步進電機通過一級齒輪減速驅(qū)動單軸直線伺服移動機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章：直線移動機構(gòu)模塊的設(shè)計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1．工作臺的選擇錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2．滾動導(dǎo)軌副的選擇計算和校核錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3．滾珠絲杠副的設(shè)計計算和校驗錯誤!未定義書簽。

2、</p><p>　　4．軸承的選擇計算錯誤!未定義書簽。</p><p>　　第二章：步進電機的選擇錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.脈沖當量的選擇錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2.等效轉(zhuǎn)矩的計算錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3．系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量的折算錯誤!未定義書簽。</

3、p><p>　　4．步進電動機的選擇錯誤!未定義書簽。</p><p>　　5.一級齒輪的設(shè)計計算錯誤!未定義書簽。</p><p>　　第三章：控制系統(tǒng)的設(shè)計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.控制器選型及存儲器擴展分析錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2.系統(tǒng)功能選擇實現(xiàn)錯誤!未定義書簽。<

4、;/p><p>　　3.系統(tǒng)狀態(tài)顯示錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.系統(tǒng)端口分配方式錯誤!未定義書簽。</p><p>　　5.軟件編程算法實現(xiàn)錯誤!未定義書簽。</p><p>　　第四章：程序執(zhí)行流程錯誤!未定義書簽。</p><p>　　第五章：控制流程圖錯誤!未定義書簽。</p>

5、<p>　　第六章：機械進給系統(tǒng)的建模與仿真錯誤!未定義書簽。</p><p>　　心得體會錯誤!未定義書簽。</p><p>　　參考文獻錯誤!未定義書簽。</p><p>　　第一章：直線移動機構(gòu)模塊的設(shè)計</p><p><b>　　1．工作臺的選擇</b></p><p>

6、;　　根據(jù)設(shè)計要求初選工作臺為，密度7.81，質(zhì)量約為14Kg。</p><p>　　2．滾動導(dǎo)軌副的選擇計算和校核</p><p>　　滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。 驅(qū)動功率大幅

7、度下降，只相當于普通機械的十分之一。 與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 </p><p>　　適應(yīng)高速直線運動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高約10倍。 能實現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。成對使用導(dǎo)軌副時，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能

8、力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。 簡化了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。</p><p>　　滑塊可選用基本尺寸為，導(dǎo)軌副材料的選擇為灰鑄鐵HT200，因為它的耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性好，容易鑄造和切削加工，成本較低。因設(shè)計任務(wù)要求，選用四塊這樣的滑塊組成雙排導(dǎo)軌，則總質(zhì)量約為：。</p><

9、p>　　2．1滾動體的尺寸和數(shù)目</p><p>　　滾動體的直徑越大，滾動摩擦系數(shù)就越小，摩擦阻力也就越??；滾動體的直徑過小，不但摩擦阻力會加大，而且會產(chǎn)生滑動的現(xiàn)象。因此在不受限制的情況下滾動體的直徑越大越好，本次選擇滾珠直徑8mm，</p><p>　　查文獻[3]式5-6有：</p><p>　　其中，Z 為滾珠數(shù)目；</p><p

10、>　　G運動部件的重力，單位N；</p><p>　　D為滾珠直徑，單位mm</p><p>　　則：，所以選每一導(dǎo)軌滑塊上滾珠的數(shù)目為7。</p><p>　　2．2滾動導(dǎo)軌副的強度計算</p><p>　　強度的判斷條件是判別受力最大的那個滾動體上的載荷是否超過了許用載荷。如果一條導(dǎo)軌上承受一個作用在導(dǎo)軌面上的力和力矩，則受力最大的

11、滾動體就是位于最外側(cè)的。</p><p>　　查文獻[3]式6-5可得在一個滾動體上的許用載荷： </p><p>　　其中，對于淬火鋼珠鑄鐵導(dǎo)軌=125N/；對HT200導(dǎo)軌，導(dǎo)軌材料的硬度系數(shù)；</p><p><b>　　則： </b></p><p><b>　　由此可知強度滿足。</b>&

12、lt;/p><p>　　2.3校核導(dǎo)軌副的壽命</p><p>　　由文獻[1]式3-22得：</p><p>　　其中，為工作時間壽命，單位h；</p><p>　　為工作的有效行程長度，單位m；</p><p>　　為每分鐘往復(fù)的次數(shù)，單位：次/min</p><p><b>　　代入

13、數(shù)據(jù)得： </b></p><p>　　因有四個滑塊，所以每一導(dǎo)軌上使用兩個滑塊，則：</p><p>　　由文獻[4]表3-14和3-17確定以下系數(shù)：</p><p>　　其中，K為壽命系數(shù)，一般取50km；</p><p>　　F滑塊的工作載荷，單位N；</p><p><b>　　為硬度系

14、數(shù)，=；</b></p><p><b>　　為溫度系數(shù)，=1；</b></p><p><b>　　為接觸系數(shù)，=；</b></p><p>　　為負荷系數(shù)，=1.5。</p><p><b>　　而且；</b></p><p><b

15、>　　所以：；</b></p><p>　　即 17500N，選用漢江機床廠HJG-D25有線導(dǎo)軌，查文獻1表3-14至3-17得HJG-25型導(dǎo)軌的，，所用的導(dǎo)軌能滿足壽命要求。</p><p>　　3．滾珠絲杠副的設(shè)計計算和校驗：</p><p><b>　　3.1初選滾珠絲杠</b></p><p&g

16、t;　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)，滾珠絲杠直徑初定為25mm，導(dǎo)程Ph=8mm ，制造精度為3級。</p><p><b>　　3.2絲桿的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　=，其中：為機械傳動速度，單位是mm/min。</p><p><b>　　則：=；r/min</b></p><p><b>

17、　　3.3行程補償值</b></p><p>　　滾珠絲桿的熱變形將導(dǎo)致長度，定位精度的變化，可由下面的方法進行補償：</p><p>　　其中：為溫度上升值，一般為??；</p><p>　　為有效行程，單位是；</p><p><b>　　則： </b></p><p>　　3.4兩

18、端固定支撐方式的預(yù)拉伸補償熱變形</p><p>　　在采用兩端固定安裝方式時，還要采用絲桿預(yù)拉伸的方法來進一步補償熱變形，預(yù)拉伸為：</p><p>　　式中： E為彈性模量，； </p><p>　　d為絲桿公稱直徑，mm；</p><p><b>　　故：N </b></p><p>　　3

19、.5滾珠絲桿副軸向載荷的計算（參考文獻[5]的P.101--P.103]）</p><p>　　式中：為滾珠絲桿副的摩擦系數(shù)，一般取0.0025—0.005;</p><p>　　m為工作臺和滑塊的總質(zhì)量;</p><p>　　f為導(dǎo)軌與底面的摩擦力；</p><p>　　為滾珠絲桿的徑向受力；</p><p>　　為

20、滾珠絲桿的軸向受力；</p><p><b>　　為最大加速度， </b></p><p><b>　　則： </b></p><p><b>　　所以:當量載荷</b></p><p>　　設(shè)空轉(zhuǎn)和常用切削分配的時間分別為10%和90%，則當量轉(zhuǎn)速</p>&l

21、t;p>　　3.6額定靜載荷及額定動載荷的下限值：</p><p><b>　?。?）額定靜載荷</b></p><p>　　式中，為安全系數(shù)，一般取2-3，這里取3；是外加在滾珠絲桿副上的最大軸向載荷</p><p><b>　　故有： </b></p><p><b>　?。?）

22、額定動載荷</b></p><p>　　在當量條件下達到預(yù)期壽命時，絲桿所受的最大額定動載荷為</p><p>　　其中為載荷系數(shù)，取；為精度系數(shù)，取。</p><p>　　3．7選定滾珠絲桿的型號</p><p>　　當滾珠絲桿副在較高轉(zhuǎn)速下工作時，應(yīng)按壽命計算選擇其尺寸規(guī)格，并校核其載荷是否超過額定動載荷；當滾珠絲桿副低速工作

23、時，應(yīng)按計算額定靜載荷的方法確定滾珠絲桿副的規(guī)格尺寸，并校核壽命。在本設(shè)計中，最高轉(zhuǎn)速不足300r/min，屬于低速運轉(zhuǎn)的情況，所以在這里按額定靜載荷的大小選擇：</p><p>　　根據(jù)文獻[5]，選擇系列代號為2508-5的滾珠絲桿副。其額定動載荷，額定靜載荷，剛度1485，外徑，內(nèi)徑鋼球直徑mm，螺旋角，滾道半徑，循環(huán)圈數(shù)（圈）。</p><p>　　查參考文獻[5]的P.107得：

24、</p><p>　　螺紋全長： 720mm</p><p>　　余留長度：參考文獻6表4-2取32mm，安全行程：取16mm，行程 ，螺母長度，螺紋左端到軸承和螺紋右端到軸承的距離</p><p>　　左右兩端軸承的間距：</p><p><b>　　3.8驗算Dn值</b></p><p>&

25、lt;b>　　3.9預(yù)緊力的確定</b></p><p>　　當采用兩端固定的支撐方式時，預(yù)緊力可以計算如下：</p><p>　　而且：，即滿足運轉(zhuǎn)要求。</p><p>　　3.10穩(wěn)定性的校驗</p><p>　?。?）由于滾珠絲桿副在工作時很可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以要求設(shè)計計算所達到的安全系數(shù)S，其值應(yīng)該大于絲桿傳動結(jié)

26、構(gòu)所允許的安全系數(shù)[S]。</p><p>　　絲桿不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，并按文獻[1]中式計算：</p><p>　　式中：E為絲桿材料的彈性模量，對于鋼，；</p><p>　　L為絲桿的有效工作長度（m）；</p><p>　　為絲桿的危險截面的軸慣性矩（）；</p><p>　　為長度系數(shù)，查文獻

27、[1]表3-6取=1</p><p><b>　　而</b></p><p>　　則：，安全系數(shù)22.7，查文獻[1]表3-6，絲桿不會失穩(wěn)。</p><p>　?。?）絲桿工作時可能發(fā)生共振，因此需要驗算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速—稱之為臨界轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最大轉(zhuǎn)。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速（）可按下式計算：<

28、/p><p>　　式中： 為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，查文獻[1]表3-6，本設(shè)計中，則：</p><p>　　所以絲桿工作時不會發(fā)生共振。</p><p>　　3.11剛度的驗算 </p><p>　　(1) 估算絲杠軸向最大變形量</p><p><b>　　重復(fù)定位精度 </b></p>

29、<p>　　定位精度 </p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　取 mm</b></p><p>　　絲杠在工作載荷(N)和轉(zhuǎn)矩T（）作用下引起每個導(dǎo)程的變形量為：</p><p>　　式中：E為絲杠切變模量，對于鋼E=210；&

30、lt;/p><p><b>　　M為扭 矩， ；</b></p><p><b>　　為摩擦升角，；</b></p><p>　　I為絲杠的極慣性矩， ；</p><p><b>　　S為絲杠截面積，；</b></p><p>　　絲杠在300mm內(nèi)的彈性

31、變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p>　　所以該絲杠的剛度滿足要求。</p><p><b>　　3.13效率的校核</b></p><p>　　本設(shè)計取摩擦系數(shù)為0.003，即：，則；</p><p>　　滾珠絲桿副的傳動效率K為：</p><p>　　K的要求在90%以上，所以該絲桿副合格

32、。</p><p>　　經(jīng)過上述校核驗證，所選型號規(guī)格的滾珠絲桿副的各項性能均能滿足設(shè)計要求。</p><p>　　3.14滾珠絲桿副的潤滑</p><p>　　滾珠絲桿副一般需要用潤滑劑來提高耐磨性和傳動效率，潤滑的方法有脂潤滑和油潤滑兩種。通常，螺母在很長的絲桿上運行，而且是進行回轉(zhuǎn)運動的，保持潤滑油是十分困難的；另外可能因為密封不好，有硬質(zhì)的灰塵回切屑等臟物落

33、入螺紋滾道會防礙滾珠的運轉(zhuǎn)和磨損的，因此本設(shè)計采用脂潤滑，潤滑劑為鋰基油脂。</p><p><b>　　4.軸承的選擇計算</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求滾珠絲桿副采用兩端固定支撐的安裝方式，而且要同時承受徑向載荷和軸向載荷，故根據(jù)文獻[8]選用角接觸球軸承7305B，。采用反裝形式。</p><p>　　(1)求兩軸承受到的徑向載

34、荷和</p><p>　　設(shè)左邊的軸承為軸承1</p><p>　　= =/2=2000/2=1000N</p><p>　　(2)求兩軸承的計算軸向力和</p><p>　　查文獻[2]表13-5得，判斷系數(shù)e=0.68</p><p><b>　　故， </b></p><

35、p>　　因為外加軸向力的存在，必須滿足平衡，則必有。</p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　(3)求軸承的當量動載荷</p><p><b>　　因為 ， </b></p><p>　　由文獻[2]表13-5分別進行查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為，</p&

36、gt;<p>　　對軸承1 0.35，0.57</p><p>　　對軸承2 1，</p><p>　　因軸承運轉(zhuǎn)中可能會產(chǎn)生沖擊載荷，按文獻[2]表13-6查得，本設(shè)計中取。則：</p><p>　　(4)驗算軸承的壽命</p><p>　　因為>，所以按軸承1的受力情況進行

37、校驗。</p><p>　　其中當軸承為球軸承時=3，則有：</p><p>　　故所選用的軸承滿足壽命要求。</p><p>　　第二章：步進電機的選擇</p><p><b>　　1.脈沖當量的選擇</b></p><p>　　初選三相步進電動機的步距角為；當三相三拍運行時，步距角為，其每轉(zhuǎn)脈

38、沖數(shù):</p><p>　　初選脈沖當量（每輸入一個指令脈沖，步進電動機驅(qū)動工作臺的移動距離，單位）由于重復(fù)定位誤差為0.01mm，故選電機的脈沖當量為，由此可得中間齒輪的傳動比為</p><p>　　選小齒輪的齒數(shù)，，模數(shù)</p><p><b>　　2．等效轉(zhuǎn)矩的計算</b></p><p>　　(1）空載時等效負載

39、轉(zhuǎn)矩:</p><p>　　(2）車削加工時的負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　3．系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量的折算</p><p>　　(1）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　其中，為公稱直徑，單位m；</p><p>　　L絲桿的全長，單位m；</p><p><b>　　為材料密度，約為

40、</b></p><p>　　(2）工作臺及滑塊的轉(zhuǎn)動慣量換算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量:</p><p>　　其中，W為工作臺和滑塊的總重量，單位N；</p><p>　　為絲桿的基本導(dǎo)程，單位m；</p><p>　　i為齒輪副的傳動比；</p><p>　　(3） 大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量</p>

41、<p>　　其中， 為大齒輪的分度圓直徑，單位是m；</p><p>　　為大齒輪的齒寬，單位是m；</p><p>　　(4）小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　其中， 為小齒輪的分度圓直徑，單位是m；</p><p>　　為大齒輪的齒寬，單位是m；</p><p>　　(5）因此折算到電機軸上的總

42、轉(zhuǎn)動慣量是：</p><p>　　4.步進電動機的選擇</p><p>　?。?）縱向進給運動的負載分析</p><p>　　1）現(xiàn)預(yù)選電機為130BY001，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為，于是有：</p><p>　　式中采用最不利于機床啟動時的速度，這里選用快速進給速度（全部直線運動部件總質(zhì)量）；r/min則有：</p><p&

43、gt;　　2)絲桿摩擦阻力矩（）的計算 由于滾珠絲桿的傳動效率很高，其摩擦阻力矩相對于其他負載力矩小得多，故一般不考慮。</p><p>　　3）等效負載轉(zhuǎn)矩 由文獻[4]式（6-8）得</p><p>　　4）啟動慣性阻力矩（）的計算 加（減）速時間為t=4s由于電機轉(zhuǎn)速為，取加速曲線為等加速梯形曲線，故角加速度為：</p><p><b>　　則

44、 </b></p><p>　　5）電機輸出軸上的總負載轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　?。?）步進電機的匹配選擇</p><p><b>　　當機械傳動總效率時</b></p><p>　　適當考慮安全系數(shù)K，一般安全系數(shù)K可在1.2～2之間選取。若取K=1.5,則步進電機可按以下總負載轉(zhuǎn)矩選?。?lt;/p

45、><p>　　若選用上述預(yù)選的電機130BF001，其最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　9.31N.m。在三相六拍驅(qū)動兩相通電時，步距角為。為保證帶負載能正常加速啟動和定位停止，電機的起動轉(zhuǎn)矩必須滿足:由文獻[4]表3-7可知，則，故選用合適。</p><p>　　綜上所述，所選步進電機滿足要求，且有一定的裕量。</p><p>　　5.一級齒輪的

46、設(shè)計計算</p><p>　　(1)本設(shè)計選用圓柱直齒輪。</p><p>　　本設(shè)計選用減速器主要是傳遞扭矩，因此速度并不是很高，故選用7級精度就可以（GB10095——88）。選擇小齒輪的材料為40Cr，進行調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS；大齒輪的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，兩者的硬度差為40HBS。</p><p>　　由滾珠絲桿副的計算得，小齒

47、輪的齒數(shù)20，大齒輪的齒數(shù)34。取模數(shù)。</p><p>　?。?）計算大小齒輪的分度圓直徑</p><p><b>　　（3）計算齒輪寬度</b></p><p>　　根據(jù)文獻[2]表10-7，，這里取 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　為滿足安

48、裝要求和制造方便進行人為圓整后，取。</p><p>　　第三章：控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　1.控制器選型及存儲器擴展分析：</p><p>　　系統(tǒng)采用MCS8051單片機作為微控制器。8051內(nèi)部集成了4K的片內(nèi)程序存儲器和128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。由于本控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜，其自帶的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的容量已經(jīng)夠使用，不需要在進行片外擴展了。<

49、/p><p>　　2.系統(tǒng)功能選擇實現(xiàn)：</p><p>　　系統(tǒng)通過五個按鍵實現(xiàn)功能的選擇：</p><p>　　1.S1控制系統(tǒng)的啟動/停止； </p><p>　　2.S2控制系統(tǒng)的工進—前進</p><p>　　3.S3控制系統(tǒng)的工進—后退 </p>

50、<p>　　4.S4控制系統(tǒng)的快進—前進</p><p>　　5.S5控制系統(tǒng)的快進—后退</p><p><b>　　3.系統(tǒng)狀態(tài)顯示：</b></p><p>　　1.系統(tǒng)采用開環(huán)控制，用三個LED顯示工作臺的行程位移（也可以修改程序來顯示轉(zhuǎn)速）；</p><p>　　2.LED采用動態(tài)掃描顯示法，用P0口

51、為其提供段選碼，P1.0-P1.2作為三個LED顯示器的位控口；</p><p>　　4.系統(tǒng)端口分配方式：</p><p>　　1.P0口為三個LED顯示器提供段選碼輸出；</p><p>　　2.P1.0-P1.2作為三個LED顯示器的位控口；</p><p>　　3.P1.3-P1.7作為五個按鍵的輸入端；</p><

52、;p>　　4.P2.0-P2.0用于輸出控制三相步進電機的控制脈沖信號；</p><p>　　5.P2.3用于控制繼電器以控制電機的驅(qū)動電源，實現(xiàn)對電機的啟?？刂?；</p><p>　　6.P3.2用于響應(yīng)鍵盤按下的外部中斷輸入端。</p><p>　　5.軟件編程算法實現(xiàn)：</p><p>　　1.功能模塊描述：微型控制器8051主要

53、完成如下工作：</p><p>　?。?）.數(shù)碼管的動態(tài)顯示； （2）.適時檢測鍵盤狀態(tài)；</p><p>　?。?）.通過P2.0-P2.2準確地發(fā)出一定序列的脈沖信號。</p><p><b>　　2.功能實現(xiàn)算法：</b></p><p>　?。?）.只有功能2對系統(tǒng)響應(yīng)速度才是最嚴格的，所以，擬采用定時器

54、中斷控制方式進行控制，并將其優(yōu)先級設(shè)為最高級別；</p><p>　?。?）.其次，鍵盤狀態(tài)的識別通過外部中斷0進行控制，當有任一鍵按下時，激發(fā)外部中斷，使CPU響應(yīng)鍵盤消息；</p><p>　?。?）.最后，在CPU空閑時，系統(tǒng)就循環(huán)執(zhí)行LED顯示子程序，實現(xiàn)顯示功能。</p><p>　　3.五路按鍵的中斷響應(yīng)問題的解決：算法實現(xiàn)如下</p>&

55、lt;p>　?。?）.將五路外部鍵盤的狀態(tài)通過一與門輸出到外部中斷0。如附圖中的原理圖所示：5路按鍵平時通過上拉電阻拉為高電平，通過與門之后仍為高電平，外部中斷無響應(yīng)。當有任一鍵按下時，5條路線的狀態(tài)不全為高電平，經(jīng)過與操作后，與門輸出為0，觸發(fā)外部中斷響應(yīng)，執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序；</p><p>　?。?）.在外部中斷服務(wù)程序中，使程序先掃描查詢5路按鍵的狀態(tài)，獲得具體哪一路按鍵被按下。在這一過程中可以很

56、方便的實現(xiàn)通常鍵盤程序中所使用的消抖動處理，提高鍵盤響應(yīng)的準確性；</p><p>　　（3）.查詢獲得具體哪一路鍵盤被按下后立即跳轉(zhuǎn)執(zhí)行響應(yīng)按鍵所對應(yīng)的功能子程序，執(zhí)行完了子程序后，在功能子程序中結(jié)束中斷服務(wù)程序。CPU繼續(xù)響應(yīng)其他動作。</p><p>　　經(jīng)過上面的操作，即可實現(xiàn)由一個中斷口響應(yīng)多路外部中斷事件，使用這一算法，CPU可以最多實現(xiàn)一個中斷口響應(yīng)256路外部事件的中斷響應(yīng)

57、。</p><p>　　第四章：程序執(zhí)行流程</p><p>　　單片機得電工作后，并不會立刻驅(qū)動電機工作。而是首先進行一系列的初始化工作，如中斷狀態(tài)設(shè)置，開啟，定時器設(shè)置，定時器中斷開啟等操作。之后進入LED循環(huán)掃描顯示狀態(tài)，當然，這時顯示數(shù)字初始化為000。并等待鍵盤輸入命令。當鍵盤的開啟按鍵按下時，系統(tǒng)進入電機啟動子程序。并標記當前為已啟動狀態(tài)，供后續(xù)程序查詢使用。電動機驅(qū)動后應(yīng)使定

58、時器啟動，定時器定時滿時，執(zhí)行定時中斷服務(wù)程序，輸出一個脈沖。</p><p>　　當按鍵2-5按下時，在響應(yīng)的外部中斷服務(wù)程序中設(shè)置響應(yīng)的定時器定時數(shù)值，以使CPU能根據(jù)定時器定時間隔輸出脈沖，以達到變速的功能。另外在按鍵2-5中還應(yīng)設(shè)置響應(yīng)的控制時序的表首地址，以達到正反轉(zhuǎn)運動功能的實現(xiàn)。</p><p>　　最后，要使LED顯示系統(tǒng)速度，則應(yīng)在鍵盤2-5的中斷服務(wù)程序中設(shè)置顯示數(shù)。當

59、CPU空閑時，則用于循環(huán)掃描顯示。</p><p><b>　　第五章：控制流程圖</b></p><p><b>　　主程序流程圖</b></p><p>　　鍵盤按鍵中斷服務(wù)流程圖</p><p><b>　　定時器中斷服務(wù)程序</b></p><p&g

60、t;　　第六章：機械進給系統(tǒng)的建模與仿真</p><p><b>　　1.建立的要求</b></p><p>　　利用機械動力學(xué)理論，通過對數(shù)控機械進給系統(tǒng)的電機、軸系及進給工作臺的等效計算，構(gòu)建了數(shù)控機械進給系統(tǒng)的仿真模型，利用Matlab對系統(tǒng)的動態(tài)特性進行仿真，獲得了反映系統(tǒng)性能的仿真曲線，仿真結(jié)果證明了系統(tǒng)模型的有效性。</p><p>

61、;　　2.機械進給系統(tǒng)模型建立</p><p>　　為了建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，常把機械系統(tǒng)中各基本物理量折算到電機軸上，使復(fù)雜的多軸傳動關(guān)系轉(zhuǎn)化成單一軸運動。</p><p>　　各基本物理量等效折算</p><p><b>　　轉(zhuǎn)動慣量折算</b></p><p>　　利用動能守恒定律，把各轉(zhuǎn)動軸上及工作臺的轉(zhuǎn)動慣量等效

62、到電機軸。</p><p><b>　　式中：L-絲杠導(dǎo)程</b></p><p><b>　　粘性阻尼系數(shù)折算</b></p><p>　　工作臺均速轉(zhuǎn)動時，與電機連接的軸的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩完全用來克服粘滯阻尼力、流體阻力以及負載阻力等的消耗。若只計工作臺導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)C，根據(jù)工作臺與絲杠之間的功平衡關(guān)系折算出粘性阻尼系數(shù)。

63、</p><p>　　式中：-工作臺導(dǎo)軌折算到電機軸上的粘性阻尼系數(shù)。</p><p>　　代入得：=9.128Nm/(rad/s)</p><p><b>　　軸向剛度折算</b></p><p>　　絲杠與工作臺之間的軸向彈性變形使與電機連接的軸產(chǎn)生一個附加扭轉(zhuǎn)角，折算到電機軸的總扭轉(zhuǎn)剛度為：</p>

64、<p>　　式中：-折算到電機軸上的總扭轉(zhuǎn)剛度</p><p>　　-附加扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)；= K</p><p>　　代入公式得：=137.87Nm/rad</p><p><b>　　系統(tǒng)建模</b></p><p>　　根據(jù)以上的參數(shù)折算結(jié)果，建立系統(tǒng)動力平衡方程和推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。</p><

65、;p>　　若輸入量為電機軸的輸入轉(zhuǎn)角；輸出量為工作臺的線位移。把折算成電機軸的輸出角位移。</p><p>　　在電機軸上根據(jù)動力平衡原理有：</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　動力平衡關(guān)系可以寫成：</p><p><b>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：</b></

66、p><p>　　綜上所求，代入公式得：=</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　“機電一體化是”微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機械技術(shù)滲透的過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新興的綜合性技術(shù)學(xué)科。目前機電一體化技術(shù)得到了普遍的重視和廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用機電一體化技術(shù)而生產(chǎn)出來的機電一體化產(chǎn)品，已遍及人們?nèi)粘Ｉ詈蛧窠?jīng)濟的各個領(lǐng)域。</

67、p><p>　　機電一體化的課程設(shè)計是在我們機電學(xué)院大學(xué)各專業(yè)課后的又一實踐環(huán)節(jié)。要求我們通過設(shè)計能獲得綜合運用過去所學(xué)過的全部課程進行機械機構(gòu)的分析設(shè)計能力，另外，也是以后畢業(yè)設(shè)計前一次大練兵。</p><p>　　本次課程設(shè)計主要是鍛煉我們搜索資料和使用資料的能力，同時考驗我們對我們所學(xué)知識的綜合運用能力。經(jīng)過分析設(shè)計，讓我們對機械設(shè)計和微型控制等理論知識有了進一步的了解和加強，學(xué)會應(yīng)用單

68、片機進行控制。使我們對單片機有了一個更系統(tǒng)的認識，看到單片機能做出個實物出來并且把我們以前所學(xué)知識應(yīng)用上來，增加了我們對單片機以及外圍電路的興趣。</p><p>　　單片機編程是用匯編語言進行編程，通過自己思考、向老師請教、與同學(xué)共同探討以及查閱資料對編程有了一定的了解。這培養(yǎng)了我的獨立思考和分析問題、解決問題的能力，同時也培養(yǎng)我們的團隊協(xié)作精神和資源優(yōu)化能力。雖然課設(shè)有點累，但我覺得累有所值。我們無論在學(xué)習(xí)還

69、是工作中都要用一種嚴謹客觀的態(tài)度去對待問題解決問題，絕不能逃避問題。</p><p>　　感謝羅智中老師在課設(shè)過程中的悉心指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 朱喜林主編.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，2004</p><p>　　[2] 張君安主編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

70、.北京：兵器工業(yè)出版社，1997.8</p><p>　　[3] 濮良貴主編.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[4] 申永勝主編.機械原理教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.12</p><p>　　[5] 張建民主編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京理工大學(xué)出版社，1996</p><p>　　[6] 劉武發(fā)主

71、編.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2007.5</p><p>　　[7] 張毅坤主編.單片微型計算機原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.8</p><p>　　[8] 姜培剛主編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2003.9</p><p>　　[9] 洪家娣主編 機械設(shè)計指導(dǎo) 江西：江西高校出版社，2001</p&