(最新版)机械电子毕业课程设计

机械电子课程设计

题目：数控平台设计

目录

机械部分

设计任务????????????????????????????2

总体方案设计??????????????????????????3

导轨的选用???????????????????????????4

滚珠丝杠、轴承的选用及核算???????????????????5 步进电机、联轴器的选择与校核??????????????????13

电气部分

步进电机简介?????????????????????????16

1 高耐压、大电流复合晶体管IC—ULN2003简介????????????16

单片机硬件接线图以及IO分配?????????????????20

单片机程序??????????????????????????20

设计感想???????????????????????????24

参考文献???????????????????????????25

2 一、设计任务

1.1设计任务介绍及意义 （一）课程设计题目

机电传动单向数据平台设计

（二）主要内容包括

(1)机械传动结构设计(2)电气测控系统

（三）课程设计意义：

⑴培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。

⑵培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具

书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。 ⑶培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本素质的训练。

⑷树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。

1.2设计任务明细：

⑴电机驱动方式；步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机 ⑵机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动； ⑶电气控制方式：单片微机控制、PLC控制； ⑷功能控制要求：速度控制，位置控制；

⑸主要设计参数：单向工作行程——1800、1500、1200 mm；

移动负载质量——100、50 kg； 负载移动阻力——50、100 N；

移动速度控制——6、12 mmin

1.3设计的基本要求

⑴方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，

明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优。

⑵总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进

3 行总体设计，最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图（A2一张）。

⑶电气原理图：根据控制功能要求，完成电气控制设计，给处电气控制电路原

理图（A3图一张）。

⑷成果展示：课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计

图纸上，完成课程设计说明书一份，字数为3000字以上，设计图纸不少于两张。

⑸ 绘图及说明书：用计算机绘图或手工绘图，打印说明书。

二、总体方案设计

2.1设计基本依据

步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或位移的控制电机。它的直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比，所以电机的线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大的范围内调节电机的转速，并能快速启动、制动和反转，同时电机的运动方向取决于控制绕组的通电顺序。步进电动机适合于作为数字控制系统的伺服元件。混合式步进电动机步距角小，启动和运行频率较高；消耗功率小。

滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动的常用装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。滚珠丝杆的主要工作原理是在丝杆和螺母上加工有弧形螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋管道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管道作周而复始的循环运动。回珠管道两端还起挡滚珠的作用，以防止滚珠沿滚道掉出。特点：①摩擦阻力小，传动效率高（一般在90%以上）；②运转平稳，启动时不颤动，低速时不爬行；③螺母和螺杆经调整预紧，可以得到很高的定位精度（）重复定位精度（）并可以提高轴向刚度④工作寿命长，不易发生故障。适用于金属切削机床、测试机械、仪器的传动螺旋和调整螺旋等。

可编程序控制器PLC可靠性高、抗干扰能力强，能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰，能抗1000V、1脉冲的干扰，能在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作，PLC能够承受电网电压的变化，即使在电源瞬时断电的情况下，仍可以正常工作。另外PLC是通

4 过软件实现控制的，其控制程序编在软件中，实现程序软件化，因而对于不同的控制对象都可以采用相同的硬件配置。PLC 提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。而且PLC体积小、能耗低、便于机电一体化。通过PLC可以实现对步进电动机的控制，实际上控制时电动机的转动受脉冲控制。利用PLC产生高速脉冲串，调节脉冲频率，从而实现步进电动机启动加速、恒速运行、减速停止过程。

2.2总体方案确定，参数初设如下：

⑴电机驱动方式：步进电机 ⑵机械传动方式：滚珠丝杠 ⑶电气控制方式：单片机控制 ⑷功能控制要求：速度控制

⑸主要设计参数：单向最大工作行程——1500mm

移动负载质量——100kg；定位精度0.01mm 负载移动阻力——100N；移动速度控制——6

空载移动速度——12mmin;

选用矩形导轨；工作台滑动摩擦系数； 丝杠两端为固定支撑（F-F），每个支座安装圆锥滚子轴承，

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