机电一体化课程设计任务书

机电一体化课程设计任务书班级：机电22-4指导教师：魏鸿磊、张慧、孙玲、杨渠

一、设计任务设计一数控铣床XY工作台,已知平均工作载荷Fm＝1000+学号*30N(1班)Fm＝1500+学号*30N(2班)Fm＝2000+学号*30N(3班)Fm＝2500+学号*30N(4班)平均转速nm＝80r/min，最大转速nmax＝8000r/min，使用寿命Lh＝10000h左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58~62HRC,传动精度要求。二、机械部分要求2.1设计要求设计XY工作台,工作台面为正方形，且边长与底座宽度一致，丝杠两支撑中心之间距离(两轴承间距)d＝(400+学号*10)mm导轨间距l＝(200+学号*5)mm各班设计的工作台形式应不同：1班：工作台设计形式12班：工作台设计形式23班：工作台设计形式34班：工作台设计形式4导轨形式1导轨形式2导轨形式3导轨形式42.2CAD图纸验收要求1、图纸规范按制图规范画图。该有的内容如标题栏、技术要求等内容齐全。2、尺寸标注要求尺寸标注问题最大，一定要注意。1)性能(规格)尺寸：工作台的行程尺寸、工作台面上的工件定位孔尺寸等2）装配尺寸：有配合面之间（如轴承安装等）必须标注配合尺寸。标错、说不清楚或不理解配合尺寸含义的不合格。例如对配合φ25N7/h6，要能说清楚其含义：是指该配合的基本尺寸为φ25、基轴制过渡配合，基准轴的公差带为h6，（基本偏差为h，公差等级为6级），孔的公差带为N7（基本偏差为N，公差等级为7级）。3.外形尺寸：总长总宽总高4.安装尺寸：设计的是铣床的工作台，需要安装到机床上，要标注安装孔的尺寸5.其他重要尺寸：支撑间距、导轨间距，台面尺寸等要求的尺寸3.达到指导教师对课题参数要求：工作载荷、丝杠两支撑中心之间距离、导轨间距满足限制性要求。三、控制部分使用PLC1200或单片机设计控制系统，实现控制工作台面运动，如走矩形轨迹或圆形轨迹。3.1控制器为PLC需要具备以下内容：1）电气原理图2）IO分配表3）PLC接线图4）梯形图5）设计思路或说明3.2控制器为单片机需要具备以下内容：1）电路图2）C语言编程3）protues仿真4）设计思路或说明四、设计说明书按照附录说明书模板撰写。

附录1题目：XY工作台设计专业：机械电子工程指导教师：魏鸿磊高腾孙玲学生姓名：张三班级-学号：机电202-152023年12月

摘要 （用两句话说明设计的背景和意义）XY工作台是数据铣床的重要组成部分...（后面用不少于三分之二的篇幅说清楚做了什么、怎么做的）本文设计了数控铣床的XY工作台，在机械部分...；控制部分...；关键字：XY工作台，数控铣床，滚珠丝杠，单片机，步进电机AbstractNowtheworldelectronictechnologyrapidlyexpand,themicroprocessor,themicrocomputerobtainthewidespreadapplicationinvariousareaoftechnology,tovariousdomainstechnologydevelopmentenormouspromotioneffect.Aperfectintegrationofmachinerysystem,shouldcontainthefollowingseveralbaseelements:Basicmachine,powerandactuationpart,implementingagency,sensingmeasurementcomponent,controlandinformationprocessingpart.Theintegrationofmachineryisthesystemtechnology,thecomputerandtheinformationprocessingandmanagementtechnology,theautomaticcontroltechnology,theexaminationsensingtechnology,theservodrivetechnologyandthemechanicalskillandsoonmulti-disciplinaryareaoftechnologysynthesisoverlappingtechnology-intensivesystemsengineering.Newgeneration'sCNCsystemthiskindofmodelintegrationofmachineryproducttowardthehighperformance,theintellectualization,thesystematizationaswellasthefeatherweight,themicrominiaturizeddirectiondevelops.keywords:Integrationofmachineryfoundationbasiccomponentelementscharacteristictrendofdevelopment.

目录课程设计的内容和要求………3系统的总体方案设计…………4机械部分设计……………53.1脉冲当量和传动比的确定……53.2工作台外形尺寸及重量初步估算…………………53.3传动系统等效转矩惯量计算……63.4工作载荷分析及计算……………63.5滚珠丝杠螺母副的选型和校核…………………83.6导轨的选型和计算………………113.7驱动电机的选择…………………11第四章数控系统设计…………………154.1控制系统硬件的基本组成…………………154.2接口程序初始化及步进电机控制程序…………174.3直线圆弧插补程序设计…………19第五章总结与展望…………………25参考文献…………………26

第一章课程设计的内容和要求1.1课程设计的内容任务是：设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。具体参数如下：轴承间距导轨间距工作载荷最快工作进给速度最快空载移动速度丝杠使用寿命xxxxxx80r/min3000mm/min10000h丝杠材料滚道硬度传动精度脉冲当量CrWMn钢58~62HRCδ=0.005mm/脉冲设计内容包括：1.1.1(1)确定系统组成方案（组成框图、功能、机械传动系统简图、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。1.1.2机械部分的设计(1)滚珠丝杠选型；(2)步进电机及驱动器的分析计算、选用；(3)绘制机械结构装配图；1.1.3控制系统的设计(1)电气控制原理图设计(2)程序及流程图。(3)仿真图。1.2课程设计的要求1.2.1图纸要求（1）机械结构装配图，A1图纸一张。要求视图基本完整、符合要求。（2）电气控制原理图（附在说明书上）。(3)程序流程图（附在说明书上）。（4）仿真图（附在说明书上）。编写设计说明书要求说明书应当叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定、系统框图的分析、丝杠设计计算、电气部分的设计说明，选用元件及其具体参数的说明、软件设计及其说明等，说明书不做字数要求，但要求叙述完整、清晰，关键内容不能有缺漏。第二章系统的总体方案确定控制系统总体方案设计的内容包括：机械部分设计方案、滚珠丝杠选型、电机选型等内容。2.1机械部分设计方案滚珠丝杠选择、导轨选择、支撑方式等说明2.1控制电机的选择 说清楚选择步进电机的原因。可以从开环控制和闭环控制的特点方面进行对比说明，最后得出方案运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动。2.2X—Y工作台传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。为了减少了零件的数目和中间环节的影响，精度高，效率高，电动机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连。系统总体框图如下:图2.1系统总体框图2.3控制系统设计方案参考：采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由单片机、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机驱动器等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器可采用数码管或液晶屏显示转运速度和工作状态等信息。2.4本章小结….这一章干啥了，简明扼要说明。

第三章机械部分设计机械部分设计内容包括：选择滚珠丝杠，选择步进电机，绘制机械部分装配图等。3.1滚珠丝杠选型3.2驱动电机的选择3.3本章小结这一章干啥了，简明扼要说明。

第四章控制系统设计4.1控制电路设计说清楚控制方案，并画原理图图4.1控制原理图（上面图为举例说明，实际要根据要求自行设计。）4.2程序设计方案在机电设备中，执行部件如要实现平面斜线和圆弧曲线的路径运动，必须通过两个方向运动的合成来完成。在数控机床中，这是由X、Y两个方向运动的工作台，按照插补控制原理实现的。4.3.1直线插补程序的设计4.3.1.1用逐点比较法进行直线插补计算，每走一步，都需要以下四个步骤：偏差判别：判别偏差或，从而决定哪个方向进给和采用哪个偏差计算公式。坐标进给：根据直线所在象限及偏差符号，决定沿+X、+Y、-X、-Y的哪个方向进给。偏差计算：进给一步后，计算新的加工偏差。终点判别：进给一步后，终点计算器减1.若为0，表示到达终点停止插补；不为0，则返回到第一步继续插补。终点计算判别可用两个方向坐标值来判断，也可由一个方向的坐标值来判断。当，可用X方向走的总步数作为终点判别的依据，如动点X等于终点则停止。当，则用Y方向走的总步数作为终点判别的依据。由此，第一象限直线插补程序的算法如图：图4.2直线插补法程序框图（上面图为举例说明，实际要根据要求自行设计。）4.3程序设计程序说明：….#include<reg51.h>…4.3仿真实验给出protues仿真图，并对实验结果进行分析和说明4.4本章小结这一章干啥了，简明扼要说明。

第五章总结与展望（下面是举例说明，实际要根据设计内容自己写。）5.1总结由于芯片在加工时容易产生引脚的数量的减少、引脚上翘或下翘以及引脚之间的距离会发生变化等情况[48]，所以本文设计研究了芯片引脚缺陷检测系统，对芯片封装之前，完成质量检验，确保其没有生产缺陷。其中，重点对系统检测之前的图像预处理和检测过程中的核心算法进行研究与分析。最终在MFC平台上进行了仿真实验与验证。结果较为满意。完成的主要工作如下：（1）前期查找相关资料，了解关于芯片引脚的检测方面的国内外动态与相关的研究论文，进行充分的市场调研之后确定芯片的类型--SOP芯片。（2）对芯片图像的预处理算法进行了研究，其中提出了将改进后的Prewitt边缘检测算子用于本文的研究对象，边缘提取效果与其他边缘检测算子相比，提取出的轮廓更准确，而且图中无用信息较少。（3）在研究模板匹配算法时，综合比较基于灰度的模板匹配和基于特征的模板匹配。其中在研究基于特征的模板匹配算法时，虽然匹配速度较快，但是匹配精度较低，匹配不准确。基于灰度的模板匹配检测结果更能满足实际要求，所以最终选择基于灰度值的模板匹配算法。（3）设计了芯片缺陷检测系统。并对硬件系统中的相机、光源、镜头做了介绍以及如何选型并设计了图像相互界面。5.2展望本文提出的芯片引脚缺陷检测系统已初步完成对芯片引脚的检测任务，检测精度也基本满足要求，取得了一些成果研究，但是还是有些方面需要进行进一步的研究和实验论证。需要进一步进行研究和实验论证的问题如下所示：（1）受实际检测环境的影响，缺陷检测系统的稳定性和检测精度需要进一步加强与提高；（2）芯片引脚的检测只是芯片缺陷中的其中一部分，为提高系统对芯片缺陷检测的全面性，芯片的印刷图案、封装前的位置信息等都需要进行研究与检测。（3）继续研究本文未研究过的算法，并使用VisualstudioC语言编写，继续进行实验改进，观察检测效果是否更好，算法的稳定性是否更高，这对提高后续系统的稳定性，提高检测精度具有重要意义。参考文献[1]濮良贵.机械设计(第七版)[M].高等教育出版社,1960，123-210.[2]于俊