1、江西理工大學機電學院機械電子教研室江西理工大學機電學院機械電子教研室CNC二維工作臺機電系統設計二維工作臺機電系統設計機電一體化系統設計機電一體化系統設計1 設計任務設計任務2 總體方案的確定總體方案的確定 引言引言CNC二維工作臺機電系統設計二維工作臺機電系統設計3 具體設計具體設計機電一體化系統設計機電一體化系統設計 CNC二維工作臺是許多機電一體化設備的基本二維工作臺是許多機電一體化設備的基本部件，如數控車床的縱部件，如數控車床的縱-橫向進刀機構、數控銑床和橫向進刀機構、數控銑床和數控鉆床的數控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設備的工作臺、電工作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備

2、等。子元件表面貼裝設備等。CNC二維工作臺機電系統設計 機電一體化系統設計機電一體化系統設計完整的機電一體化系統組成：完整的機電一體化系統組成：機械本體機械本體動力與驅動部分動力與驅動部分執行機構執行機構傳感測試部分傳感測試部分控制及信息處理部分控制及信息處理部分CNC二維工作臺機電系統設計 機電一體化系統設計機電一體化系統設計CNC二維工作臺機電系統設計 模塊化的模塊化的CNC二二維工作臺，通常由維工作臺，通常由導導軌座、移動滑塊、工軌座、移動滑塊、工作平臺、滾珠絲杠螺作平臺、滾珠絲杠螺母副以及伺服電動機母副以及伺服電動機等部件構成。等部件構成。CNC二維工作臺外形機電一體化系統設計機電一體

3、化系統設計CNC二維工作臺機電系統設計 伺服電動機作為執行元伺服電動機作為執行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動滑塊和工作絲杠的螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工平臺在導軌上運動，完成工作臺在作臺在X、Y方向的直線移方向的直線移動。動。 導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均已標導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均已標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選取即可。控制系統根據需要，可以選用標準的工業控取即可。控制系統根據需要，可以選用標準的工業控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統。制計算機，也可以

4、設計專用的微機控制系統。機電一體化系統設計機電一體化系統設計題目題目：CNC二維運動平臺的設計二維運動平臺的設計 任務任務： 1、二維運動平臺的機械部分設計、二維運動平臺的機械部分設計 包括計算選型、二維、三維圖紙的繪制包括計算選型、二維、三維圖紙的繪制 2、控制系統的設計、控制系統的設計 包括驅動電機的選擇計算、控制電路的包括驅動電機的選擇計算、控制電路的 設計及電路圖的繪制，控制程序的編寫。設計及電路圖的繪制，控制程序的編寫。 （可分別用單片機和（可分別用單片機和PLC進行控制方案的設計）進行控制方案的設計）一、設計任務一、設計任務機電一體化系統設計機電一體化系統設計原始數據：原始數據：試

5、設計一個用于在水平面內（試設計一個用于在水平面內（XOY平面）進行切割平面）進行切割的的CNC二維工作平臺。切割刀位于二維工作平臺。切割刀位于Y方向工作臺上面，其受力方向工作臺上面，其受力點（點（X、Y方向的軸向載荷）到方向的軸向載荷）到Y方向絲杠軸心線的距離為方向絲杠軸心線的距離為100mm。其它參數見下面分組情況：。其它參數見下面分組情況：第第1組：組：行程：行程：500mmx500mm；X絲杠轉速絲杠轉速n1：200r/min；Y絲杠轉速絲杠轉速n2:200r/min；理論定位精度：；理論定位精度：30m；X方向軸向載荷：方向軸向載荷：F1=5000N；Y方向方向軸向載荷軸向載荷F2=4

6、000N；X方向工作臺滑板及組件重量：方向工作臺滑板及組件重量：1000N；Y方向工作臺方向工作臺滑板及組件重量：滑板及組件重量：600N；分別采用分別采用PLC控制和單片機控制，控制運動軌跡為控制和單片機控制，控制運動軌跡為N型。型。一、設計任務機電一體化系統設計機電一體化系統設計（1）導軌副的選用）導軌副的選用二、總體方案的確定1機械傳動部件的選擇機械傳動部件的選擇機電一體化系統設計機電一體化系統設計（2）絲杠螺母副的選用）絲杠螺母副的選用二、總體方案的確定機電一體化系統設計機電一體化系統設計 選擇了驅動電動機選擇了驅動電動機和滾珠絲杠副以后，為了和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當量，放大電

7、動圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉矩，降低運動機的輸出轉矩，降低運動部件折算到電動機轉軸上部件折算到電動機轉軸上的轉動慣量，可能需要減的轉動慣量，可能需要減速裝置，且應有消間隙機速裝置，且應有消間隙機構。例構。例無間隙齒輪傳動減無間隙齒輪傳動減速箱。速箱。（3）減速裝置的選用）減速裝置的選用二、總體方案的確定機電一體化系統設計機電一體化系統設計（4）伺服電動機的選用）伺服電動機的選用根據定位精度選擇合適的根據定位精度選擇合適的驅動電機，主要有直流伺驅動電機，主要有直流伺服電機、交流伺服電機、服電機、交流伺服電機、步進電機等。步進電機等。二、總體方案的確定機電一體化系統設計機電一體化系統設計（5

8、）檢測裝置的選用）檢測裝置的選用二、總體方案的確定用于半閉環或閉環控制中檢測電動機的轉角與轉速或工作臺用于半閉環或閉環控制中檢測電動機的轉角與轉速或工作臺的定位及速度。的定位及速度。常用的有編碼器、旋轉變壓器、光柵尺等。常用的有編碼器、旋轉變壓器、光柵尺等。機電一體化系統設計機電一體化系統設計2控制系統的設計控制系統的設計二、總體方案的確定 可以選用單片機控制，可以選用單片機控制，也可以選擇也可以選擇PLC控制，相控制，相應的需要設計相關的驅動應的需要設計相關的驅動控制電路，編寫控制程序控制電路，編寫控制程序。機電一體化系統設計機電一體化系統設計二、總體方案的確定機電一體化系統設計機電一體化系

9、統設計二、總體方案的確定1.電機選擇電機選擇2.單片機（型號、引腳的分配）單片機（型號、引腳的分配）3.按鍵按鍵4.電機運行（啟動、停止、正反轉）電機運行（啟動、停止、正反轉）5.電機調速（加減速）電機調速（加減速）6.顯示（位置、速度、方向）顯示（位置、速度、方向）機電一體化系統設計機電一體化系統設計機械部分機械部分（一）機械傳動部件的計算與選型（一）機械傳動部件的計算與選型1、導軌副的計算與選型、導軌副的計算與選型2. 滾珠絲杠螺母副的計算與選型滾珠絲杠螺母副的計算與選型3、減速器的設計與計算、減速器的設計與計算4、驅動電機的選擇計算、驅動電機的選擇計算5、編碼器的選擇計算、編碼器的選擇計

10、算（二）零件圖紙及裝配圖的繪制（二）零件圖紙及裝配圖的繪制包括三維圖。包括三維圖。三、詳細設計過程及計算步驟三、詳細設計過程及計算步驟機電一體化系統設計機電一體化系統設計三、詳細設計過程及計算步驟三、詳細設計過程及計算步驟控制部分控制部分（一）硬件設計（一）硬件設計1、各功能器件的選型及電路設計、各功能器件的選型及電路設計2、電路連接圖的繪制、電路連接圖的繪制3、電路、電路PCB板圖的設計（單片機）板圖的設計（單片機）（二）軟件程序設計（二）軟件程序設計 1、分析功能畫出程序流程圖（包括主程序流、分析功能畫出程序流程圖（包括主程序流程和各子程序流程）程和各子程序流程）2、程序的編寫與調試、程序

11、的編寫與調試機電一體化系統設計機電一體化系統設計四、整理撰寫課程設計報告四、整理撰寫課程設計報告二、設計說明書格式要求二、設計說明書格式要求設計說明書主要內容包括以下設計說明書主要內容包括以下4大部分：大部分：1、設計任務書、設計任務書 包括設計任務，設計要求等包括設計任務，設計要求等2、設計過程、設計過程 包括包括 （1）課題分析）課題分析 （2）方案設計及論證）方案設計及論證 包括多種設計方案比較，及選取該方案的分析過程，最后得出系統總體結包括多種設計方案比較，及選取該方案的分析過程，最后得出系統總體結構框圖。構框圖。 （3）方案實現）方案實現 1）硬件設計過程，包括各器件的選型過程介紹、

12、各子功能部分電路設計及）硬件設計過程，包括各器件的選型過程介紹、各子功能部分電路設計及相關參數的計算過程，各子電路圖的繪制，最后完成系統總電路圖。相關參數的計算過程，各子電路圖的繪制，最后完成系統總電路圖。2）軟件設計過程，包括系統總體程序流程分析介紹、主程序流程圖、主程）軟件設計過程，包括系統總體程序流程分析介紹、主程序流程圖、主程序代碼，各子程序流程分析介紹、子程序流程圖及子程序代碼。最后給出序代碼，各子程序流程分析介紹、子程序流程圖及子程序代碼。最后給出完整的總體程序代碼。完整的總體程序代碼。3、總結：寫明設計過程碰到的問題、解決的方法、本設計的心得體會及改、總結：寫明設計過程碰到的問題、解決的方法、本設計的心得體會及改進措施。進措施。4、參考文獻、參考文獻 不少于不少于5篇，參考文獻書寫格式如下所示：篇，參考文獻書寫格式如下所示：機電一體化系統設計機電一體化系統設計四、整理撰寫課程設計報告四、整理撰寫課程設計報告1 潘永雄新編單片機原理與應用西安：西安電子科技大學出版社，潘永雄新編單片機原理與應用西安：西安電子科技大學出版社，20022 張良張良. 用用MAX813L設計單片機看門狗與電源監控電路設計單片機看門狗與電源監控電路單片機與嵌入式系統應單片機與嵌入式系統應用用, 2001,(05)5、附錄：附上所