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基于单片机的XY轴步进运动控制装置设计【优秀课程毕业设计+7张CAD图纸+61页加正文3万字】-jxsj13

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大轴(A3).dwg

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联轴器(A3).dwg

轴承支座(A1).dwg

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关键词：: 基于单片机 xy 步进运动控制节制装置设计步进控制

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基于单片机的XY轴步进运动控制装置设计【优秀课程毕业设计+7张CAD图纸+61页加正文3万字】-jxsj13

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轴承支座(A1).dwg

摘要

本文主要是关于两维步进单片机控制工作台的控制部分的研究。主要的任务就是用单片机实现两个步进电机的正反转和速度的控制。

单片机控制的X-Y工作台系统可以设计为开环，半闭环和闭环伺服系统三种。本设计采用开环伺服系统，通过单片机控制步进电动机的驱动，经传动机构动带动工作台的运动。机械结构设计首先根据工作台的最大载荷，选取导轨副，设计工作台，然后进行结构设计，受力分析，转矩计算，画出工作台的装配草图，再选择步进电动机的型号，进而设计滚珠丝杠，最后设计出X-Y工作台，画出其装配图。

关键词 XY工作台；步进电机；脉冲当量；装配图

Abstract

This paper studies the controlling table of the two-dimensional stepping SCM control part.?The main task is to reverse two stepper motors and control speed using SCM.?

XY table, controlled by microprocessor system, can be designed as open-loop, semi closed-loop and closed loop servo system.?This design uses the open-loop servo system.?Stepper motor, driven by the SCM controlling system drives the motion table by the drive mechanism.?For mechanical design, it is the first step to design the worktable and select the guide pairs by the maximum load under the table.?Later for structural design、stress analysis, and the torque calculation, draw the table assembly sketches.?Then select the type stepping motor, and design the ball screw.? Complete designing the XY table, and drawing the assembly drawing finally.?

Keywords: XY table stepper motor pulse equivalent assembly drawing?

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1序言 1

1.2该设计主要任务 2

2 方案原理设计 3

2.1数控工作台研究现状 3

2.1.1数控工作台的现状与发展 3

2.1.2步进电机的现状与发展 4

2.1.3单片机的现状与发展 5

2.2 系统总体方案 6

2.2.1机械系统 7

2.2.2 控制系统方案 10

2.2.3 控制方案选择 11

2.2.4伺服系统设计 12

3 XY工作台设计 13

3.1 XY工作台结构设计概述 13

3.2 丝杠的选择 13

3.2.1 滚珠丝杠设计总述 13

3.2.2 滚珠丝杠特点 13

3.2.3 设计和使用滚珠丝杠应注意以下问题 14

3.3滚动丝杠支承的选择 15

3 .3 .1支承方式的选择 15

3.3.2轴承的选择 15

3.3.3轴承的选择 16

3.3.4 轴承的润滑与配合 16

3.4 初选联轴器类型 17

3.5导轨材料的选择及热处理 18

3.5.1导轨材料选择 18

3 .5 .2导轨的热处理 18

3.6 机座的设计 19

3.6.1 机座自身刚度 19

3.6.2 提高机座连接处的接触刚度 19

4 控制系统设计 20

4.1 硬件设计 20

4.1.1硬件结构 20

4.1.2 步进电机 20

4.1.3 处理器选择 27

4.1.4 键盘接口电路设计 30

4.1.5 显示部分设计 32

4.1.6 报警电路设计 36

4.1.7 单片机与PC机通信设计 37

4.2 软件系统设计 40

4.2.1 软件结构设计 41

4.2.2系统的程序流程 43

4.2.3编语言程序设计 51

结论 55

致谢 56

参考文献 57

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内容简介：: 翻译摘要这项工作用了一个演示研究了微米及亚微米结构聚合物的注射成型特点，这项演示即是镶件上带有高长宽比的微米及亚微米通道。注射成型的影响参数在可达到的长宽比的微米及亚微米墙上进行了试验研究。此外，对于多种多样的聚合物而言独特的注模方式和产生的缺陷将被密切关注，如有机玻璃 (聚丙烯(高密度聚乙烯 (实验结果显示模具温度决定了微米及亚微米墙注射成型的成功。微注射成型的适宜模具温度显著的超过了传统注射成型的模具温度。此外，主要的注模压力和注模时间相当大的影响了微米及亚微米墙能够达到的长宽比。此外，当聚丙烯和高密度聚乙烯被用于微米注射成型时，将得到不寻常的流动的发生和不好的成型结果。介绍微米及亚微米结构化的组件有很多可行的应用。最常见的就是这些组件被用来制造聚合物，所以微米及亚微米结构的聚合物的制造技术是十分重要的。经济的制造出高质量的微米及亚微米结构的聚合物是一个挑战，它必须满足的条件是微米及亚微米结构的组件被越来越广泛的应用。注射成型工艺在大规模的制服生产中有望保持巨大的潜力，这种制服就是高质量的微米及亚微米结构的聚合物。然而，用现存的关于制造聚合物的注射成型设备和技术很难得到令人满意的微米及亚微米结构聚合物的成型结果，这种聚合物的长宽比是超过 2的。最基本的原因是镶件表面上的微型腔对于制作微米结构的聚合物比一般的注塑模具上的型腔要窄的多。这不仅增加了聚合物成型的填充抵抗力，而且促进了对塑造聚合物的模具的冷却效果。因此，在小型注射成型过程中，型腔的填充和注射成型机的功耗对模具温度及注射成型压力的变化是十分敏感的。小型模塑聚合物的均匀性也是一个重要的要被考虑在内的因素。因此，聚合物形态的发展是否影响微米及亚微米结构的注射成型特点需要被准确处理。在这项研究中，注射成型试验被实施在了微米及亚微米结构的聚合物上，用了有高长宽比的微米及亚微米通道的镶件来演示。这样做的目的是为了确定参数，这些参数决定着注射成型的成功与否。这些参数变化的效果已经被研究，参数即为已成型的微米及亚微米结构可达到的长宽比的能力。在微型腔内的注模材料的注模方式也需要被检验。微注射成型实验表面有高长宽比的微米及亚微米通道的镶件的演示被用于进行注射成型实验。这里的目的就是检测成型能力和微米及亚微米结构聚合物的注射成型特点。所有的镶件都被做成了 8平方厘米的硅片。不均匀的水分的蚀刻和硅片被用于制作有微型通道表面的镶件，通道宽于 1微米，宽度有 20， 10和 2微米的，长宽比超过的亚微米通道表面的镶件。所制作的镶件被连续抽吸的尖端的喷射器针头固定着，在模具中这是被加工来使沿销轴方向有一个吸气孔。对应于微米结构注模成型产品的基准的型腔厚度是注射成型循环的期间，在它们充满注射成型材料前，整个模具型腔和浇注系统被连续不断的用真空吸成器清扫来保持压力小于 1毫巴。模具温度被一个循环水温度控制系统和一个建立在模具中的电热器严格控制着。非晶体聚合物有机玻璃和结晶聚合物、聚丙烯 (高密度聚乙烯 (是实验的材料。每个都在适当的温度烘烤了 6个小时，这是为了在它被用于注模成型前去除掉它的水分。在这项工作中，一个成型周期内注模阶段的规定压力被分为两个部分，第一个值就是填充型腔的成型压力，它对应于生产微米结构模具的基准。第二个成型压力，叫做“主要注射压力”，它是用来填充微型腔的。在型腔中的模具材料的压力和型腔的温度被用一个压力传感器和一个电热偶测量着，它们分别的被镶嵌在与镶件相反方向的空腔内。经过包装和冷却后，模具工作部分被驱逐出模具连同镶件一起。一台。然后，件是被作为一种牺牲的模具使用的。最后，注射成型的微米及亚微米结构产品通过液态氮的冷却分离出来，并且被扫描在电子显微镜下观察。注射成型参数对于微米及亚微米结构聚合物的成型能力的影响在微注射成型中，在镶件表面上的微米通道或者亚微米通道的厚度约比常见产品的模具型腔小 3个数量级。用速率合物的平均剪切比率来表示把聚合物填充到一个空腔后的厚度 h，即 (h/2) 和它的剪切应力，也就是变形阻力，可以表示为 = 是聚合物的粘度，并且是温度的函数。这些方程显示在微注射成型中聚合物的平均剪切应变比率是其在普通注射成型中的成千上万倍，以达到童颜的聚合物填充速率。此外，在微注模成型的聚合物填充阻力是显著上升的。因此，注塑机必须提供更多的能量来确保微注射成型的成功。然而，注入微型空腔内的聚合物的変抗阻力必须被减少，只有这样才能在有限的机械力作用下进行微注射成型。其中最直接的方法就是在一个很高的温度下一直填充聚合物，从而可以通过增加注塑机的滚筒温度和模具温度来获得相对低的聚合物粘度。后者，更迅速和强烈的影响着那些被注入狭窄的模具空腔内的聚合物的温度，它在微注射成型中是尤其重要的。事实上，为了成功地填满微米和亚微米通道，模具在一般情况下必须高于被用聚合物的玻璃化温度。图 (1) a,b。扫描电镜显微组织塑在一个桶 (成型温度 250C)(252C,和主要注塑压力为 140 帕 30 年代 )b 壁厚 20m(在模具成型温度120C,注射压力和主要的 30 秒 90 帕 ) 图 2。扫描电镜显微 60 摄氏度 (塑造一个桶温 250 C,和主要注射压力为 120 0多度的 ) 图 1给出了两种不同模具温度的微注射成型结果。在模具温度为 92度时，从基底里以壁厚 25微米突出的有机玻璃微米墙的可达到的长宽比值是仅有的一个值，即使主要应用的注射压力超过 140兆帕，就像图 1显示的那样。然而，随着模具温度被提高到 120度，厚度为 20微米、长宽比为 6的薄微米墙可以在一个较低的主要成型压力下被完美的注射成型，就像图 1事实表明，模具温度很大的影响了微结构的注射成型能力。然而，过高的模具温度将会一些负面影响。图 2显示了电子显微镜下被注射成型的微米墙的横断面在模具温度 160度时的情况。剩余的空腔可以在微米墙内和基底里被观察到，并在这些地方造成局部突起。显然，除了由于聚合物的收缩而产生的真空腔，这些空腔可以认为是由剩余气体在高压下形成的。剩余气体可以被认为是由一些成型聚合物的气化而产生的，因为使用的聚合物在实验开始之前已经被完全干燥而且在注射成型工艺过程中空气在模具型腔内被不断的疏散。成型聚合物的气化是由于聚合物温度过渡的增长而引起的。聚合物温度过度的增长可以解释为低的额外热量的排放，这些热量是由于成型聚合物流经大门时的发生严重的剪断而产生的，因为模具温度太高了。此外，作为模具冷却的包装操作引起了剩余气体的压力变高。因此，在镶件被移除后，压缩气体扩张并且使微米墙变形。在这项工作中，在模具温度 160度或者更高时的模具形成的情况被显示在了图 2上。这种现象在模具温度变高时更为严重。图 3。模具温度的影响可达到长宽比 (在一个桶 50C,和主要注液的热原检查压力为 120 0多年代的 ) 图 3显示了模具温度对微米墙可达到的长宽比的影响。对于一个壁厚为 10微米的微米墙来说，在模具温度 105至 130度之间，可达到的长宽比将会较大的增长。当模具温度超过 130度时，微米墙可达到的长宽比增长的速率将会下降并且可达到的长宽比将会趋于恒定数值 12。对于薄于 2微米的微米墙来说，然而，可达到的长宽比在模具温度 120至 145度之间将迅速增长。温度的范围比 10微米厚的微米墙的温度高出 15度并且展示出可达到长宽比的快速增长。另外，对于 2微米厚度的微米墙来说，模具温度对可达到的长宽比的影响弱于对 10微米厚的微米墙的影响，最大的可达到的长宽比大约是 10。这些结果显示随着壁厚的减少，微米墙的注射成型将变的更加困难。而且，如果墙的厚度减少一个数量级，那么模具温度必须被升高 15度，从而能够用同样的高的长宽比来使注射成型的微米墙屈服。图 4显示了电子显微镜下高长宽比的亚微米墙注射成型实例图。通过提高模具温度至 150摄氏度同时亚微米墙的厚度约为这种情况下微注射成型最终被获得。图 4。扫描电镜显微图的例子的 ”塑料 (在一个桶壁成型温度 250 度 ,模具温度 150C,和主要注射压力为 120 40 年代 ) 用壁厚为微米墙的比值增加 10 30c。当模具温度超过 130c，最快的增长速度可达到微米墙长宽比的下滑温度，可使长宽比趋于恒定。由微米墙的最薄长度超过 2 m，然而这个遥不可及的长宽比迅速增大，使得模具温度在 12045个温度范围在 10 证结果为可迅速增加到可达到的宽高比。另外，在微米墙达到 2 具温度的影响比起 10 0。这些结果揭示，注射成型的微米墙变得更难做，墙厚度减小。而且，如果提供的墙的厚度降低一个数量级，模具温度必须增加 15 4显示了电子显微镜下亚微细米以一个高的比例射出成型的实例。在这种情况下，通过提高模具温度达到 150时亚微米级的墙的厚度约为 m。图 5。注射压力的主要影响可达到长宽比型的 (在一个桶温度 250度 ,模具温度 150C,和主要注射时间 60 年代 ) 图 6。主要对影响注射时间可达到长宽比 (在一个桶型温度为 250 度 ,模具温度 150 C,和主要注射压力为 120 适当的模具温度变化与该类型的聚合物的微喷射成型工艺有关。此外，不同的聚合物也许会产生不同的流动行为和模具特点。图 7 第 7A 湾工艺窗口的注射成型（其中高宽比，并以每桶 250射和一个主时间为 60 秒）为 10厚度为米壁厚图 8。扫描电镜显微组织在 P 牙。许多球形或出物的流动可以观察到战线在一个桶 (成型温度 230C、模具温度 80C,一个主要的注射压力的 20 年代 100 帕 ) 图 8给出了显微组织在各种各样的在适当的成型工艺条件下成型的模穴的多球型或奶嘴型的突出物会出现在流量相等的成型工艺上，这些都是用些突出物在两种大的方向上填满，并不会很大的限制侧墙的的微米墙的突出物，两个相邻的突出物终于遇见，在塑造的微米墙表面产生许多焊缝缺陷如图 9所示。图 9。扫描电镜显微焊缝缺陷的上表面塑成型一个桶温度200C,模具温度 90C,和主要注射压力 150 帕为 25 秒 ) 每隔几平行的微米墙，一个微米墙会高于其他的微米墙，在图 10中可以看出，灌装速度在模具的微喷射成型的速度变化极大。图 10。扫描电镜显微组织例子 ,说明页处都比其他人都要快 ,将被间隔 (在几造一桶温度 200C,模具温度 90C,和主要注射压力 150帕为 25 秒 ) 图 11显示的是高密度聚乙烯在一次的注塑的过程。这种微米墙预计将在垂直于微米墙的一部分种产生，明明是倾斜的，但表面的两边的基础是曲面的微米墙。这样的一个成型，问题会出现在高密度聚乙烯的喷射成型中，但不是在这种操作中，更少的成型条件是受模具的自身特点的强烈影响，这里详细介绍了聚丙烯、高密度聚乙烯 ( 以现有的的晶体和逐步引入的聚合物为基础，对这些现象的原理进行进一步的研究。图 11。扫描电镜显微注射成型的高密度聚乙烯 (造在一个桶温度210 度 ,模具温度 50C,和主要注射压力 20 年代 90 帕 ) 微注射成型中的一些独特的填充形式和注模特点适当的模具温度随着微注射成型工艺选择的聚合物的型号而变化。此外，不同的聚合物也可能产生不同的流动方式和注模特点。图 8给出了在电子显微镜以及合适的注模环境下的聚丙烯，其多种多样的微型腔上的快照。许多球型和螺纹型突出物以几乎相同的尺寸出现在了注模材料的流动方向上，这些都是在有机玻璃中未曾见到的。这些突出物在两个方向上都很大，这两个方向即为填充不会被微型腔侧表面所抑制的方向。两个相邻的突出物终于遇见了彼此，在已成型微米墙的上表面形成了许多焊缝缺陷，就像图 9中显示的那样。每隔几个平行的微米墙，一个微米墙就要比

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