x-y工作臺整體方案設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。而新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)

2、化以及輕量、微型化方向發(fā)展，正是在這種背景下數(shù)控機(jī)床得到了極大的發(fā)展與改進(jìn)。</p><p>　　本次課題研究的內(nèi)容是數(shù)控機(jī)床X-Y工作臺設(shè)計(jì)與分析。內(nèi)容包括：</p><p>　　1．?dāng)?shù)控機(jī)床X-Y工作臺機(jī)械部分設(shè)計(jì)： X-Y工作臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為導(dǎo)軌座、移動滑塊、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機(jī)的設(shè)計(jì)，其中伺服電動機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)

3、動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。X-Y工作臺傳動機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副與齒輪或帶減速；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動直線導(dǎo)軌；執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　2.數(shù)控機(jī)床機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 控制部分采用單片機(jī)控制；X-Y工作臺伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動, X-Y數(shù)控工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用單片機(jī),在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定的程

4、序以實(shí)現(xiàn)一定的加工功能。</p><p>　　本課題研究的目的是通過對數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，計(jì)算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，使我們能夠綜合應(yīng)用所學(xué)過的機(jī)械、電子和微機(jī)方面的知識，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，它不僅培養(yǎng)了我們具有初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，還鍛煉了我們綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動控制、計(jì)算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練能力。</p><p>　　關(guān)鍵

5、詞：數(shù)控機(jī)床X-Y工作臺，控制系統(tǒng)，伺服電動機(jī)，單片機(jī)，滾珠絲杠等；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Electronic technology rapid development in today's world, microprocessors, microcomputer in the technology ha

6、s been widely applied in various fields and the development of technology plays a great role in promoting. Electromechanical integration is the system technology, computer and information processing technology, automatic

7、 control technology, detection sensor technology, servo drive technology and mechanical technology science technology integrated cross technology-intensive system engineer</p><p>　　This research is the conte

8、nt of CNC machine x-y tables design and analysis. Contents include:</p><p>　　1 nc machine tool x-y tables mechanical parts design, x-y tables are mainly divided into mechanical structure design, guide moving

9、 slider, ball screw nut pair, and the design of the servo motor servo motor actuators to do ball screw driver, ball screw nut impetus slide block and working platform in the movement, the complete guide workbench in X, Y

10、 direction of linear movement. Guide, ball screw nut pair and servo motor, etc, only when the design with standardized work load to select. X-y tables</p><p>　　2. Mechanical and electrical system design: CNC

11、 control part adopts single-chip microcomputer control, X-y tables servo system adopts the stepping motor driver open-loop servo system, x-y tables electrical system design is the numerical control system, in the microco

12、ntroller hardware write certain procedures to achieve certain processing function.</p><p>　　The research purpose is to control system through overall design scheme of servo system, mechanical design, calcula

13、tion and control system design, hardware circuit allows us to comprehensive application learned machinery, electronic and computer knowledge, a combination of mechanical trained, it not only cultivate our preliminary des

14、ign calculation is the ability to exercise, we use integrated learned machinery, electronics, automatic control, the basic knowledge of computer design ability train</p><p>　　Keywords: CNC x-y tables, contro

15、l system, servo motor, SCM, ball screw, etc.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒 論1<

16、;/b></p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床X-Y工作臺研究背景1</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢和研究方向1</p><p>　　1.3數(shù)控機(jī)床X-Y工作臺的設(shè)計(jì)目的4</p><p>　　2 X-Y工作臺整體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案分析5</p>

17、<p>　　2.2 X-Y工作臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及其依據(jù)7</p><p>　　3 X-Y工作臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 工作臺外形尺寸及重量估算8</p><p>　　3.2 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型8</p><p>　　3.3 絲杠

18、的計(jì)算9</p><p>　　3.4 電機(jī)的確定13</p><p>　　3.5 減速器的確定16</p><p>　　4 數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 單片機(jī)簡介22</p><p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)的簡介24</p><p>　　4.3 編碼器簡介24&

19、lt;/p><p>　　4.4行程開關(guān)簡介25</p><p><b>　　總 結(jié)27</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　附錄一30

20、</b></p><p><b>　　附錄二33</b></p><p><b>　　1緒 論</b></p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床X-Y工作臺研究背景</p><p>　　數(shù)控技術(shù)，簡稱“數(shù)控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用數(shù)字、文字和符號組成

21、的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)[1]。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是知識密集、資金密集的現(xiàn)代制造技術(shù)，也是國家重點(diǎn)發(fā)展的前沿技術(shù)。</p><p>　　機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的綜合性高新技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)與微

22、電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)。</p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)

23、品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。</p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水品和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備，又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)使用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳

24、統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)可以說就是先進(jìn)制造技術(shù)的基本，體現(xiàn)著數(shù)控技術(shù)的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)本身就理所當(dāng)然地成為制造業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。微機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心的高精度、高度柔性化及適合加工復(fù)雜零件的性能，正好滿足當(dāng)今市場競爭和工藝發(fā)展的需要。可以說，微機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用是機(jī)械制造行業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，在很大程度上決定了企業(yè)在市場競爭中的

25、成敗。</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢和研究方向</p><p>　　在我國對外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性,并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。</p><p>　?。ㄒ唬?、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但

26、給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,它對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:</p><p>　　(1)高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢</p><p>　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大

27、地提高效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從EMO2001 展會情況來看,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/ min ,甚至更高,空運(yùn)行速度可達(dá)100m/ min 左右。目前世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。在加工精度方面,近10 年來,普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm 提高到5μm ,精密級加工中心則從3～5μm ,提高到1～1.5μm 并且超精

28、密加工精度已開始進(jìn)入納米級0.1μm 。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　　(2) 5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展</p><p>　　采用5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。但過去因5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因,其價(jià)格要比3 軸

29、聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍,加之編程技術(shù)難度較大,制約了5 軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn),使得實(shí)現(xiàn)5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床含5 面加工機(jī)床的發(fā)展。</p><p>　　(3) 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢</p><p>　　21 世紀(jì)的數(shù)控裝備

30、將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化,如加工過程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上,面向機(jī)床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象數(shù)控功能,形成系列化,并可方便地

31、將用戶的特殊應(yīng)用集成到控制系統(tǒng)中,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)

32、絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。</p><p>　?。ǘ?、對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)</p><p>　　我國數(shù)控技術(shù)起步于1958 年,近50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個(gè)階段：第一階段從1958 年到1979 年,即封閉式發(fā)展階段。在此階段,由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的制,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“五”的前期,即引進(jìn)技術(shù),消化吸收,初

33、步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段,由于改革開放和國家的重視,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究,進(jìn)入市場競爭階段。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50 年的發(fā)展歷程,特別是經(jīng)過4 個(gè)5 年計(jì)劃的攻關(guān),總體來看取得的成績還是不小。</p><p>　?。ㄈ?、對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考&l

34、t;/p><p>　　(1)戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移,所以,我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會安全看,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè),制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力,保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全看,西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì),對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最

35、好的例證。</p><p>　　(2)發(fā)展策略。從我國基本國情的角度出發(fā),以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo),用系統(tǒng)的方法,選擇能夠主導(dǎo)21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性

36、能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會有價(jià)值低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當(dāng)然,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。</p><p>　　(四)數(shù)控機(jī)床研究方向</p><p>　　當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處

37、理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。

38、</p><p>　　1.3數(shù)控機(jī)床X-Y工作臺的設(shè)計(jì)目的</p><p>　　(1).能夠正確運(yùn)用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力；</p><p>　　(2).通過機(jī)械部分設(shè)

39、計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟；</p><p>　　(3).通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)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(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。</p><p>

40、　　(5).X-Y數(shù)控工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度，降低成本,是微機(jī)控制技術(shù)的最簡單的應(yīng)用。它充分的利用了危機(jī)的軟件硬件功能以實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的控制，使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大,精度和可靠性進(jìn)一步得到提高。</p><p>　　2 X-Y工作臺整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案分析</p><p>　　圖2.1

41、 X-Y工作臺整體方案</p><p>　　2.1.1 機(jī)械方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　?、偎欧妱訖C(jī)的選用</b></p><p>　　任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有2000mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比

42、[2]。</p><p><b>　?、趯?dǎo)軌副的選用</b></p><p>　　要設(shè)計(jì)數(shù)控車床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滑動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　?、劢z杠螺母副的選用</b></p>

43、<p>　　伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，需要滿足0.01mm脈沖當(dāng)量和mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。</p><p><b>　　④減速裝置的選用</b></p><p>　　選擇了步進(jìn)電動機(jī)和滾珠絲桿副以后，為

44、了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動部件折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，選用無間隙齒輪傳動減速箱。</p><p><b>　?、輽z測裝置的選用</b></p><p>　　選用步進(jìn)電動機(jī)作為伺服電動機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進(jìn)電動機(jī)來說還是偏高，為了確保電動機(jī)在運(yùn)動過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采

45、用半閉環(huán)控制，擬在電動機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速[3]。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動機(jī)的步距角相匹配。</p><p>　　考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動機(jī)以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。</p><p>　　圖 2.2 X-Y工作臺<

46、;/p><p>　　2.1.2 控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能：</p><p>　　接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示</p><p>　　接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；</p><p>　　接受車床限位開關(guān)信號；</p><p>　　接受電動卡盤夾緊信號與電

47、動刀架刀位信號；</p><p>　　控制X，Z向步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動器；</p><p>　　控制主軸的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)與停止；</p><p>　　控制多速電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸有級變速；</p><p>　　控制交流變頻器，實(shí)現(xiàn)主軸無級變速；</p><p>　　控制切削液泵啟動/停止；</p><p>

48、　　控制電動卡盤的夾緊與松開；</p><p>　　控制電動刀架的自動選刀；</p><p>　　與PC機(jī)的串行通信。</p><p>　　2.2 X-Y工作臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖如圖所示。</p><p>　　圖 2-3 進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖</p><p>　

49、　2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及其依據(jù)</p><p>　　X、Y方向的脈沖當(dāng)量=0.01mm;</p><p>　　X方向的定位精度均為mm;</p><p>　　加工范圍為460×420㎜;</p><p><b>　　工作荷載 </b></p><p>　　工作壽命 15000h</

50、p><p>　　時(shí)間常數(shù)T=30ms；</p><p><b>　　快速進(jìn)給速度</b></p><p>　　3 X-Y工作臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 工作臺外形尺寸及重量估算</p><p>　　X向拖板（上拖板）尺寸：</p><p>　　長寬高

51、 600×190×50</p><p>　　重量：按重量=體積×材料比重估算</p><p>　　Y向拖板（下拖板）尺寸： </p><p><b>　　重量：約670N。</b></p><p>　　上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：</p><p>　　夾具及

52、工件重量：約155N 。</p><p>　　X-Y工作臺運(yùn)動部分的總重量：約1828N。</p><p>　　3.2 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型</p><p>　　根據(jù)給定的工作荷載和估算的和計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中， 為

53、導(dǎo)軌的基本靜額定荷載 KN；</p><p><b>　　工作荷載：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：</p><p>　　因系統(tǒng)受到中等沖擊，所以取；</p><p><b>　?。?-3

54、）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算額定靜荷載初選導(dǎo)軌：</p><p>　　選擇SV2R系列滑動直線導(dǎo)軌，其型號為：SV2R28-460[4]</p><p>　　圖 3-1 直線滑動導(dǎo)軌</p><p><b>　　表3

55、-1 導(dǎo)軌規(guī)格</b></p><p>　　表 3-2 導(dǎo)軌規(guī)格</p><p><b>　　導(dǎo)軌的額定動載荷</b></p><p><b>　　3.3 絲杠的計(jì)算</b></p><p>　　3.3.1 滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定</p><p>　　初選絲杠HRC

56、60,導(dǎo)程</p><p>　　3.3.2 強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　絲杠軸向力：</b></p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　其中：,滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，是最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高速度的()，在此我取1/3;</p><p>

57、;<b>　　可取 計(jì)算：</b></p><p><b>　　取 ,則：</b></p><p><b>　　壽命值</b></p><p>　　， （3-6）</p><p><b>　　其中絲杠轉(zhuǎn)速</b

58、></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　最大動載荷</b></p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　式中：為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2~1.5；為硬度系數(shù)，時(shí)為1.0。</p><p

59、>　　查表得中等沖擊時(shí)，，則：</p><p>　　根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，其根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選</p><p>　　圖 3-1 絲杠螺母副</p><p>　　擇滾珠絲杠的型號為：CM系列滾珠絲杠，其型號為：CM2005-5[5]。</p><p><b>　　其基本參數(shù)如下：</b><

60、;/p><p>　　表 3-3 滾珠絲杠副尺寸參數(shù)</p><p>　　其額定動載荷為足夠用，滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式，預(yù)緊方式采用單螺母螺紋預(yù)緊形式。</p><p>　　表3-4 滾珠絲杠副的幾何參數(shù)</p><p>　　3.3.3 傳動效率計(jì)算</p><p><b>　　（3-9）</b>

61、</p><p>　　式中：——摩擦角；——絲杠螺紋升角。</p><p>　　3.3.4 剛度驗(yàn)算</p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算：</p>&

62、lt;p><b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。</p><p><b>　　所以導(dǎo)程總誤差</b></p><p>　　查表知E級精度的絲杠允許誤差，故剛度足夠

63、。</p><p>　　3.3.5穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p><b>　　3.4 電機(jī)的確定</b></p><p>　　3.4.1 步進(jìn)電機(jī)折算轉(zhuǎn)動慣量近似計(jì)算</p><p><b>　　(3-12)</b&g

64、t;</p><p>　　式中 ——電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（）；</p><p>　　、 —— 齒輪、的轉(zhuǎn)動慣量（）；</p><p>　　—— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　參考同類機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　代入上式：</b></p

65、><p>　　考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。</p><p>　　基本滿足慣量匹配的要求。</p><p>　　3.4.2 確定步進(jìn)電機(jī)的選型</p><p>　　機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算[6]：</p><p><b>　?、倏焖倏蛰d啟動力矩</b></p

66、><p><b>　　具體計(jì)算公式如下：</b></p><p><b>　　(3-13)</b></p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　將前面數(shù)據(jù)代入式中：</p><p><b>　　啟動加速時(shí)間</b&g

67、t;</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：</p><p><b>　　附加摩擦力矩</b></p><p><b>　　(3-14) </b></p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計(jì)：</b></p><p><b>　　=<

68、;/b></p><p>　?、诳焖僖苿訒r(shí)所需力矩</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　?、圩畲笄邢髫?fù)載時(shí)所需力矩</p><p>　　從上面計(jì)算可以看出，以快速空載起動所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)&

69、lt;/p><p><b>　　(3-16)</b></p><p><b>　　最大靜力矩</b></p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　按此最大靜力矩，我們選擇150BF003型最大靜力矩為13.72。大于所需最大靜力矩，可作為初選型號，但還必須

70、進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　?、苡?jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時(shí)的工作頻率[7]</p><p>　　為使電機(jī)不產(chǎn)生失步，空載啟動頻率要大于最高運(yùn)行頻率，查表，選擇兩個(gè)150BF003型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：</p><p>　　圖3-2 150BF003反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　表3-5 150BF

71、003反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)</p><p>　　3.5 減速器的確定</p><p>　　3.5.1 傳動比的確定</p><p>　　因步進(jìn)電機(jī)步距角，滾珠絲杠螺距 ，要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量，在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動。齒輪傳動比[8]</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>

72、;　　1) 選擇使用圓柱直齒輪</p><p>　　2) 一般機(jī)器,速度不高,選用7級精度(GB10095-88)</p><p>　　3) 材料選擇,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中知選擇:</p><p>　　小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)處理)硬度為280HBS.</p><p>　　大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)處理)硬度為240HBS,</p>

73、<p>　　硬度差為40HBS.</p><p>　　4）由傳動比可選擇一級減速器</p><p>　　3.5.2減速器整體方案的確定</p><p>　　圖3-3 減速箱整體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.3 齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定</p><p>　　選 ， </p><

74、;p>　　因傳遞的扭矩較小，選擇模數(shù);</p><p>　　表 3-6 齒輪尺寸</p><p>　　分度圓壓力角大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪。</p><p>　　3.5.4減速器參數(shù)的確定</p><p>　　聯(lián)軸器1傳動效率： </p><p>　　聯(lián)軸器2傳動效率：

75、 </p><p>　　閉式齒輪傳動效率： </p><p>　　滾動軸承效率： </p><p>　　得 </p><p>　　高速軸參數(shù)： </p><p><b

76、>　　由公式</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　得高速軸轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　由傳動比及效率確定低速軸參數(shù)：</p><p>　　3.5.5軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　

77、齒輪軸的尺寸</b></p><p><b>　　高速軸的尺寸</b></p><p>　　3.5.6聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　聯(lián)軸器是將主動軸與從動軸連接起來并在傳遞轉(zhuǎn)矩中一起旋轉(zhuǎn)又不脫開的裝置，用于連接同在一個(gè)軸線的兩軸端部[9]。由于兩軸在制造、安裝、機(jī)座的結(jié)構(gòu)剛性、定位安裝面存在誤差等原因，兩軸的旋轉(zhuǎn)中心線可能出現(xiàn)徑

78、向、軸向和角度偏移，為了不使軸與軸實(shí)現(xiàn)連接的聯(lián)軸器造成安裝困難、并引起額外的荷載和震動，聯(lián)軸器必須有補(bǔ)償軸線偏移的功能，還應(yīng)有消除或減少周線偏移引起的附加載荷和震動的功能。為適應(yīng)聯(lián)軸器不同功能的需要，我國已有不同品種、規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)系列聯(lián)軸器。</p><p>　　剛性聯(lián)軸器分為凸緣聯(lián)軸器和套筒聯(lián)軸器兩種，前者結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本較低，工作可靠，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大。但無補(bǔ)償所聯(lián)兩軸相對偏移的功能，不能緩沖減震。當(dāng)

79、兩軸對中精度較低時(shí)，將在軸和軸承中引起較大的附加荷載。適用于所聯(lián)兩軸對中精確、載荷平穩(wěn)、高速或要求傳動精度高的傳動軸承。后者結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，徑向尺寸小，成本低。裝拆時(shí)需沿軸向移動較大距離，且只能連接兩軸直徑相同的圓柱形軸身。無補(bǔ)償所聯(lián)兩軸相對偏移的能力，要求兩軸精確對中。一般用于中小功率傳動，其中花鍵連接套筒聯(lián)軸器可以傳遞很大轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，更換易損件方便，具有一

80、定的緩沖減震和補(bǔ)償所聯(lián)兩軸相對偏移的能力。徑向尺寸較大，不宜用于高速和低速重載場所。</p><p>　　金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器分為金屬膜片連軸器和十字軸式萬向聯(lián)軸器，前者具有機(jī)械強(qiáng)度高、承載能力大、重量和結(jié)構(gòu)尺寸小、傳動效率高、傳動精度高、不需潤滑、平衡精度高、裝拆方便、無噪聲等優(yōu)點(diǎn)，但緩沖減震性能不及其他金屬元件撓性聯(lián)軸器。具有一定的補(bǔ)償所聯(lián)兩軸相對偏移的能力?？刹糠秩〈男锡X式聯(lián)軸器。還有耐高、低溫，耐酸堿

81、等，腐蝕介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。高精度金屬膜片連軸器可用于很高轉(zhuǎn)速。</p><p>　　聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表14-1，考慮為輸送機(jī)，轉(zhuǎn)矩變化很小，故取1.7，所以</p><p>　　在此，我選擇金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器中的高剛性模片式 兩側(cè)鍵槽型聯(lián)軸器CPSHWK65-15-15。</p><p>　　圖3-4 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器</p><p>

82、;　　3.5.7 軸承的選擇</p><p>　?、佥d荷是選擇軸承最主要的依據(jù)，通常應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承[10]。</p><p>　?、泡d荷大小 一般情況下，滾子軸承由于是線接觸，承載能力大，適于承受較大載荷；球軸承由于是點(diǎn)接觸，承載能力小，適用于輕、中等載荷。各種軸承載荷能力一般以額定載荷比表示。</p><p>　?、戚d荷方向

83、0;純徑向力作用，宜選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承，也可考慮選用調(diào)心軸承。純軸向載荷作用，選用推力球軸承或推力滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，這兩種軸承隨接觸角。增大承受軸向載荷能力提高。若徑向載荷較大而軸向載荷較小時(shí)，也可選用深溝球軸承和內(nèi)、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。若軸向載荷較大而徑向載荷較小時(shí)，可選用推力角接觸球軸承、推力圓錐滾子軸承。 </p>&

84、lt;p>　　⑶載荷性質(zhì) 有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。</p><p>　?、诟咚傩阅?一般摩擦力矩小、發(fā)熱量小的軸承高速性能好。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，故高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選用球軸承。徑向載荷小時(shí)，選用深溝球軸承:徑向載荷大時(shí)，選用圓柱滾子軸承。對聯(lián)合載荷，載荷小時(shí)，選用角接觸球軸承；載荷大時(shí)，選用圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承與角接觸球軸承組合。在相同內(nèi)徑時(shí)，外徑越小，滾動體越輕越小，

85、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動體作用在外圈上的離心力也越小，因此更適于較高轉(zhuǎn)速下工作。在一定條件下，工作轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜選用直徑系列為8，9，0，1的軸承。保持架的材料與結(jié)構(gòu)對軸承轉(zhuǎn)速影響很大。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許的轉(zhuǎn)速高。高速重載的軸承需驗(yàn)算其極限轉(zhuǎn)速。</p><p>　?、圯S向游動性能 一般機(jī)械工作時(shí)，因機(jī)械摩擦或工作介質(zhì)的關(guān)系而使軸發(fā)熱，從而有熱脹冷縮產(chǎn)生。在選擇軸承結(jié)構(gòu)類型時(shí)，應(yīng)使其軸有鈾向游動的可能性。因此，常在軸

86、的某一端選用一內(nèi)圈或一外圈無擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承，以適應(yīng)由于熱脹冷縮而引起軸的伸長或縮短。</p><p>　?、苷{(diào)心性能 當(dāng)軸兩端軸承孔同軸性差（制造誤差或安裝誤差所致）或軸的剛度小，變形較大，以及多支點(diǎn)軸，均要求軸承調(diào)心性好，這時(shí)應(yīng)選用調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。</p><p>　?、菰试S的空間 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般都是先確定軸的尺寸，然后根據(jù)軸的尺寸來確定軸承的尺寸。小軸選

87、用球軸承，大軸選用滾子軸承；在內(nèi)徑尺寸（即軸尺寸）已確定，若徑向尺寸受限，可選用滾針軸承或直徑系列為8，9，0，回的軸承；若寬度尺寸受限，可選用寬度系列為8，0的軸承。</p><p>　?、薨惭b與拆卸方便 對于軸承使用壽命一般都難以等同主機(jī)使用壽命，在實(shí)際使用中軸承作為易損件要經(jīng)常裝拆。因此，在選用軸承結(jié)構(gòu)類型時(shí)應(yīng)要求裝拆方便。可分離型的接觸球軸承、圓柱滾子軸承。圓錐滾子軸承、推力軸承和內(nèi)圈為錐孔、帶緊定套或

88、退卸套的調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承等均具有裝拆方便性能。</p><p>　　圖 3-5 61903深溝球軸承</p><p>　　在此我選擇內(nèi)徑17，外徑30，厚度7的深溝球軸承，型號61903</p><p>　　4 數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 單片機(jī)簡介</b></p><

89、;p>　　4.1.1 單片機(jī)的發(fā)展趨勢</p><p>　　為適應(yīng)嵌入式應(yīng)用的需求，單片微控制器應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展極其迅速。從70年代至今，單片機(jī)發(fā)展成為一個(gè)品種齊全，功能豐富的龐大家庭。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM存儲器、I/O接口等而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。因?yàn)樗饕獞?yīng)用于工業(yè)測控領(lǐng)域，因此單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)，intel公司就給單片機(jī)取名為嵌入式微控制器[11]。<

90、/p><p>　　4.1.2 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　單片機(jī)是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點(diǎn)出發(fā)向著增強(qiáng)控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展[12]。主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　1.種類多，型號全。很多單片機(jī)廠家逐年擴(kuò)大適應(yīng)各種需要，有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移

91、植，較容易地使產(chǎn)品進(jìn)行升級換代。</p><p>　　2. 提高性能，擴(kuò)大容量，性能價(jià)格比高。集成度已經(jīng)達(dá)到300萬個(gè)晶體管以上，總線速度達(dá)到數(shù)十微妙到幾百納秒，指令執(zhí)行周期已經(jīng)達(dá)到幾微妙到數(shù)十納秒，以往片外XRAM現(xiàn)已在物理上存入片內(nèi)，ROM容量已經(jīng)擴(kuò)充達(dá)32K，64K，128K以致更大的空間。價(jià)格從幾百到幾元不等。</p><p>　　3. 增加控制功能，向真正意義上的“單片”機(jī)發(fā)展。

92、把原本是外圍接口芯片的功能集成到一塊芯片內(nèi)，在一片芯片中構(gòu)造了一個(gè)完整的功能強(qiáng)大的微處理應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　4.低功耗?，F(xiàn)在新型單片機(jī)的功耗越來越小，供電電壓從5V降低到了3.2V，甚至1V，工作電流從mA降到µA級，gz2頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等。</p><p>　　5.

93、C語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機(jī)互交環(huán)境。大多數(shù)單片機(jī)都提供基于C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。</p><p>　　4.1.3 單片機(jī)的應(yīng)用發(fā)展方向</p><p>　　1.使用壽命長。這里所說的長壽命，一方面指用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，MPU更新

94、換代的速度約來約快?？梢灶A(yù)見，一些成功上市的相對年輕的CPU核心，也會隨著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長的生存周期。新的CPU類型的加盟，使單片機(jī)隊(duì)伍不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展是當(dāng)前單片機(jī)發(fā)展的另一個(gè)動向之一。長期以來，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。以Mororola68K為CPU的32位單片

95、機(jī)97年的銷售量達(dá)到了8千萬枚。過去認(rèn)為由于8位單片機(jī)功能越來越強(qiáng)，32位機(jī)越來越便宜，使16位機(jī)單片機(jī)生存空間有限，而16位單片機(jī)的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有較大幅度的增長。</p><p>　　2.速度越來越快。MUP發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時(shí)鐘頻率越來越高為標(biāo)志的。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪音，降低時(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。改善單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序

96、，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)算速度提高了很多。</p><p>　　3. 低噪聲和高可靠性技術(shù)。在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素，位了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效的方法。今年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家愛在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：首先，EFT技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時(shí)，其波形上會迭加各種毛刺信號

97、，人使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時(shí)，就可以消除這些毛刺另其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。其次，低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上左下的兩塊對稱稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地線和電源引腳安排在兩條

98、相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。</p><p>　　4. OTP與掩膜。OTP是一次性寫入的單片機(jī)[13]。過去認(rèn)為一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜型單片機(jī)為標(biāo)志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而OTP型單片機(jī)價(jià)格不斷下降，使得近年來直接使用OTP完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)。近年來，OTP型單片機(jī)需

99、量大幅度上揚(yáng)，為適應(yīng)這種需求許多單片機(jī)都采用了在編程技術(shù)（In Sytem Programming）。為編程的OTP芯片可以采用裸片Bonding技術(shù)或表面貼技術(shù)，先焊在印刷版上，然后通過單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線等對單片機(jī)編程。解決了批量寫OTP芯片時(shí)容易出現(xiàn)的芯片寫入器接觸不好的問題，使得OTP的裸片得以廣泛使用，降低了產(chǎn)品的成本。編程線與I/O線共用，不增加單片機(jī)的額外引腳。</p><p>　

100、　4.2 步進(jìn)電機(jī)的簡介</p><p><b>　　圖4-1 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角

101、度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由于脈沖信號數(shù)與步距角的線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種

102、電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 </p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)

103、鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。</p><p><b>　　4.3 編碼器簡介</b></p><p>　　編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備[14]。</p><p>　　編

104、碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”，通過“１”和“０”的二進(jìn)制編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。</p><p>

105、;　　按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。</p><p><b>　　圖 4-2 編碼器</b></p><p><b>　　4.4行程開

106、關(guān)簡介</b></p><p>　　圖 4-3 行程開關(guān)</p><p>　　行程開關(guān)就是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)【15】。</p><p>　　行程開關(guān)又稱限位開關(guān),可以安裝在相對靜止的物體(如固定架、門框等，簡稱靜物)上或者運(yùn)動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當(dāng)動物接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點(diǎn)閉

107、合，由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動作。</p><p>　　行程開關(guān)的應(yīng)用方面很多，很多電器里面都有它的身影，它主要是起連鎖保護(hù)的作用。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　我覺得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)專業(yè)知識的一個(gè)全面的綜合的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過程中我全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過的知識，包括機(jī)械專業(yè)課程

108、和電路控制方面的基礎(chǔ)知識，經(jīng)過復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專業(yè)知識使得設(shè)計(jì)思路清晰系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識。</p><p>　　還有很重要的一點(diǎn)是讓我體會到了一個(gè)設(shè)計(jì)者的精神。在設(shè)計(jì)過程中既要自己不斷思考、創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的

109、能力。</p><p>　　通過對通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動或簡單機(jī)械的設(shè)計(jì)，掌握了一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，有助于樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　《畢業(yè)設(shè)計(jì)》是我在大學(xué)里的最后一門課程。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料、如何舉一反三

110、、如何通過改進(jìn)并加入自己的想法與觀點(diǎn)，使之成為自己的東西。并且結(jié)合生產(chǎn)知識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際以及分析和解決工程實(shí)際問題的才能，并使大學(xué)三年所學(xué)的知識得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。在此，我對我的論文指導(dǎo)老師表示衷心的感謝，感謝他對我的嚴(yán)格要求，感謝他的監(jiān)督和指導(dǎo)。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(xiàn)中所列書籍、文章及資料的作者。</p><p><b>　　參考文

111、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]. 張訓(xùn)文.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》,北京理工大學(xué)出版社,2006,北京</p><p>　　[2].西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及零件教研室，《機(jī)械設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，1996</p><p>　　[3].西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及零件教研室，《機(jī)械原理》，高等教育出版社，1996</p><p&g

112、t;　　[4].龔桂義.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊》，高等教育出版社，2002</p><p>　　[5].劉小年/劉慶國.《工程制圖》，高等教育出版社，2004</p><p>　　[6]. 鄭堤.唐可洪.《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1997，北京</p><p>　　[7].姜培剛.蓋玉先.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p&g

113、t;<p>　　[8].范超逸.《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)》，武漢 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　[9]. 張建民.唐水源.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，2005，北京.</p><p>　　[10]. 趙丁選.《機(jī)電一體化使用手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社社，2003，北京</p><p>　　[11]. 張毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:高

114、等教育出版社,2003.</p><p>　　[12]. 彭為.雷道仲.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　[13]. 張大明.彭旭昀.單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　[14].劉東駿.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.<

115、/p><p>　　[15].汪道輝.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.</p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)，簡稱“數(shù)控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械

116、量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 </p