絲桿副工作圖設(shè)計(jì) - 6 9) 電機(jī)的選擇 - 6 10) 滾珠絲桿的校核 - 8 11) 滾珠絲桿副的極限轉(zhuǎn)速 nc 的校核 - 8 12) Dn 值的驗(yàn)證 - 9 13) 基本軸向額定靜在和 Cu 的驗(yàn)算 - 9 14) 強(qiáng)度驗(yàn)算 - 9 15) 軸承的選擇與驗(yàn)算 - 9 16) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌選擇，計(jì)算和驗(yàn)算 - 12 17) 機(jī)械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì) - 14 5 附錄【 1】 HXD55 無相混合式驅(qū)動(dòng)器 - 16 6 密封和潤(rùn)滑 - 17 7 結(jié)論 - 18 8 參考文獻(xiàn) - 21 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 3 一 課程設(shè)計(jì)的目的 ： 1.掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過程和方法，包括參數(shù)的選擇，傳動(dòng)的設(shè)計(jì)， 零件的計(jì)算，結(jié)構(gòu)的計(jì)算，培養(yǎng)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的能力。 2.綜合應(yīng)用過去所學(xué) 的理論知識(shí)，提高聯(lián)系實(shí)際和綜合分析的能力，進(jìn)一步鞏固，加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。 3.訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算，繪圖，運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，編寫技術(shù)文件（說明書）等。 二 設(shè)計(jì)內(nèi)容 主要性能參數(shù)： 負(fù)載 工進(jìn)速度 （ m/min） 快進(jìn)速度 （ m/min） 重復(fù)定位精度(mm) 定位精度(mm/300mm) 行程 (mm) 加減速度時(shí)間 (s) 要求壽命 (h) 絲桿直徑初定 (mm) 絲桿支撐形式 F1 (N) F2 (N) 2000 1500 2 0.4 0.01 0.02 500 2 22000 16 兩端固定 (1) 機(jī)械系統(tǒng)部分：完成詳細(xì)的裝配圖設(shè)計(jì)。 (2) 控制部分（計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)內(nèi)容） 采用 MCS51 系列單片機(jī)來完成此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成控制系統(tǒng)原理圖和主要程序的設(shè)計(jì)清單。 完成設(shè)計(jì)計(jì)算步驟： 1. 步進(jìn)電機(jī)的選擇，計(jì)算和驗(yàn)算。含以下內(nèi)容： 脈沖當(dāng)量的確定，空載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算， 各 傳動(dòng) 部件等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等效轉(zhuǎn)矩的折算 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 4 2. 滾珠絲杠的選擇，計(jì)算和驗(yàn)算。 3. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌選擇，計(jì)算和驗(yàn)算。 三 課程設(shè)計(jì)要求完成以下工作 : 1.裝配工作圖或系統(tǒng)總體圖 1 張 1#手繪 . 2.設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1 份 (計(jì)算機(jī)打印 ,B5 紙 )8000-10000 字 . 3.控制原理設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計(jì) (包括微機(jī)的選擇 ,存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 ,I/O 接口設(shè)計(jì) ,伺服驅(qū)動(dòng)電路的選擇或設(shè)計(jì) 等 )2#圖手繪 . 四 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 滾珠絲桿副的參數(shù)選擇與計(jì)算 1 確定滾珠絲桿副的導(dǎo)程 Ph： 根據(jù)傳動(dòng)關(guān)系圖 及傳動(dòng)條件選擇滾珠絲桿副的導(dǎo)程 Ph Ph=10mm 2滾珠絲桿副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算： 1）最小載荷 Fmin 選機(jī)器空載時(shí)滾珠絲桿副的傳動(dòng)力。 根據(jù)工作臺(tái)尺寸確定其質(zhì)量為 25kg。 由滾動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù) f=0.005 得 1 . 2 2 5 N0 . 0 0 59 . 825fGF m in 2)最大載荷 Fmax 選機(jī)器承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲桿副的傳動(dòng)力 . 2 0 0 8 . 7 2 5 N0 . 0 0 59 . 8 )25( 1 5 0 02000G ) f( F 2F1F ma x 3)滾珠絲桿副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm 及當(dāng)量載荷 Fm: 1 2 0 r / m i n20 . 0 1 ) ( 0 . 40 . 0 1 )(22)n(nn m i nm a xm 1 3 3 9 . 5 6 N3)1 . 2 2 52 0 0 8 . 7 2 52(3F mi n ) F ma x(2Fm 3.確定預(yù)期額定的載荷 1)按預(yù)期工作時(shí)間 Lh（小時(shí)）計(jì)算： 根據(jù)要求選取系數(shù)得 fw=1.5, fa=1.0 fc=1.0，由公式得： 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 5 8.2 4 7 0 844.00.11005.156.1 3 3 92 2 0 0 01206010060 33 cawMhm ff fFLnCa mN 4、 按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底徑 d2m: 1).估算滾珠絲桿的最大允許軸向變形量m： 機(jī)床或機(jī)械裝置伺服系統(tǒng)精度大多早空載下檢驗(yàn)?？蛰d時(shí)用在滾珠絲桿副上的最大軸向工作載荷是靜摩擦力 F0。移動(dòng)部件在 Kmin 處起啟動(dòng)和反向時(shí)，由于 F0 方向變化將產(chǎn)生誤差 2 F0/Kmin（又稱摩擦死區(qū)誤差），它是影響重復(fù)定位精度的最主要因素，一般占重復(fù)定位精度的（ 1/22/3）。所以規(guī)定滾珠絲桿副允許的最大軸向變形： 重復(fù)定位精度 )4/13/1(0Mm KF =（ 0.00250.0034） mm 影響定位精度的最主要因素是滾珠絲桿副的精度 ,其次是滾珠絲桿滾珠絲桿本身的拉壓彈性變形 (因?yàn)檫@種彈性變形隨滾珠螺母在滾珠絲桿上的位置變化而變化 ), 以及滾珠絲桿副滾珠絲桿副摩擦力矩的變化等。一般估算是時(shí)m 定位精度)5/14/1(。 即m 定位精度)5/14/1(=（ 0.0040.005） mm 以上兩種方法估算的小值取做m值 ,即m=0.0025mm. 2)、估算滾珠絲桿副的 底徑 d2m： 由滾珠絲桿副的安裝方式得 mmmLFELFd 002 0 39.01010 式中： L 兩個(gè)固定支承之間的距離（ mm） =1.2 500+12 10=720mm 所以 mmdm 16.230 0 2 5.0720225.1039.02 5、確定 滾珠絲桿副的規(guī)格代號(hào)： 根據(jù)條件amam CCdd ,22得選用滾珠絲桿副的型號(hào)為 3210 5，公稱直徑為機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 6 mmd 7.340 mmd 5.321 mmd 7.242 KNC a 7.39 6、 對(duì)預(yù)緊滾珠絲桿副，確定其預(yù)緊力 Fb： 由最大軸向工作載荷 Fmax確定 NFF b 575.669725.20083131 m a x 7、確定 滾珠絲桿副支承所用軸承規(guī)格型號(hào)； 由計(jì)算 8、 滾珠絲桿副工作圖設(shè)計(jì)： 1）、確定滾珠絲桿副的螺紋長(zhǎng)度eus LLL 2Le=40mm Lu=有效行程 +螺母長(zhǎng)度 =500+8Ph=580mm 得 mmLs 66080580 2）滾珠絲桿螺母的安裝連接尺寸： 9、電機(jī)的選擇： 1）作用在滾珠絲桿副上各種轉(zhuǎn)矩計(jì)算 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 TF（ N.m） 空載時(shí) : mNFPT hF .0 0 2 2.09.014.32 01.02 2 5.120 外加徑向載荷是的摩擦力矩 : mNPFT hLFL .015.09.014.32 01.0725.82 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 7 滾珠絲桿副 預(yù)加載荷 Fb產(chǎn)生的預(yù)緊力矩 : NmPFT hbb 25.09.0 9.01.14.32 01.0575.6691.2 2 22 2 2）負(fù)荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL（ Kg.m2）及傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J（ Kg.m）的計(jì)算： LMmjjmiiLJJJnVmnnJ 22 )2()( 滾動(dòng)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 424224431013.725)14.3201.0(105.6.)2(.105.63272.00 3 3.0108.7mPJJmkgJhSLs由 141 lmJJ即： 4,4 1013.71078.1 mJ取 Jm=3.57 10-4 則有： 33 107.1010)13.757.3( LM JJJ 3）加速轉(zhuǎn)速 Ta 和最大加速轉(zhuǎn)矩 Tam 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?n1 升至 n2 時(shí) : Nmt nnJTaa3421 102.9260 )402 0 0(14.32107.1060 )(2 當(dāng)電機(jī)從靜止升速到 nmax NmtnJTaam34m a x 102.11260 2 0 014.32107.10602 4)電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tr(N.m) NmTTTTT LbFamr 815.325.09.014.32 01.02000015.0102.11 3 5)電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩 : NmTTT LFM 8.379.3015.0 6)電動(dòng)機(jī)的選擇 : 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 8 在選擇電動(dòng)機(jī)是主要從以下幾個(gè)方面考慮 : 1. 能滿足控制精度要求 . 2. 能滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求 . 3. 滿足 慣量匹配原則 . 上述計(jì)算均沒有考慮機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)效率 .當(dāng)選擇機(jī)械傳動(dòng)總效率 =0.96 時(shí) ,同時(shí) ,在車削 時(shí) ,由于材料的不均勻等因素的影響 ,會(huì)引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大 ,為避免計(jì)算上的誤差以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大引起步進(jìn)電機(jī)丟步而引起加工誤差 ,可以適當(dāng)考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)一般可以在 1.2-2 之間選取 .如果選取安全系數(shù) K=1.5,則步進(jìn)電機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 為 : NmkTT m 96.55.1)96.0/815.3( 如果選上述預(yù)選的電動(dòng)機(jī) 90BYG55C,其最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax=6.3Nm。在五相十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)，其步矩角為 0.36( )/setp，為了保證帶負(fù)載能正常加速啟動(dòng)和定位停止，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須滿足： Tjmax T 由 Tjmax =6.3Nm T = Nm96.5 ，故選用合適。 10.滾珠絲桿的校核 在選擇滾珠絲桿時(shí)，可根據(jù)原絲桿直徑的大小，按類比法選擇其名義直徑，因此，就需要對(duì)其負(fù)載能力進(jìn)行必要的校核，如果是根據(jù)承載能力選出的則應(yīng)對(duì)壓桿穩(wěn)定及其剛度進(jìn)行必要的校核。 下面 進(jìn)行滾珠絲桿副臨界壓縮載荷 Fc 的核算（即驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性） m a x5214221 10 fLdkkFcc （其中：311 kf=21.9 42 k 730.4 ） NFFFNF C 725.2 0 0 810163.110590 7.24431 m a x552 4 摩總 所以驗(yàn)證穩(wěn)定性合格 . 11.滾珠絲桿副的極限轉(zhuǎn)速 nc 的校核 (避免高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生共振 ) 3222222 10260 ccc LdfAEILkn 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 9 m a x372 m i n/105.1510590 7.249.21 nr 驗(yàn)算合格 . 12.Dn 值的驗(yàn)證 7 0 0 0 06 9 4 02007.34. m a x nD pw 合格 . 13.基本軸向額定靜在和 Cu 的驗(yàn)算 )2(105.8245.4017725.20082.3m a x取soaoaasfCCFf 14.強(qiáng)度驗(yàn)算 m a x2241 aFd 15.軸承的選擇與驗(yàn)算 根據(jù)前面的計(jì)算 ,我們預(yù)選軸承為角接觸球軸承 .選用型號(hào)為 :7005AC, 查相關(guān)手冊(cè) ()可得此軸承的一些相關(guān)參數(shù) : Cr=11.2KN Cor=7.08KN d=25mm B=12mm 根據(jù)工 作臺(tái)受力分析 ,可以得到如下軸承簡(jiǎn)化受力分析圖 ,見下圖 : 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 10 對(duì)其進(jìn)行受力分析 ,如上 ,則可得 : 1307507.11662221 FF NFFrrr 由兩式連解的 : 2rF =202.23N 1rF =964.37N 取 e=0.68,則有 : NFF rd 77.65568.0 11 NFF rd 56.1 3 768.0 22 NFNFF ddae 77.6559.1 4 7 0 12 所以軸承 1 被壓緊 ,則 : 9.1 4 7 021 daea FFF NF a 56.1372 求當(dāng)量動(dòng)載荷 : eFFra 52.137.9 6 4 9.1 4 7 011eFFra 68.023.2 0 2 56.1 3 722則 :對(duì)軸承 1: X1=0.41 Y1=0.87 對(duì)軸承 2: X2=1 Y1=0 取 fp=1.1 則有 : NFYFXfp arp 9.1 4 7 0)56.3 0 3 087.037.96441.0(1.1)( 11111 NFYFXfp arp 53.2 2 2)023.2 0 21(1.1)(2 2222 驗(yàn)算軸 承壽命 : 因?yàn)?P1P2, 所以軸承所承受的壽命計(jì)算 : hhpcnL h 2 2 0 0 07 9 9 4 6)9.1 4 7 0 105.14(2 0 060 10)1(6010 33636 故 ,軸承壽命合格 . 15.滾動(dòng)直線導(dǎo)軌選擇，計(jì)算和驗(yàn)算 . 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 11 本設(shè)計(jì)采用 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 ,其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小 ,動(dòng) ,靜摩擦系數(shù)差很小，因此 ,運(yùn)動(dòng)輕便靈活 ,運(yùn)動(dòng)所需功率小 ,摩擦發(fā)熱少，磨損小，精度保持性好 ,低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好 ,移動(dòng)精度和定位精度高的優(yōu)點(diǎn) .所采用的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)如下圖所示 : 在選擇導(dǎo)軌時(shí)，主要遵循以下幾條原則： 1. 精度不干涉原則：導(dǎo)軌的各項(xiàng)精度制造和使用時(shí)互不影響才易得到較 高的精度。 2. 靜，動(dòng)摩擦系數(shù)相近的原則：例如選用滾動(dòng)導(dǎo)軌或朔料導(dǎo)軌，由于摩擦系數(shù)小且靜，動(dòng)摩擦系數(shù)相近，所以可獲得很低的運(yùn)動(dòng)速度和很高的重復(fù)定位精度。 3. 導(dǎo)軌能自動(dòng)貼合原則：鑰匙導(dǎo)軌精度高，必須 使相互結(jié)合的導(dǎo)軌有自動(dòng)貼合的性能。對(duì)水平位置的工作的導(dǎo)軌，可以靠工作臺(tái)的自重來貼合 ;其它導(dǎo)軌靠附加的彈簧力或者滾輪的壓力使其貼合。 4. 移動(dòng)的導(dǎo)軌在移動(dòng)過程中，能始終全部接觸的原則 ;也就是固定的導(dǎo)軌長(zhǎng)，移動(dòng)的導(dǎo)軌短。 5. 對(duì)水平安裝的導(dǎo)軌，以下導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，上導(dǎo)軌為彈性體的原則。 6. 能補(bǔ)償因受力變形和受熱變形的原則。 根據(jù)以上原則且 因?yàn)樗O(shè)計(jì)的機(jī)械所受的力不是很大 ,所以初選導(dǎo)軌為GGB16AAL2P2-4 其額定靜 ,動(dòng)載 07.60 acKN, ac6.8KN.查表確定各 系數(shù)1 運(yùn)動(dòng)件； 2 滾珠；3 承導(dǎo)件； 4 返回器； 5 工作滾道；6 返回滾道6A A 旋轉(zhuǎn)51243AA機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 12 為 ; 2.1,1,66.0,1,1 wacth fffff從而可以確定所受的最大力為 3.23KN，由公式： KL ef ffff w acth )(=（23.3 1.352.1 166.011 ） 50 =10675km 按式：602 102 3 nLLh aL=6048.02 1010675 3 =27799 h 22000 h 所以滿足壽命的要求，合格 16.機(jī)械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì) . (1) 設(shè)計(jì) 要求 : 采用 MCS-51 系列單片機(jī)來完成此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,完成控制系統(tǒng)原理圖等 . 主要包括鍵盤 ,LED 顯示 ,電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、單進(jìn)控制、聯(lián)動(dòng)控制 等的控制 .同時(shí)還要有一些自動(dòng)錯(cuò)誤處理功能 .如限位控制 ,驅(qū)動(dòng)出錯(cuò)處 理 ,這就需要在程序設(shè)計(jì)時(shí)提供相應(yīng)的中斷處理程序。 (2)方案分析 : 由前面電動(dòng)機(jī)的選擇 :選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 90BYG55C的步進(jìn)電機(jī) .此電機(jī)是一個(gè)五相十拍的電動(dòng)機(jī)。由機(jī)電一體化可以知道步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套的驅(qū)動(dòng)電源（驅(qū)動(dòng)器）由密切的關(guān)系。驅(qū)動(dòng)器由脈沖發(fā)生器和功率放大器兩大部分組成的。在微機(jī)控制電機(jī)過程中，需要使電機(jī)按照一定規(guī)律變化進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而控制這部分規(guī)律變化的部分叫做脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)脈沖分配有兩種方法：計(jì)算機(jī)軟件和硬件電路法。當(dāng)有了環(huán)形脈沖分配后，還是不夠的。由于我們的脈沖是由微機(jī)單片機(jī) 發(fā)出的，屬于低電平，是不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，這時(shí)我們可以采用功率放大電路將脈沖進(jìn)行功率放大，然后驅(qū)動(dòng)硬件電路。 對(duì)于復(fù)雜的電路驅(qū)動(dòng)，如五相十拍電路，具有 A,B,C,D,E 無相，他的十拍工作方式為： AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EAB-AB- 對(duì)于這這種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式，如果采用軟件編程或者硬件電路來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制都是比較復(fù)雜的，這時(shí)我們可以采用專用驅(qū)動(dòng)控制芯片，這里采用 HXD55 型五相混合式驅(qū)動(dòng)器。（詳細(xì)參考見附錄【 1】） 我們采用 MCS-51 系列的 8031 型的單片機(jī)作為微機(jī)控制的主芯片。系統(tǒng)機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 13 原理圖中，采用 74LS373 進(jìn)行 P0 口的鎖存，同時(shí)擴(kuò)展一片 2764 的程序存儲(chǔ)器和一片 6264 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)之用。同時(shí)，我們需要擴(kuò)展鍵盤和顯示，就需要擴(kuò)展接口來連接。采用 8155 進(jìn)行接口擴(kuò)展， PA 口， PC口屬于輸出口， PB 口屬于輸入口。 PA 口的八根地址連接成 4 4 的 鍵盤接口電路， PB 口用于 LED 的八路接口，同時(shí)用 PC 口的 6 路進(jìn)行 LED 的位控接口。 同時(shí)由 P2 口的 P2.5,P2.6,P2.7 進(jìn)行 74LS138 的片選輸入，對(duì) 2764 和 6264 進(jìn)行片選。系統(tǒng)原理電路圖見附圖（ A2 圖紙）。 （ 3）地址計(jì)算： 1） 8155 的地址計(jì)算： 在 8155 中，采用 P1.7 來控制 IO/M 口，進(jìn)行 I/O 和 RAM 選項(xiàng)控制。 當(dāng) P1.7=0 時(shí)，選擇 RAM 口，其地址為： 0 1 0 所以其地址為 4000H-5FFFH（其中 P1.7 為 0） 當(dāng) P1.7=1 時(shí)，單片機(jī)選中 I/O 口，其地址為： 0 1 0 所以其地址為 4000H-5FFFH（其中 P1.7 為 1） 因此： 8155 的具體地址： 命令字： 4000H A 口： 4001H B 口： 4002H C 口： 4003H 低四位： 4004H 高四位： 4005H 2） 2764 的地址： 采用 74LS138 片選控制，地址選擇如下： 0 0 0 所以地址范 圍為： 0000H-1FFFH 3） 6264 的地址： 同樣采用 74LS138 片選控制，地址選擇如下： 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 14 0 0 1 所以地址范圍為： 2000H-3FFFH 4）芯片列表： 序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 1 微控制器 MCS-8031 1 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 1 3 程序存儲(chǔ)器 2764 1 4 鎖存器 74LS373 1 5 譯碼器 74LS138 1 6 接口芯片 8155 1 7 鍵盤 4x4 鍵盤 1 8 顯示器 LED 七段數(shù)碼顯示器 6 9 光電耦合器 光電耦合器 3 10 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 HXD55 驅(qū)動(dòng)器 1 11 電阻 若干 12 晶振 20KHZ 1 13 電容 若干 5）軟件流程圖 ; 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 15 啟動(dòng) 速度控制 鍵盤輸入 中斷服務(wù)處理 調(diào)整定時(shí)器定時(shí)常數(shù) 脈沖輸出 控制電機(jī) 位置控制 單進(jìn) /連動(dòng) 正轉(zhuǎn) 絕對(duì)位置減 1 絕對(duì)位置加 1 越界 停機(jī) 報(bào)警 步數(shù)減 1 步數(shù) =0 停機(jī) 重裝定時(shí)常數(shù) 退出 加速 /減速控制 正轉(zhuǎn) 絕對(duì)位置減 1 絕對(duì)位置加 1 越界 停機(jī) 報(bào)警 加速 ? 加速步數(shù)減1 級(jí)步數(shù)減1 恒速 ? 級(jí)步數(shù) =0 加速一級(jí) 計(jì)算級(jí)步數(shù) 加速步數(shù) =0 指針指向恒速 減速步數(shù)減1 級(jí)步數(shù)減1 級(jí)步數(shù) =0 減速一級(jí) 計(jì)算級(jí)步數(shù) 停機(jī) 恒速步數(shù)減1 恒速步數(shù) =0 指針指向恒速 減速一級(jí) 計(jì)算級(jí)步數(shù) 減速步數(shù) =0 重裝定時(shí)常數(shù) 退出 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 16 附錄【 1】 HXD55 無相混合式驅(qū)動(dòng)器使用說明 (一 ) 主要特性： （ 1） 使用五相 混合式五出線步進(jìn)電機(jī) （ 2） 使電機(jī)扭矩保持性好，振動(dòng)低 （ 3） 鎖定時(shí)相電流大小可根據(jù)需要調(diào)節(jié)為 2A,3A,4A,5A （ 4） 具有過 熱，過流報(bào)警輸出，工作電壓為 AC80V (二 ) 驅(qū)動(dòng)器各部件名稱與功能 （ 1） 電機(jī)勵(lì)磁指示燈 -功放 指示燈亮?xí)r表明電機(jī)處于通電狀態(tài)，熄滅時(shí) 電機(jī)中無電流通過。 （ 2）報(bào)警指示燈 -報(bào)警 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器楚湘故障時(shí)此指示燈點(diǎn)亮 （ 3）過熱報(bào)警指示燈 -過熱 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部散熱片的溫度超過 85 0C 時(shí)過熱指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器停止工作。 （ 4）相原點(diǎn)指示燈 -相原點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)每接受二十個(gè)脈沖信號(hào)（步進(jìn)時(shí)）或十個(gè)脈沖信號(hào)（整步時(shí)）此指示燈亮有一次 （ 5）自檢開關(guān) -自檢 將開關(guān)下?lián)埽?ON），驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)帶 動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行頻率為 1P.P.S。 （ 6）單 /雙脈沖選擇開關(guān) -單 /雙脈沖 可設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的工作方式為單脈沖方式（使用脈沖 CP 和方向 DIR）或者雙脈沖方式（使用正轉(zhuǎn)脈沖 CW 和反轉(zhuǎn)脈沖 CCW）。開關(guān)下?lián)埽?ON）為雙脈沖方式。通電時(shí)請(qǐng)勿切換。 （ 7）步矩角切換開關(guān) -半不 /整步 設(shè)定電機(jī) 1 脈沖當(dāng)量動(dòng)作角度?？稍O(shè)定電機(jī)為半步（ 36.0 ） 運(yùn)行方式或整步（ 72.0 ）運(yùn)行方式。開關(guān)下?lián)埽?ON）為整步運(yùn)行方式。 （ 8）相電流調(diào)整開關(guān) 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 17 根據(jù)所 驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)整與之適應(yīng)的相電流。 （ 9）接線插頭 信號(hào)名稱 輸入輸出形式 功能 步進(jìn)脈沖正轉(zhuǎn)輸入 光電耦合輸入： 高電平： 4-6V 低電平： 0-1V 用脈沖的邊沿觸發(fā)，每觸發(fā)一次電機(jī)步進(jìn)一步 旋轉(zhuǎn)方向 /反轉(zhuǎn)脈沖輸入 單面沖工作時(shí)為方向控制信號(hào) 雙脈沖工作時(shí)為反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào) 勵(lì)磁控制信號(hào)輸入 此信號(hào)有效時(shí)電機(jī)處于非勵(lì)磁狀態(tài)，步進(jìn)系統(tǒng)不能正常工作 故障信號(hào)輸出 光耦開環(huán)輸出外部使用條件： DC24V以下 10m 以下 報(bào)警信號(hào)輸出 相原點(diǎn)信號(hào)輸出 相原點(diǎn)指示燈亮?xí)r光耦輸出端導(dǎo)通 A B C D E 電機(jī)無相輸出 接線時(shí)與電機(jī)陰險(xiǎn)標(biāo)號(hào)保持一致，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與控制信號(hào)設(shè)定方向相反時(shí)，可將 A與 E 對(duì)調(diào)， B 與 D 對(duì)調(diào)以改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向 交流 80V 輸入（最大電流 5A） 交流工作電壓輸入端 17.密封和潤(rùn)滑 為了阻止灰塵，水，酸氣和其雜物進(jìn)入軸承并阻止?jié)櫥瑒┝魇?。再本設(shè)計(jì)中加如了軸承的密封裝置。因?yàn)闈L珠絲杠的轉(zhuǎn)速不高，所以采用接觸式密封。在透蓋與軸承 中間加入了唇形密封圈，目的是防止?jié)櫥偷牧鞒?。在軸承的左側(cè)加入軸承端蓋，目的是阻止灰塵，水，酸氣和其雜物進(jìn)入軸承。為了降低摩擦阻力，散熱，吸收振動(dòng)，防止銹蝕等 ，在整個(gè)系統(tǒng)中加入了潤(rùn)滑裝置，在此系統(tǒng)中滾珠絲杠和軸承都采用脂潤(rùn)滑，所采用的潤(rùn)滑系統(tǒng)如下圖所示： 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 18 結(jié)論： 在本設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的水平移動(dòng)，因其 無位置反饋，其精度主要取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度，精度不高。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。 但是其有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)， 但是因其無減速裝置，多用 在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合 。同時(shí)由公式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角（ ）； 脈沖當(dāng) 量（ mm/脈沖）； h 絲杠螺距（ mm） 易知可以通過增大傳動(dòng)比 i 來提高定位精度，但是因本設(shè)計(jì)采用的是 步進(jìn)電機(jī)直360i h 機(jī)電 04 2 * 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 19 接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，所以定位精度是由 步距角來確定的。 而 m 定子相數(shù)； z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k 通電系數(shù)， 這就要求