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1绪论1
1.1课题研究的背景1
1.2工作台的分类1
1.3本设计工作台的作用和特点3
1.4步进电机的发展现状3
1.5单片机的发展现状5
2方案原理的设计6
2.1总体方案的选择和说明6
2.2总体方案实现的系统组成框图7
3各零件的设计8
3.1步进电机的设计8
3.1.1步进电机的组成及工作原理8
3.1.2步进电机的选择9
3.1.3步进电机的校核9
3.2减速器设计10
3.2.1主动齿轮的选择与计算10
3.2.2从动齿轮的选择与校核13
3.2.3轴的设计13
3.3轴承的设计16
3.3.1小轴两端轴承的选择和计算17
3.3.2大轴两端轴承的选择和计算18
3.4联轴器的设计19
3.4.1步进电机输出轴与小轴之间联轴器的选择与计算19
3.4.2大轴和滚珠丝杠间联轴器的选择和计算20
3.5键的设计21
3.6丝杠的设计22
3.6.1丝杠的特点22
3.6.2丝杠的选择23
3.6.3丝杠的校核计算23
3.7导轨的设计25
3.7.1直线滚动导轨的选型26
3.7.2直线滚动导轨的校核计算27
3.8支座的特点及材料组成29
结论32
致谢33
参考文献34
附录35
1.3本设计工作台的作用和特点
本课题研究的是X-Y工作台的机械部分，主要的任务就是通过电机实现对工作台X-Y两方向移动的控制，包括速度等的控制。采用步进电动机驱动方式。通过单片机控制实现电机的正反转，运行出错时候可以急停键停止，还有其他的一些操作等都可以通过键盘实现。步进电机通过减速机构带动工作台，在工作台运行超过极限位置时候，安装在工作台两端的行程开关会被按下，产生电流信号，通过光电转换装置，向单片机发出信号，经单片机发出信号，蜂鸣器报警，报警的同时，电机停止转动。
2.1总体方案的选择和说明
设计一台微机控制X-Y两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制，控制方式采用步进电机开环控制，其他参数如下：
表2.1设计参数
脉冲当量mm/step定位精度mm最大移动速度m/min工作台尺寸mm进给抗力N工作台行程mm台面上最大物重质量kg
X Y
0.005 0.04 1 100*150 500 320 225 60
负载质量m=60Kg；台面尺寸C×B×H＝150mm×100mm×15mm；工作台最大快移速度为1m/min。
（1）人机接口
①采用键盘或BCD码盘作为输入。
②采用LED作为电源等指示标志。
③采用蜂鸣器或扬声器作为报警装置。
④采用数码管作为显示器。
（2）机电接口
采用光电偶合器作为微型机和步进电动机驱动电路的接口，实现电气隔离。
（3）伺服系统设计
本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。
（4）控制系统设计：
微型机----微型机----功放----执行元件----机械传动----执行机构
控制部分方案的选择：
控制方案不外乎三种：开环控制，半闭环控制，闭环控制。
上面位最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分，再经过比较放大的则为“半闭环控制”。若是在“机械执行机构中引出反馈则为闭环控制”。
采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精度要求不是很高时，采用步进电机是比较合理的。当然由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。
（1）系统的运动方式与伺服系统
由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。考虑到定位精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
装配图.
从动齿轮
大轴
端盖零件图
滚动导轨副
滚珠丝杠副
机座
