畢業(yè)設(shè)計(jì)--數(shù)控車床系統(tǒng)xy工作臺(tái)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　內(nèi)容：數(shù)控車床系統(tǒng)XY工</p><p><b>　　作臺(tái)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　院(系)、部： 繼續(xù)教育學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī) 電 一 體 化</p><p>　　班 級(jí)： 09機(jī)電班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時(shí)間： 2011-05-8 </p>

3、;<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(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)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(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)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(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)

4、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。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點(diǎn) 發(fā)展趨勢(shì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Now the world electr

5、onic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integr

6、ation of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The int

7、egration of machinery is the system tech</p><p>　　key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.</p><p><b>　　目 錄</b>&l

8、t;/p><p>　　第一章 前言4</p><p>　　第二章 課程設(shè)計(jì)的目的、意義及要求6</p><p>　　第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的目的、意義6</p><p>　　第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的要求6</p><p>　　第三章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容7</p><p>　　第一節(jié)

9、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容7</p><p>　　第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容7</p><p>　　第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定8</p><p>　　第五章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)9</p><p>　　第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量9</p><p>　　第二節(jié) 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算9</p>

10、;<p>　　第三節(jié) 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇9</p><p>　　第四節(jié) 滾珠絲杠計(jì)算、選擇11</p><p>　　第五節(jié) 齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)13</p><p>　　第六節(jié) 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算14</p><p>　　第七節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇15</p><p>　　

11、第六章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容17</p><p>　　第二節(jié) 設(shè)計(jì)步驟17</p><p>　　第三節(jié) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　第七章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　第八章 結(jié)束語與致謝29</

12、p><p>　　第九章 參考文獻(xiàn)30</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國(guó)數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀</p><p>　　在我國(guó)對(duì)外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性 ,并從

13、戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。</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(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(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)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(duì)傳統(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

14、技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。</p><p>　?。ㄒ唬?shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(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 ,他對(duì)國(guó)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(shì)來看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:</p&g

15、t;<p>　　(1)、 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)</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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。從 EMO2001 展會(huì)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(guó)的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用

16、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(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密級(jí)加工中心則從 3～5μm ,提 高到 1～1.5μm并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) 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(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展

17、</p><p>　　采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)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(dòng)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 軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)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(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)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

18、進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng)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(shì)</p><p>　　21世紀(jì)的數(shù)控裝備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(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化

19、,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)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(tái)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(duì)象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(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)

20、行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)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(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)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(duì)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)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　?。ǘ?duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)</p><p>　　

21、我國(guó)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(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)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(guó)家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國(guó)家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善 ,我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)

22、品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第三階段是在國(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段?？v觀我國(guó)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(jī)還是不小。</p><p>　?。ㄈ?duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考</p><p>　　(1) 、戰(zhàn)略考慮。我國(guó)是制造大國(guó) ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而

23、不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國(guó)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(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)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(guó)就業(yè)的壓力 ,保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國(guó)防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。</p><p>　　(2)、發(fā)展策略。從我國(guó)基本國(guó)情

24、的角度出發(fā) ,以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)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(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)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(chǎng)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(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重

25、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(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品;當(dāng)然 ,沒有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。</p><p>　　第二章 課程設(shè)計(jì)的目的、意義及要求</p><p>　　第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的目的,意義</p><p>　　《

26、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的是：</p><p>　　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(shí)，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；&l

27、t;/p><p>　　通過機(jī)械部分設(shè)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>　　通過測(cè)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>　　通過課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)、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。&

28、lt;/p><p>　　第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的要求：</p><p>　　課程設(shè)計(jì)應(yīng)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，嚴(yán)格地要求自己，不允許相互抄襲；</p><p>　　認(rèn)真閱讀《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，明確題目及具體要求；</p><p>　　認(rèn)真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　大膽創(chuàng)新，確定合理

29、、可行的總體設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　機(jī)械部分和驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算結(jié)果正確，選型合理；</p><p>　　微機(jī)控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；</p><p>　　手工或電腦繪制機(jī)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，布圖合理，內(nèi)容完整表達(dá)清晰； </p><p>　　課程設(shè)計(jì)

30、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(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參考文獻(xiàn)等。設(shè)計(jì)說明書應(yīng)敘述清楚、表達(dá)正確、內(nèi)容完整、技術(shù)術(shù)語符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　第三章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多用XY工作臺(tái)。</p><p>　　已知條件：定位精度：±0.01m

31、m，滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊</p><p>　　工作臺(tái)的有效行程為 快速進(jìn)給速度 和工作載荷</p><p>　　第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　1.數(shù)控裝置總體方案的確定</p><p>　　(1).數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定；</p><p>　　(2).方案的分析，比較

32、，論證。</p><p><b>　　2.機(jī)械部分的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　(1).確定脈沖當(dāng)量；</p><p>　　(2).機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；</p><p>　　(3).傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；</p><p>　　(4).確定伺服電機(jī)；</p

33、><p>　　(5).繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；</p><p>　　(6).系統(tǒng)等效慣量計(jì)算；</p><p>　　(7).系統(tǒng)精度分析。</p><p><b>　　3.數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　(1).微機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)；</p><p>

34、;　　(2).I/O接口電路及伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用；</p><p>　　(3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.編寫課程設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　(1).說明書是課程設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，電氣部分的設(shè)計(jì)說明，選用元器件參數(shù)的說明，軟件設(shè)計(jì)及其說明；</p>

35、<p>　　(2).說明書不少于84字，盡量用計(jì)算機(jī)完成。</p><p><b>　　5.圖紙</b></p><p>　　(1).機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙1張。要求視圖基本完整，符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少要有一個(gè)坐標(biāo)軸的完整剖視圖；</p><p>　　第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　數(shù)控

36、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。</p><p><b>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定</b></p><p>　　該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。</p><p><b>　　伺服系

37、統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　.考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。</p><p>&l

38、t;b>　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)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(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。</p><p>

39、;　　X—Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式</p><p>　　為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。</p><p>　　考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的

40、要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。系統(tǒng)總體框圖如下:</p><p>　　第五章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。</p><p>　　第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　脈沖當(dāng)量δ

41、p是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于定位精度為±0.01mm因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。</p><p>　　第二節(jié) 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算</p><p>　　根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量WX和WY。</p><p>　　取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉?/p>

42、的中心距為400mm,設(shè)計(jì)工作臺(tái)簡(jiǎn)圖如下:</p><p>　　X向拖板(上拖板)尺寸為:</p><p>　　長(zhǎng)*寬*高=420*410*50</p><p>　　重量:按重量=體積*材料比重估算為:</p><p><b>　　= </b></p><p>　　Y向拖板(下拖板)尺寸為: &

43、lt;/p><p><b>　　重量=</b></p><p>　　上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為</p><p>　　夾具及工件重量:約155N</p><p>　　X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:</p><p>　　第三節(jié) 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇</p><p>　　根據(jù)給定的工

44、作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)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(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。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)受中等沖擊,因此取</p><p>　　根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:</p><p>　　

45、選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25</p><p><b>　　基本參數(shù)如下:</b></p><p><b>　　導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N</b></p><p>　　依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：</p><p&g

46、t;<b>　　額定行程長(zhǎng)度壽命:</b></p><p>　　導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: </p><p>　　導(dǎo)軌的工作壽命足夠.</p><p>　　第四節(jié) 滾珠絲杠計(jì)算、選擇</p><p>　　初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm</p><p><b&

47、gt;　　強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p><b>　　絲杠軸向力：(N)</b></p><p>　　其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時(shí)：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計(jì)算。</p><p>　　取f=0.004,則:

48、</p><p>　　壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)</p><p><b>　　最大動(dòng)載荷：</b></p><p>　　式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時(shí)為1.0。</p><p>　　查表得中等沖擊時(shí)則:</p><p>　　根據(jù)使用情況選

49、擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為: CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。</p><p><b>　　其基本參數(shù)如下:</b></p><p>　　其額定動(dòng)載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的幾何

50、參數(shù)的計(jì)算如下表</p><p><b>　　傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p><p>　　絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：</p><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(yàn)算</b></p><p>　　絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需

51、要穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p><b>　　剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)</p><p>　　Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算</p><p>　　絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為</p><p>　　E級(jí)精度

52、絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。</p><p>　　第五節(jié) 齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)</p><p>　　因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量,在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng).</p><p>　　齒輪傳動(dòng)比： ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：α= 1.5?/step。</p><p>　　取小齒輪齒數(shù) 則

53、大齒輪齒數(shù)</p><p>　　因傳遞的扭距較小,取模數(shù)m=1mm則:</p><p>　　分度圓直徑: </p><p><b>　　齒頂圓直徑: </b></p><p><b>　　齒根圓直徑: </b></p><p>　　齒寬: 取 </p&

54、gt;<p><b>　　中心距: </b></p><p><b>　　分度圓壓力角: </b></p><p>　　大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪</p><p>　　小齒輪采用兩片薄齒輪錯(cuò)齒排列以消除間隙.</p><p>　　雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下:</p>

55、<p>　　1、2--薄齒輪, 3—彈簧, 4、8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 6、7—螺母</p><p>　　雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第六節(jié) 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有：</p><p>　?。?）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　

56、折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p>　　為齒輪２的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ｍ為移動(dòng)部件的質(zhì)量。</p><p>　　對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：</p><p>　　式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長(zhǎng)度

57、。</p><p><b>　　所以有：</b></p><p>　　電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：</p><p>　　第七節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　(１）步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的

58、功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：</p><p>　　式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動(dòng)的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：</p><p>　　式中：為移動(dòng)部件負(fù)載（N），G為移動(dòng)部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。</p><p>　　取=0.

59、3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：</p><p>　　考慮到啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　取系數(shù)為０.３，則： </p><p>　　對(duì)于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)：</p><p>　　(２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率&

60、lt;/p><p>　　為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動(dòng)頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個(gè)90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).</p><p><b>　　電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:</b></p><p>　　第六章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容</

61、b></p><p>　?。?按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)框圖；</p><p>　?。?選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類型；</p><p>　?。?根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路；</p><p>　?。?根據(jù)控制對(duì)象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)擴(kuò)展Ｉ／Ｏ接口電路，檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換電路

62、以及驅(qū)動(dòng)電路等；</p><p>　　５.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號(hào)；</p><p>　?。?繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號(hào)，管腳號(hào)及參數(shù)；</p><p>　　７.說明書中對(duì)電氣原理圖以及各有關(guān)電路進(jìn)行詳細(xì)的原理說明和方案論證。</p><p><b>　　第二節(jié) 設(shè)計(jì)步驟</b&

63、gt;</p><p>　?。?確定硬件電路的總體方案。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：</p><p>　　主控制器。即中央處理單元CPU</p><p>　　總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。</p><p>　　存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p>

64、;<p>　　接口。即I/O輸入輸出接口。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：</p><p>　　２.主控制器ＣＰＵ的選擇</p><p>　?。停茫樱担毕盗袉纹瑱C(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資

65、料豐富。本次設(shè)計(jì)選用８０３１芯片作為主控芯片。</p><p>　　３.存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)</p><p>　　(１）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型號(hào)有：</p><p>　　2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32

66、k。在選擇芯片時(shí)要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時(shí)序的匹配。８０３１所能讀取的時(shí)間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時(shí)間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲(chǔ)器容量等因素。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。</p><p>　　單片機(jī)規(guī)定Ｐ0口提供８為位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，

67、為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲(chǔ)器提高低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(hào)ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。</p><p>　　由以上分析，采用２７６４EPROM芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示：</p><p>　　擴(kuò)展2764電路框圖</p><p>　　(２）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展<

68、;/p><p>　　由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本次設(shè)計(jì)選用６２６４芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示：</p><p>　　擴(kuò)展6264電路框圖</p><p><b>　　(３）譯碼電路</b>

69、</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)

70、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(duì)于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址線進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：</p><p>　?。?）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)</p><

71、p>　　8031單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)起程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址。</p><p>　　該設(shè)計(jì)選用程序存儲(chǔ)器2764和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264組成8031單片機(jī)的外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，</p><p>　　單片機(jī)外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如下：</p><p>　?。?）Ｉ／Ｏ擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)</p><p>　　(a).通用可編程接口芯片８１５５&l

72、t;/p><p>　?。福埃常眴纹瑱C(jī)共有４個(gè)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(jìn)行Ｉ／Ｏ口的擴(kuò)展。８１５５與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y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(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算

73、機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。</p><p>　　數(shù)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鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。為了簡(jiǎn)化秒電路，鍵盤的列線及ＬＥＤ顯示器的字位控制共用一個(gè)口，即共用８１５５的PＡ口進(jìn)行控制，鍵盤的行線由８１５５Ｃ口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB

74、口擔(dān)任。</p><p>　　鍵盤顯示器接口電路如下所示：</p><p>　　4．步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(1）脈沖分配器</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)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(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控

75、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(shè)計(jì)采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下：</p><p><b>　?。?）光電隔離電路</b></p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間

76、加上隔離電路實(shí)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(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計(jì)選用功率放大器。</p>&l

77、t;p>　　5．其它輔助電路設(shè)計(jì)</p><p>　?。ǎ保福埃常钡臅r(shí)鐘電路</p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。</p><p>　　內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下圖所示。晶體可以在１.２～１２之間任意選擇，耦合電容在５～３０pF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)

78、，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路</b></p><p><b>　?。ǎ玻?fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)</p><p>　?。保癿s以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀

79、態(tài)復(fù)位，之后ＣＰＵ便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與８０３１復(fù)位要求一致時(shí)，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用６ＭＨz時(shí)，復(fù)位電路中Ｃ取２２Ｆ，Ｒ?。玻埃?，取１０００。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示：</p><p><b>　?。ǎ常┰浇鐖?bào)警電路</b></p><p>　　為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。利用光電耦合電

80、路，將行程開關(guān)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(dāng)任何一個(gè)行程開關(guān)被壓下的時(shí)候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平。８０３１可利用軟件設(shè)計(jì)成查詢的方法隨時(shí)檢查有無越界信號(hào)。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至８０３１的外部中斷引腳（ＩＮＴ０或ＩＮＴ１），采用中斷方式檢查越界信號(hào)。越界報(bào)警電路如下圖所示</p><p>　　第三節(jié) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)&

81、lt;/p><p>　　該系統(tǒng)選用ＭＣＳ－５１系列的８０３１作為主控制器。擴(kuò)展存儲(chǔ)電路為一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為４Ｋ，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為８Ｋ。</p><p>　　２７３２的片選控制端直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端由譯碼器（74LS138）的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為4000～

82、５ＦＦＦＨ。</p><p>　　系統(tǒng)的擴(kuò)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</p><p>　　端接至譯碼器（74LS138）的Y4的輸出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號(hào)分別為8000H及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H—80FFH。</p><p>　　815

83、5的A口為控制工作抬X，Y向電機(jī)的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。</p><p>　　鍵盤與顯示器設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口擔(dān)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口為顯示器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6共24個(gè)行列式鍵盤和6位8段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口和字位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

84、</p><p>　　PB口剩余的I/O線PB4—PB7分別作為工作臺(tái)+X，+Y，-X，-Y四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。在軟件設(shè)計(jì)上8155的PA口，PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測(cè)PB4—PB7的電平，當(dāng)某I/O線為0時(shí)，應(yīng)立即停止X，Y向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓

85、器設(shè)計(jì)。數(shù)控系統(tǒng)總的電氣原理圖以及圖中各元件的參數(shù)和型號(hào)見附（二），附（三）。</p><p>　　第七章 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　(一).系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個(gè)部分：</p><p>　　1、系統(tǒng)管理程序：它

86、是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其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(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。</p><p>　　3、插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。</p><p>　　4、伺服

87、控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。</p><p>　　診斷程序。包括移動(dòng)不見移動(dòng)超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。</p><p>　　6、機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)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(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。</p>

88、<p><b>　　(二).軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.系統(tǒng)控制功能分析</p><p>　　數(shù)控X-Y工作臺(tái)的控制功能包括：</p><p>　?。?）、系統(tǒng)初始化。如對(duì)I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。</p><p>　?。?）、工作臺(tái)復(fù)位。開機(jī)后

89、工作臺(tái)應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，亦可手動(dòng)復(fù)位。</p><p>　?。?）、輸入和顯示加工程序。</p><p>　?。?）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。</p><p>　?。?）、工作臺(tái)超程顯示與處理。工作臺(tái)位移超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，并顯示相應(yīng)的指示字符。</p><p>　?。?）、工作臺(tái)的自動(dòng)

90、控制。</p><p>　?。?）、工作臺(tái)的手動(dòng)控制。</p><p>　?。?）、工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)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(jī)后即進(jìn)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(shè)計(jì)管理程序時(shí)，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺(tái)的基本操作功能有：

91、輸入加工程序，自動(dòng)加工，刀位控制，工作臺(tái)位置控制，手動(dòng)操作，緊急停機(jī)等。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)管理程序流程圖如下所示：</p><p><b>　　開始</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　N Y </p><p><b

92、>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　管理程序流程</b></p><p>　　3.自

93、動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序：工作臺(tái)移動(dòng)到位→刀具快速進(jìn)給→加工→退刀→工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到下一位置；</p><p>　?。?）計(jì)算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；</p><p>　?。?）由以上分析，設(shè)計(jì)自動(dòng)加工程序框圖如下所示：</p><p><b>　　入口</

94、b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　返回</b></p><p>　　4.步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制包括速度，轉(zhuǎn)角及方向的控制。步進(jìn)電機(jī)在

95、突然啟動(dòng)或停止時(shí)，由于負(fù)載和慣性，會(huì)使電機(jī)失步，所以電機(jī)運(yùn)行時(shí)有一個(gè)加，減速過程。</p><p>　　通過確定進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時(shí)間間隔，即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度的控制。</p><p>　?。?）時(shí)間常數(shù)的確定</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，延時(shí)產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔。此間隔由送入定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)由下式計(jì)算：&l

96、t;/p><p>　　式中：T為脈沖時(shí)間間隔（ms）；為單片機(jī)機(jī)器周期（s），在時(shí)鐘為6MHz時(shí)，=2s。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)加，減速進(jìn)給脈沖及脈沖時(shí)間間隔的確定</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。</p><p>　　要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足：</p><p>　　式中：為步進(jìn)電

97、機(jī)啟動(dòng)力矩；為負(fù)載力矩；為慣性力矩。</p><p>　　由步進(jìn)電機(jī)=3.92N.m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動(dòng)力矩</p><p>　　則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)角加速度</b></p><p><b>　　又</b></p><p>　　

98、式中：為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時(shí)間，所以有：</p><p><b>　　加速脈沖個(gè)數(shù)：</b></p><p>　　確定加減脈沖個(gè)數(shù)都為54個(gè)</p><p><b>　　又因?yàn)椋?lt;/b></p><p><b>　　所以脈沖時(shí)刻</b></p><p

99、>　　結(jié)合可以算出對(duì)應(yīng)各脈沖時(shí)刻的計(jì)數(shù)器時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　EPROM存儲(chǔ)器中，時(shí)間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲(chǔ)單元中，每個(gè)時(shí)間常數(shù)占據(jù)兩個(gè)字節(jié)，低位地址存放時(shí)間常數(shù)低8位，高位地址存放時(shí)間常數(shù)高8位。</p><p>　　在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計(jì)數(shù)器N0，N1，N2。以計(jì)數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過程是否結(jié)束的標(biāo)志。步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖如下所示：&l

100、t;/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制子程序：</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序：</p><p><b>　　中斷服務(wù)程序入口</b></p><p

101、><b>　　中斷返回</b></p><p><b>　　5.編語言程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?）內(nèi)存地址分配</b></p><p>　　加速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N0地址設(shè)為20H；</p><p>　　恒速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N1低8位字節(jié)地址為21H，高8位

102、字節(jié)地址位22H；</p><p>　　減速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N2地址位23H。</p><p>　　加速，減速，恒速脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)地址位24H，高位字節(jié)地址位25H；</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給控制子程序FEED首地址位0E80H。每調(diào)用一次該程序，步進(jìn)電機(jī)按規(guī)定方向進(jìn)給一步。</p><p><b>　　（2）程序清單

103、</b></p><p>　　N0 EQU 20H ;加速</p><p>　　N1L EQU 21H ;恒速</p><p>　　N1H EQU 22H </p><p>　　N2 EQU 23H ;減速</p><p>　　NL EQU 24H

104、 ;脈沖總數(shù)寄存器</p><p>　　NH EQU 25H</p><p>　　DS EQU 26H ；地址指針偏移量</p><p>　　FEED EQU 0E80H</p><p>　　ORG 0E00H</p><p>　　0E00 758160 START： M

105、OV P，#60H</p><p>　　0E03 758901 MOV TMOD，#01H ；設(shè)計(jì)數(shù)器工作方式為1，16位定時(shí)器</p><p>　　0E06 75201B MOV N0，#01A4H ；設(shè)N0為320</p><p>　　0E09 75231B M

106、OV N2， #1A4H</p><p>　　0E0C E520 MOV A ， N0 ；計(jì)算2XN0</p><p>　　0E0E 23 RL A</p><p>　　0E0F F8 MOV R0， A</p><p

107、>　　0E10 C3 CLR C ；計(jì)算N1=N-2N0</p><p>　　0E11 E524 MOV A， NL</p><p>　　0E13 98 SUBB A， R0</p><p>　　0E14 F521

108、 MOV N1L， A</p><p>　　0E16 E525 MOV A， NH</p><p>　　0E18 9400 SUBB A，#00H</p><p>　　0E1A F522 MOV N1H，A</p>&l

109、t;p>　　0E1C 901000 MOV DPTR， #1000H ；設(shè)時(shí)間常數(shù)指針初值為1000H</p><p>　　0E1F 752600 MOV DS， #00H ；設(shè)地址偏移量初值為00H</p><p>　　0E22 93 MOVC A, @A+DP

110、TR ；從EPROM中讀時(shí)間常數(shù)</p><p>　　0E23 F58A MOV TL0， A ；送時(shí)間常數(shù)至定時(shí)器0中</p><p>　　0E25 0526 INC DS</p><p>　　0E27 E526 MOV A，DS&

111、lt;/p><p>　　0E2 93 MOVC A，@A+DPTR </p><p>　　0E2A F58C MOV TH0，A</p><p>　　0E2C 0526 INC DS</p><p>　　0E2E D2AF

112、 SETB EA ；開中斷允許</p><p>　　0E30 D2A9 SETB ET0 ；允許定時(shí)器0中斷</p><p>　　0E32 D28C SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器0開始計(jì)算</p><

113、p>　　0E34 20AFFD WAIT：JB EA，WAIT ；中斷允許返回</p><p>　　0E37 22 RET</p><p>　　中斷服務(wù)程序： ORG 000BH</p><p>　　000B 02F00 LJM

114、P 0F00H</p><p>　　0F00 93 MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　0F03 F58A MOV TL0， A</p><p>　　0F05 0526 INC DS</p><p>　　0F07

115、 E526 MOV A，DS</p><p>　　0F09 93 MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　0F0A F58C MOV TH0， A</p><p>　　0F0C 0526 INC DS

116、 ；修改地址偏移量指針</p><p>　　0F0E D180 ACALL FEED ；調(diào)FEED子程序</p><p>　　0F10 E520 MOV A， N0 ；判斷N0是否為0</p><p>　　0F12 B400 CJNE A， #00

117、H， LOOP1</p><p>　　0F15 E52 MOV A， N1H ；判斷N1是否為0 </p><p>　　0F17 B40010 CJNE A，#00H， LOOP2</p><p>　　0F1A E522 MOV A，N1H</p>

118、<p>　　0F1C B4000B CJNE A，#00H，LOOP2</p><p>　　0F1F E523 MOV A，N2 判斷N2是否為0 </p><p>　　0F21 B40014 CJNE A，#00H，LOOP3</p><p>