xy工作臺與控制系統(tǒng)設計課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章前言</b></p><p>　　第二章課程設計的目的、意義及要求</p><p>　　第一節(jié)課程設計的目的、意義</p><p>　　第二節(jié)課程設計的要求</p><p>　　第三章課程設計的內容

2、</p><p>　　第一節(jié)課程設計的內容</p><p>　　第二節(jié)課程設計的內容</p><p>　　第四章數控系統(tǒng)總體方案的確定</p><p><b>　　第五章機械部分設計</b></p><p>　　第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當量</p><p>　　第二節(jié)工作臺外形尺

3、寸及重量初步估算</p><p>　　第三節(jié)滾動導軌副的計算、選擇</p><p>　　第四節(jié)滾珠絲杠計算、選擇</p><p>　　第五節(jié)齒輪計算、設計</p><p>　　第六節(jié)步進電機慣性負載的計算</p><p>　　第七節(jié)步進電機的計算選擇</p><p>　　第六章機床數控系統(tǒng)硬件電

4、路設計</p><p><b>　　第一節(jié)設計內容</b></p><p><b>　　第二節(jié)設計步驟</b></p><p>　　第三節(jié)機床數控系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　第七章系統(tǒng)控制軟件設計</p><p><b>　　第八章結束語與致謝</b

5、></p><p><b>　　第九章參考文獻</b></p><p>　　第二章課程設計的目的、意義及要求</p><p>　　第一節(jié)課程設計的目的,意義</p><p>　　《機電一體化系統(tǒng)設計》課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設

6、計訓練。其目的是：</p><p>　　1.能夠正確運用《機電一體化系統(tǒng)設計》課程的基本理論和相關知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產品）的功能構成、特點和設計思想、設計方法，了解設計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設計的初步能力； 2.通過機械部分設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結構設計方法和步驟；</p><p&

7、gt;　　3.通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；</p><p>　　4.通過課程設計提高學生應用手冊、標準及編寫技術說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質的提高。</p><p>　　第二節(jié)課程設計的要求：</p><p>　　1. 課程設計應在教師的指導下由學生獨立完成，嚴格地

8、要求自己，不允許相互抄襲；</p><p>　　2. 認真閱讀《課程設計指導書》，明確題目及具體要求；</p><p>　　3. 認真查閱題目涉及內容的相關文獻資料、手冊、標準；</p><p>　　4. 大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設計方案；</p><p>　　5. 機械部分和驅動部分設計思路清晰，計算結果正確，選型合理；</p&

9、gt;<p>　　6. 微機控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；</p><p>　　7. 手工或電腦繪制機械系統(tǒng)裝配圖一張（A1），控制系統(tǒng)電氣原理一張（A1），圖紙符合國家標準，布圖合理，內容完整表達清晰；</p><p>　　8. 課程設計說明書一份（不少于8000 字），包括：目錄，題目及要求，總體方案的確定，機械系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計，參考文獻等。設計說明

10、書應敘述清楚、表達正確、內容完整、技術術語符合標準.</p><p>　　第三章課程設計的內容</p><p>　　第一節(jié)課程設計題目：單片機控制步進電機驅動的多用XY 工作臺。</p><p>　　已知條件：定位精度：±0.01mm，滾珠絲杠及導軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺的有效行程為Lx=400mm LY = 400 mm 快速進給速

11、度 和工作載荷FZ = 2000N</p><p>　　第二節(jié)課程設計的內容</p><p>　　1.數控裝置總體方案的確定</p><p>　　(1).數控裝置設計參數的確定；</p><p>　　(2).方案的分析，比較，論證。</p><p><b>　　2.機械部分的設計</b></

12、p><p>　　(1).確定脈沖當量；</p><p>　　(2).機械部件的總體尺寸及重量的初步估算；</p><p>　　(3).傳動元件及導向元件的設計，計算和選用；</p><p>　　(4).確定伺服電機；</p><p>　　(5).繪制機械結構裝配圖；</p><p>　　(6).系統(tǒng)

13、等效慣量計算；</p><p>　　(7).系統(tǒng)精度分析。</p><p><b>　　3.數控系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　(1).微機及擴展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設計；</p><p>　　(2).I/O 接口電路及伺服控制電路的設計和選用；</p><p>　　(3).系統(tǒng)控制

14、軟件的設計</p><p>　　4.編寫課程設計說明書</p><p>　　(1).說明書是課程設計的總結性技術文件，應敘述整個設計的內容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機械傳動設計計算，電氣部分的設計說明，選用元器件參數的說明，軟件設計及其說明；</p><p>　　(2).說明書不少于84 字，盡量用計算機完成。</p><p>&

15、lt;b>　　5.圖紙</b></p><p>　　(1).機械結構裝配圖，A0 圖紙1 張。要求視圖基本完整，符合標準。其中至少要有一個坐標軸的完整剖視圖；</p><p>　　第四章數控系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　數控系統(tǒng)總體方案設計的內容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構及傳動方案的確定，伺服電機類型及調速方案確定，計算機控制系統(tǒng)

16、的選擇。進行方案的分析、比較和論證。</p><p>　　1. 系統(tǒng)運動方式的確定</p><p>　　該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標軸的運動有精確的運動關系因此采用連續(xù)控制方式。</p><p>　　2. 伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)在負載不大時多采用功率步進電機作為伺服電機.開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)

17、的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結構簡單，調整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應用。.考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動。</p><p>　　3. 計算機系統(tǒng)的選擇</p><p>　　采用MCS-51 系列中的8031 單片機擴展控制系統(tǒng)。MCS-51 單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤

18、及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。顯示器采用數碼管顯示加工數據和工作狀態(tài)等信息。</p><p>　　4. X—Y工作臺的傳動方式</p><p>　　為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導

19、軌副，從而減小工作臺的摩擦系數，提高運動平穩(wěn)性。考慮電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。系統(tǒng)總體框圖如下:</p><p><b>　　第五章機械部分設計</b></p><p>　　機械部分設計內容包括：確定系統(tǒng)脈沖當量，運動部件慣性的計算，選擇步進電機，傳動及導向元件的設計、計算與選擇，繪制機械部分裝

20、配圖等。</p><p>　　第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當量</p><p>　　脈沖當量δp 是一個進給指令時工作臺的位移量，應小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為±0.01mm 因此選擇脈沖當量為0.01mm。</p><p>　　第二節(jié)工作臺外形尺寸及重量初步估算</p><p>　　根據給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算X 向

21、和Y 向工作臺承載重量WX 和WY。取X 向導軌支撐鋼球的中心距為410mm,Y 向導軌支撐鋼球的中心距為400mm,設計工作臺簡圖如下:</p><p><b>　　工作臺簡圖</b></p><p>　　X 向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=420*410*50</p><p>　　重量:按重量=體積*材料比重估算為:</p&

22、gt;<p>　　Y向拖板(下拖板)尺寸為: 420× 400× 50</p><p>　　上導軌(含電機)重量為</p><p>　　夾具及工件重量:約155N</p><p>　　X-Y 工作臺運動部分總重量為: W = 487.97 + 655.2+ 671.58+ 155≈ 2000N</p><p

23、>　　第三節(jié)滾動導軌副的計算、選擇</p><p>　　根據給定的工作載荷Fz 和估算的Wx 和Wy 計算導軌的靜安全系數fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)；fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據計算結果查有關資料初選導軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取fSL =4.0</p><p>　　根

24、據計算額定靜載荷初選導軌:</p><p>　　選擇漢機江機床廠HJG-D 系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25</p><p><b>　　基本參數如下:</b></p><p>　　導軌的額定動載荷C a =17500N;依據使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷Ca (kN)驗算導軌的工作壽命Ln：</p>

25、<p><b>　　額定行程長度壽命:</b></p><p>　　導軌的額定工作時間壽命:</p><p>　　導軌的工作壽命足夠.</p><p>　　第四節(jié)滾珠絲杠計算、選擇</p><p>　　初選絲杠材質：CrWMn 鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm</p><p>

26、<b>　?。?） 強度計算</b></p><p><b>　　絲杠軸向力：</b></p><p>　　其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz， Fy=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz 計算。</p><p>　　取f

27、=0.004, Fz =400 則:</p><p>　　式中：fW 為載荷系數，中等沖擊時為1.2~1.5；fH 為硬度系數，HRC≥58 時為1.0。查表得中等沖擊時, f W =1.2 f H = 1則:</p><p>　　根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM 系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。</p>

28、<p><b>　　其基本參數如下:</b></p><p>　　其額定動載荷為14205N> y Q 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數的計算如下表</p><p>　　（2） 傳動效率計算</p><p>　　絲杠螺母副的傳動效率為：</p><

29、;p>　　式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。</p><p><b>　?。?） 穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。</p><p><b>　?。?） 剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：<

30、;/p><p>　　Y 向所受牽引力大,故用Y 向參數計算</p><p>　　絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為</p><p>　　絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。</p><p>　　第五節(jié)齒輪計算、設計</p><p>　　因步進電機步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當量

31、 ,在傳動系統(tǒng)中應加一對齒輪降速傳動.</p><p>　　齒輪傳動比：，初選步進電機步距角：α= 1.5?/step。</p><p>　　取小齒輪齒數Z1 = 24 則大齒輪齒數2 Z = 50</p><p>　　因傳遞的扭距較小,取模數m=1mm 則:</p><p>　　分度圓直徑: d1 =mz 1=1×24 = 24m

32、m d 2=mz 2 = 1×50 = 50mm</p><p><b>　　齒頂圓直徑:</b></p><p><b>　　齒根圓直徑:</b></p><p><b>　　分度圓壓力角: </b></p><p>　　大小齒輪均采用漸開線標準圓柱齒輪</

33、p><p>　　小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙.</p><p>　　雙片齒輪錯齒消隙結構圖如下:</p><p>　　第六節(jié)步進電機慣性負載的計算</p><p>　　根據等效轉動慣量的計算公式，有：</p><p>　?。?）等效轉動慣量的計算</p><p>　　折算到步進電機軸上的等

34、效負載轉動慣量為：</p><p>　　式中： J q 為折算到電機軸上的慣性負載； J0 為步進電機軸的轉動慣量； J 1為齒輪１的轉動慣量； J 2為齒輪２的轉動慣量； J3 為滾珠絲杠的轉動慣量；Ｍ為移動部件的質量。</p><p>　　對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算：</p><p>　　式中D 為圓柱零件直徑， L 為圓柱零件的長度。<

35、/p><p><b>　　所以有：</b></p><p>　　電機軸的轉動慣量很小，可以忽略，所以有：</p><p>　　第七節(jié)步進電機的選用</p><p>　　(１）步進電機啟動力矩的計算</p><p>　　設步進電機的等效負載力矩為Ｔ，負載力為Ｐ，根據能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做

36、的功有如下的關系：</p><p>　　式中? 為電機轉角，Ｓ為移動部件的相應位移，η 為機械傳動的效率。若取? b =θ ，則Ｓ＝δp ，且 。所以：</p><p>　　式中： P s為移動部件負載（N），G 為移動部件質量（N）， P z 為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（N）， μ 為導軌摩擦系數，θb 為步進電機的步距角（rad）,T 為電機軸負載力矩（N.cm）。&l

37、t;/p><p>　　取μ=0.3（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數），η＝０.8， Ps= P H =279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：</p><p>　　考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉矩：</p><p>　　取系數為０.３，則：</p><p>　　對于工作方式為三相６拍的步進電機：</

38、p><p>　　(２） 步進電機的最高工作頻率</p><p>　　為使電機不產生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率f max,同時電機最大靜轉矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001 型三相反應式步進電機.</p><p><b>　　電機有關參數如下:</b></p><p>　　第六章數控系統(tǒng)硬件電路設計</p&g

39、t;<p><b>　　第一節(jié)設計內容</b></p><p>　　１.按照總統(tǒng)方案以及機械結構的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結構框圖；</p><p>　　２.選擇計算機或中央處理單元的類型；</p><p>　?。?根據控制系統(tǒng)的具體要求設計存儲器擴展電路；</p><p>　?。?/p>

40、.根據控制對象以及系統(tǒng)工作要求設計擴展Ｉ/Ｏ接口電路，檢測電路，轉換電路以及驅動電路等；</p><p>　?。?選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數和型號；</p><p>　?。?繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標明各器件的型號，管腳號及參數；</p><p>　?。?說明書中對電氣原理圖以及各有關電路進行詳細的原理說明和方案論證。</p>

41、<p><b>　　第二節(jié)設計步驟</b></p><p>　　１.確定硬件電路的總體方案。數控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：</p><p>　　1．主控制器。即中央處理單元CPU</p><p>　　2．總線。包括數據總線，地址總線，控制總線。</p><p>　　3．存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機

42、讀寫數據存儲器。</p><p>　　4．接口。即I/O 輸入輸出接口。</p><p>　　數控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：</p><p>　?。?主控制器ＣＰＵ的選擇</p><p>　?。停茫樱担毕盗袉纹瑱C是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段

43、齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設計選用８０３１芯片作為主控芯片。</p><p>　?。?存儲器擴展電路設計</p><p>　　(１）程序存儲器的擴展</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型號有： 2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。

44、在選擇芯片時要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時序的匹配。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設計的程序存儲器擴展用芯片。單片機規(guī)定Ｐ0 口提供８為位地址線，同時又作為數據線使用，所以為分時用作低位地址和數據的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高

45、低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作為地址鎖存器，并由ＣＰＵ發(fā)出允許鎖存信號ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析，采用２７６４EPROM 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下所示：</p><p>　　擴展2764電路框圖</p><p>　　(２）數據存儲器的擴展</p><p>　　由于８０３１內部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠不能滿足系統(tǒng)

46、的要求。需要擴展片外的數據存儲器。單片機應用系統(tǒng)數據存儲器擴展電路一般采用6116,6262 靜態(tài)RAM 數據存儲器。本次設計選用６２６４芯片作為數據存儲器擴展用芯片。其擴展電路如下所示：</p><p>　　擴展6264電路框圖</p><p><b>　　(３）譯碼電路</b></p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線

47、與單片機相連。單片機數據總線分時的與各個外圍芯片進行數據傳送。故要進行片選控制。由于外圍芯片與數據存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設計中，數據存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結構簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ容量較大的應用系統(tǒng)

48、，當芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內地址，而用譯碼器對高位地址線進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：</p><p>　?。?）存儲器擴展電路設計</p><p>　　8031 單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數據存儲器為獨立編址。該設計選用程序存儲器2764 和數據存儲器6264

49、組成8031 單片機的外存儲器擴展電路，單片機外存儲器擴展電路如下：</p><p>　?。?）Ｉ／Ｏ擴展電路設計</p><p>　　(a).通用可編程接口芯片８１５５</p><p>　?。福埃常眴纹瑱C共有４個８位并行Ｉ／Ｏ接口，但供用戶使用的只有Ｐ1 口及部分Ｐ3口線。因此要進行Ｉ／Ｏ口的擴展。８１５５與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y

50、 與8031 的連接方式如下圖所示</p><p>　　(b).鍵盤，顯示器接口電路</p><p>　　鍵盤，顯示器是數控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設備，可以完成數據的輸入和計算機狀態(tài)數據的動態(tài)顯示。通常，數控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結構，按鍵設置在行列的交點上。數控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有ＬＥＤ和ＬＣＤ。下圖所示為采用８１５５接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有４Ｘ８鍵

51、和６位ＬＥＤ顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及ＬＥＤ顯示器的字位控制共用一個口，即共用８１５５的PＡ口進行控制，鍵盤的行線由８１５５Ｃ口擔任，顯示器的字形控制由8155 的PB 口擔任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：</p><p>　　4．步進電機驅動電路設計</p><p><b>　　(1）脈沖分配器</b></p><p>　　步進

52、電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉。數控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設計采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進電機接口線路圖如下：</p><p><b>　?。?）光電隔離電路</b></p><p>　　在步進電機驅動電路

53、中，脈沖分配器輸出的信號經放大后控制步進電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如下：</p><p><b>　?。?）功率放大器</b></p><p>　　脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，，必須將其輸出信號放大產生足夠大的功

54、率，才能驅動步進電機正常運轉。因此必須選用功率放大器，需根據步進電機容量選擇功率放大器。本設計選用功率放大器。</p><p>　　5．其它輔助電路設計</p><p>　　（１）８０３１的時鐘電路</p><p>　　單片機的時鐘可以由兩種方式產生：內部方式和外部方式。內部方式利用芯片的內部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2 引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體可

55、以在１.２～１２之間任意選擇，耦合電容在５～３０pF 之間，對時鐘有微調作用。采用外部時鐘方式時，可將XTAL1 直接接地，XTAL2 接外部時鐘源。</p><p><b>　　時鐘電路</b></p><p><b>　?。ǎ玻臀浑娐?lt;/b></p><p>　　單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在Ｒ

56、ＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)１０ms 以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后ＣＰＵ便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復位電平與８０３１復位要求一致時，可以直接相連。當晶振頻率選用６ＭＨz 時，復位電路中Ｃ?。玻?μ Ｆ，Ｒ取２００ Ω ， R K ?。保埃埃?Ω 。實用復位電路圖如下所示：</p><p><b>　?。ǎ常┰浇鐖缶娐?lt;/b></p>

57、<p>　　為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關。利用光電耦合電路，將行</p><p>　　程開關接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至８０３１的Ｉ／Ｏ口Ｐ1.0。當任何</p><p>　　一個行程開關被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導通，由低電平變成高電</p><p>　　平。８０３１可利用軟件設計成查詢的方法隨時檢查有

58、無越界信號。也可接成從光敏三極</p><p>　　管的集電極輸出接至８０３１的外部中斷引腳（ＩＮＴ０或ＩＮＴ１），采用中斷方式檢</p><p>　　查越界信號。越界報警電路如下圖所示</p><p>　　第三節(jié)機床數控系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　該系統(tǒng)選用ＭＣＳ－５１系列的８０３１作為主控制器。擴展存儲電路為一片2732EPRO

59、M 和一片6264RAM。程序存儲器擴展為４Ｋ，數據存儲器擴展為８Ｋ。２７３２的片選控制端CE 直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復位以后，CPU從0000H 開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264 的片選端CE 由譯碼器（74LS138）的Y2 輸出提供。所以6264 的空間地址為4000 ～５ＦＦＦＨ。系統(tǒng)的擴展I/O 接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155。8155 的片選端CE 接至譯碼器（74LS138）的Y4 的輸出端

60、，故8155 控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號分別為8000H 及8001H，8002H，8003H。8155RAM 區(qū)的地址為8000H—80FFH。8155 的A 口為控制工作抬X，Y 向電機的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進電機接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示器設計在一起，8155 的PC 口擔任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制；PB 口的PB0—PB3 為鍵盤的行線。8031 的P1 口為顯示器的字形

61、輸出口。該系統(tǒng)采用4X6 共24個行</p><p>　　第七章系統(tǒng)控制軟件的設計</p><p>　　(一).系統(tǒng)控制軟件的主要內容</p><p>　　數控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個部分：</p><p>　　1、系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調工作的主體軟件。其

62、功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。</p><p>　　2、零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O 設備輸入零件加工源程序的任務。</p><p>　　3、插補程序。根據零件加工源程序進行插補，分配進給脈沖。</p><p>　　4、伺服控制程序。根據插補運算的結果或操作者的命令控

63、制伺服電機的速度，轉角以及方向。診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。</p><p>　　6、機床的自動加工及手動加工控制程序。</p><p>　　7、鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。</p><p><b>　　(二).軟件設計</b></p

64、><p>　　1.系統(tǒng)控制功能分析</p><p>　　數控X-Y 工作臺的控制功能包括：</p><p>　　（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O 接口8155，8255A 進行必要的初始化工作，預置接口工作方式控制字。</p><p>　?。?）、工作臺復位。開機后工作臺應該自動復位，亦可手動復位。</p><p>　?。?

65、）、輸入和顯示加工程序。</p><p>　?。?）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關。如監(jiān)視緊急停機鍵及行程開關，鍵盤掃描等功能。</p><p>　?。?）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應該立即停止工作臺的運動，并顯示相應的指示字符。</p><p>　?。?）、工作臺的自動控制。</p><p>　?。?）、工作臺的手動控制。<

66、;/p><p>　?。?）、工作臺的聯(lián)動控制。</p><p>　　2.系統(tǒng)管理程序控制</p><p>　　管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設計管理程序時，應確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數控X-Y 工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機等。根據以上分

67、析，設計</p><p>　　管理程序流程圖如下所示:</p><p>　　3.自動加工程序設計</p><p>　?。?）機床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位→刀具快速進給→加工→退刀→工作臺運動到下一位置；</p><p>　　（2）計算機在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機床完成加工；</p><p>

68、　?。?）由以上分析，設計自動加工程序框圖如下所示：</p><p>　　4.步進電機控制子程序設計</p><p>　　步進電機的控制包括速度，轉角及方向的控制。步進電機在突然啟動或停止時，由于負載和慣性，會使電機失步，所以電機運行時有一個加，減速過程。通過確定進給脈沖數和脈沖時間間隔，即可實現(xiàn)步進電機轉角與速度的控制。</p><p>　?。?）時間常數的確定&

69、lt;/p><p>　　在步進電機控制程序中，利用單片機的定時器中斷，延時產生進給脈沖的時間間隔。此間隔由送入</p><p>　　定時器的時間常數決定。時間常數由下式計算：</p><p>　　式中：T 為脈沖時間間隔（ms）；t e 為單片機機器周期（μ s），在時鐘為6MHz 時，t e =2 μ s。（2）步進電機加，減速進給脈沖及脈沖時間間隔的確定設步進電機加

70、，減速方式為直線加，減速。要使步進電機不失步，應滿足：</p><p>　　式中： T m 為步進電機啟動力矩； T g 為負載力矩； T I 為慣性力矩。</p><p>　　由步進電機Tj max =3.92N.m，取步進電機的加速啟動力矩</p><p>　　則使步進電機不失不的慣性力矩</p><p><b>　　步進電機角

71、加速度</b></p><p>　　式中： t m 為上升到步進電機最高頻率所需時間，所以有：</p><p><b>　　加速脈沖個數： </b></p><p>　　確定加減脈沖個數都為54 個</p><p><b>　　又因為：</b></p><p>&

72、lt;b>　　所以脈沖時刻</b></p><p>　　結合可以算出對應各脈沖時刻的計數器時間常數。EPROM 存儲器中，時間常數依次安排在首地址為1000H 的存儲單元中，每個時間常數占據兩個字節(jié)，低位地址存放時間常數低8 位，高位地址存放時間常數高8 位。在程序中，設置加速，恒速，減速脈沖計數器N0，N1，N2。以計數器的值是否為0 作為相應過程是否結束的標志。步進電機控制程序框圖如下所示：

73、步進電機控制子程序：</p><p>　　步進電機控制中斷服務程序：</p><p><b>　　5.編語言程序設計</b></p><p><b>　?。?）內存地址分配</b></p><p>　　加速脈沖數計數器N0 地址設為20H；恒速脈沖數計數器N1 低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址

74、位22H；減速脈沖數計數器N2 地址位23H。</p><p>　　加速，減速，恒速脈沖總數寄存器N 低位字節(jié)地址位24H，高位字節(jié)地址位25H；步進電機進給控制子程序FEED 首地址位0E80H。每調用一次該程序，步進電機按規(guī)定方向進給一步。</p><p><b>　?。?）程序清單</b></p><p><b>　　第八章結束

75、語與致謝</b></p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　整個系統(tǒng)采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，進給系統(tǒng)采用了CM 系列滾珠絲桿副，其型號為： CM2005-5。以提高整個系統(tǒng)的精神要求。伺服系統(tǒng)采用了直流伺服電機通過彈性聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠連接驅動絲杠傳動，而且其實軸承采用的是角接觸軸承保證其主軸不竄動，采用一個深溝來保證其徑向的圓跳動。用

76、PWM 脈寬調制電路來實現(xiàn)伺服電機電壓的平均值，電路中采用了阻容滯后電路，來防止H 型橋式功率放大器中兩對IGBT 功率管同時導通造成短路現(xiàn)象，能夠有效的控制伺服電機的正轉、反轉及轉速，同時為了保證一定的精度的要求，系統(tǒng)又采用了光電編碼器作為位置檢測器，來檢測伺服電機的位置，通過單片機對光電編碼器反饋信號處理來達到預期的精度要求。在設計中我們兼顧經濟性，考慮滿足精度的要求，因此對于設備及元件的選擇都要求具有高精度，因此設計的成本較高。&

77、lt;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　《畢業(yè)設計》是我在大學里的最后一門課程。通過這次畢業(yè)設計，我學會了如何查閱現(xiàn)有的技術資料、如何舉一反三、如何通過改進并加入自己的想法與觀點，使之成為自己的東西。并且結合生產知識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際以及分析和解決工程實際問題的才能，并使大學三年所學的知識得到進一步鞏固、深化和擴展。在此，我對我的論文指導老師彭中

78、波老師表示衷心的感謝，感謝他對我的嚴格要求，感謝他的監(jiān)督和指導。其次我要感謝這三年里給我授課的所有老師。感謝你們傳給我知識。最后還要感謝參考文獻中所列書籍、文章及資料的作者。</p><p><b>　　第九章參考資料</b></p><p>　　1、高鐘毓．機電控制工程．北京：清華大學出版社，2002．</p><p>　　2、劉助柏．知識創(chuàng)

79、新思維方法論．北京：機械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　3、宋云奪. 宋云奪. 光機電一體化產業(yè)的未來[J]. 光機電信息, 2003,(12).</p><p>　　4、丁連紅. 機電一體化技術發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀分析[J]. 中國科技信息, 2007,(12)</p><p>　　5、張鵬萬,孫劍峰,李占平. 機電一體化中的接口技術[J]礦業(yè)工程, 2005

80、,(06)</p><p>　　6、王寶敏. 談機電一體化技術的發(fā)展趨勢[J]. 大眾科技, 2006,(05)</p><p>　　7、王維剛. 淺談機電一體化技術的發(fā)展趨勢[J]. 黑龍江科技信息, 2007,(02)</p><p>　　8、楊春光. 我國機電一體化技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 科技促進發(fā)展, 2007,(03)</p><

81、p>　　9、張毅剛.單片機原理與應用[M].北京:高等教育出版社,2003.</p><p>　　10、張大明,彭旭昀,尚靜基.單片微機控制應用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　11、付家才.單片機控制工程實踐技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.</p><p>　　12、陳小忠,黃寧,趙小俠.單片機接口技術實用子程序[

82、M].北京:人民郵電出版社,2005.</p><p>　　13、MedWin 用戶手冊.http://www.manley.com.cn.萬利電子有限公司.</p><p>　　14、徐正惠，胡海影.單片機原理與應用實訓教程[M].北京：科學出版社,2004.</p><p>　　15、汪道輝.單片機系統(tǒng)設計與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.</

83、p><p>　　16、戴佳，戴衛(wèi)恒.51 單片機C 語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　17、彭為，黃科，雷道仲.單片機典型系統(tǒng)設計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　18、楊將新，李華軍，劉東駿.單片機程序設計及應用從基礎到實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.</p>

84、;<p>　　19、賴麒文.8051 單片機C 語言徹底應用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.</p><p>　　20、傅曉林，《機電一體化課程設計指導書》</p><p>　　21、張建民，唐水源，《機電一體化系統(tǒng)設計》，高等教育出版社，2005，北京</p><p>　　22、鄭堤，唐可洪,《機電一體化設計基礎》，機械工業(yè)出版社，1997，