X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀設(shè)計(jì) 學(xué) 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 學(xué) 部 機(jī)電工程學(xué)部 答辯日期 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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。 031單片機(jī) ,及 2764,6264 存儲(chǔ)器及 8155 芯片等硬件組成 ,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定的程序以實(shí)現(xiàn)一定的加工功能。其基本思想是 :通過圓弧或者直線插補(bǔ)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行幾何加工 ,每進(jìn)行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn) ,同時(shí)通過 8155(1)將 相應(yīng)的加工進(jìn)刀信息送至刀架庫(kù)中以實(shí)現(xiàn)以之相應(yīng)的走刀 ,電機(jī)和刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所以實(shí)現(xiàn)了刀具對(duì)工件的加工。該控制系統(tǒng)采用軟件中斷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及子程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條件明確在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控中應(yīng)用較多。中斷結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)便于修改和擴(kuò)充，編制較為方便，便于向多處理方向發(fā)展。 進(jìn)電機(jī)是一個(gè)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)移成角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器裝置。其工作原理是：每給一個(gè)脈沖便在定子電路中產(chǎn)生一定的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；由于步進(jìn)電機(jī)通的是三相交流電所以輸入的脈沖數(shù)目及時(shí)間間隔不同 ，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)快慢及旋轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短也是不同的。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)放入其中的通電導(dǎo)體既轉(zhuǎn)子切割磁力線時(shí)具有力的作用，從實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)迫使轉(zhuǎn)子作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)子才可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)絲杠作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。本題目是步進(jìn)電機(jī)，微型計(jì)算機(jī)，插補(bǔ)原理，匯編語言的綜合應(yīng)用，本題目設(shè)計(jì)得到了老師的幫助和支持，最后由 此表示感謝。本題目由方世龍完成，共分六章，第一章主要設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)第二章主要設(shè)計(jì)了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第三章主要設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；第四章主要設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；第五章主要是本設(shè)計(jì)的附錄。因本人水 平有限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，處理問題也有不妥之處，敬請(qǐng)相關(guān)老師批評(píng)指正。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)電系統(tǒng) ； 微型計(jì)算機(jī) ； 6264存儲(chǔ)器買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 C Y is a is of a is It of o of to of C is of 031, 2764,6264 155 In of on of in to a or to of of a 155 (1) to of to in to go to to of so of is in in C of a a to of to Y by as a is a be of to a in a in of is of of of re As a of to a is of of is 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 of I of II of of V of is of I of of to C 6264 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) . I 摘 要 . I . 2 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 1 第 1章 緒 論 . 1 坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)課題研究意義 . 1 坐標(biāo)系數(shù)控工作臺(tái)課題研究主要內(nèi)容 . 1 坐標(biāo)系系統(tǒng)的組成 . 1 第 2章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 1 作臺(tái)外形尺寸及重量估算 . 1 第 3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 11 . 11 動(dòng)系統(tǒng) . 13 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理 . 14 源轉(zhuǎn)換 . 15 章小節(jié) . 17 第 4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 18 體方案 . 18 流程圖 . 18 斷服務(wù)流程圖 . 19 斷服務(wù)流程圖 . 20 軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)程序流程圖 . 24 制圖弧程序流程圖 . 25 進(jìn)電機(jī)步進(jìn)一步程序流程圖 . 30 結(jié) 論 . 32 參考文獻(xiàn) . 33 致 謝 . 34 附 錄 . 34 工作臺(tái)圖紙 錄 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 章 緒 論 坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)課題研究意義 控工作臺(tái)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(jiǎn)單 降低成本 ,是微機(jī)控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用 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 . 坐標(biāo)系數(shù)控工作臺(tái)課題研究主要內(nèi)容 控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用 8031 單片機(jī) ,及 2764,6264 存儲(chǔ)器及 8155芯片等硬件組成 ,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定的程序以實(shí)現(xiàn)一定的加工功能 通過圓弧或者直線插補(bǔ)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行幾何加工 ,每進(jìn)行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn) ,同時(shí)通過 8155(1)將相應(yīng)的加工進(jìn)刀信息送至刀架庫(kù)中以實(shí)現(xiàn)以之相應(yīng)的走刀 ,電機(jī)和刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所以實(shí) 現(xiàn)了刀具對(duì)工件的加工。 坐標(biāo)系系統(tǒng)的組成 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，多數(shù)采用開環(huán)控制，需要選擇和計(jì)算主要機(jī)械傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠，螺母副和步進(jìn)電機(jī)等，繪制機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖，繪制單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件線路圖。 第 2 章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作臺(tái)外形尺寸及重量估算 拖板）尺寸： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 長(zhǎng) 寬 高 145 160 50 重量：按重量 =體積材料比重估算 321 4 5 1 6 0 5 0 1 0 7 . 8 1 0 9 0 N 拖板）尺寸： 145 160 50 重量：約 90N。 上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量： 2 2 3( 2 2 0 1 4 0 3 8 2 1 5 5 8 ) 7 . 8 1 0 1 0 1 . 1 1 0 1 0 7 ()N 夾具及工件重量：約 150N 。 287N。 動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定 導(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度，精度與精度保持性。目前的 數(shù)控機(jī)床采用導(dǎo)軌形式的主要有：滑動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌三類。 滑動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌主要有：金屬對(duì)金屬，金屬對(duì)塑料，后者較為常用。后者的化學(xué)穩(wěn)定性好，摩擦系數(shù)抵，靜摩擦系數(shù)小，耐磨損，耐腐蝕，吸振性好，比重小，強(qiáng)度大，加工成型簡(jiǎn)單，能在任何液體或者無潤(rùn)滑條件下工作。其缺點(diǎn)是：耐熱性差，導(dǎo)熱率低，須注意散熱，剛性也比較差，吸濕性大易影響尺寸的穩(wěn)定，應(yīng)選用在水或者油中尺寸穩(wěn)定且能耐酸和弱堿的塑料。 滾動(dòng)導(dǎo)軌 1滾動(dòng)導(dǎo)軌的技術(shù)要求 兩導(dǎo)軌面見的不平行度不小于 3 m 導(dǎo)軌平面度不小于 5 m 滾動(dòng)體的直徑差 一般機(jī)床全部滾動(dòng)體為 2 m。每組滾動(dòng)體為 1 m；精密機(jī)床全部滾動(dòng)體為 1 m，每組滾動(dòng)體為 0， 5 m。 滾柱的錐度： 0， 5m。 表面粗糙度：普通機(jī)床，磨削不抵于 0， 40（ m），精密機(jī)床磨削不抵于 0， 20買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 （ m） 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式按滾動(dòng)體種類分，可有以下幾種； 滾珠導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低。導(dǎo)軌面上容易出現(xiàn)凹坑，但對(duì)加工精度影響不大，其材料一般為淬火鋼。 滾柱導(dǎo)軌。它的承載能力比上述的大，適合載荷較大的機(jī)床，但滾柱導(dǎo)軌對(duì)安裝的偏斜較為靈敏，易引起側(cè)移和側(cè)向滑動(dòng)從而使導(dǎo)軌磨損加快或者降低精度。 滾針導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的特點(diǎn)是尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。合適導(dǎo)軌受限的機(jī)床。 動(dòng)導(dǎo)軌的支承 在數(shù)控機(jī)床上使用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有兩種形式；滾動(dòng)滑塊式滾柱導(dǎo)軌和組裝式直線滾針導(dǎo)軌。 靜壓導(dǎo)軌 這樣導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：工作表面完全處于純液體摩擦狀態(tài)下，所以其摩擦系數(shù)極低，能使驅(qū)動(dòng)功率降低；導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)不受負(fù)載和速度的限制，且低速時(shí)運(yùn)動(dòng)均勻，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。使用的壽命小。抗振性好；承載能力大；摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌的溫升小。它的結(jié)構(gòu)形式有開式和閉式兩種。 、導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌 、導(dǎo)軌長(zhǎng)度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 上導(dǎo)軌 （ 取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 100 動(dòng)導(dǎo)軌行程 55l 支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 155BL l l 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 下導(dǎo)軌（ 50l 100 150L 選擇導(dǎo)軌 的型號(hào)： 、直線滾動(dòng)軸承的選型 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 上導(dǎo)軌 2 4 0 ( ) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 下導(dǎo)軌 2 8 7 ( ) 由于本系統(tǒng)負(fù)載相對(duì)較小，查表后得出 直線滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷為 370N，大于實(shí)際動(dòng)負(fù)載；但考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素最后選擇 采用雙排兩列 4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法 當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置或時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹（有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形），影響導(dǎo)軌的精度。 珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。 、最大動(dòng)負(fù)載 Q 的計(jì)算 3 f f P 查表得系數(shù) 1f ， 1 ，壽命值 66010 查表得使用壽命時(shí)間 T=15000h，初選絲杠螺距 t=4絲杠轉(zhuǎn)速 m a 0 0 0 1 2 5 0 ( / m i n )4 所以 66 0 2 5 0 1 5 0 0 0 22510L 1 4f G 當(dāng) ()f 當(dāng) 當(dāng) 量 摩 擦 系 數(shù) 1 . 4 1 4 0 . 0 1 2 4 0 3 . 3 9 ( )N 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 . 4 1 41 . 4 1 4 0 . 0 1 2 8 7 4 . 0 6 ( )f 當(dāng)所以最大動(dòng)負(fù)荷 3 2 2 5 1 1 3 . 3 9 2 0 . 6 ( ) 3 2 2 5 1 1 4 . 0 6 2 4 . 7 ( )y 查 表 ， 取 滾 珠 絲 杠 公 稱 直 徑 0 10d ，選用滾珠絲杠 螺 母 副 的型號(hào)為 額定動(dòng)載荷為 390N，足夠用。 、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算 表 2滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號(hào) 計(jì)算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 0距 t 4 接觸角 45 鋼球直徑 螺紋滾道法面半徑 R 0 . 5 2 1 . 0 4偏心距 e / 2 s i n 0 . 0 3 d 螺紋升角 0a r c 7 . 2 6d 螺桿 螺桿外徑 d 0 0 . 2 0 . 2 5 9 . 5qd d d 螺桿內(nèi)徑 2 7 . 9 8ld d e R 螺桿接觸直徑 c o s 8 . 5 9d d 螺母 螺母螺紋外徑 D 0 2 2 1 2 . 0 2D d e R 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 0 . 2 0 . 2 5 5 1 0 . 5qD d d 見表 2 、傳動(dòng)效率計(jì)算 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 . 2 6 0 . 9 7 3( ) ( 7 . 2 6 0 . 2 )t g t gt g t g 式中： 摩擦角； 絲杠螺紋升角。 、剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 L 的變化量 01 F 應(yīng)用 ) 0 )L 622 0 . 6 1 0 ( / )E N c m 材 料 為 鋼 2220 . 7 9 83 . 1 4 0 . 52F R c m 所以 61 62 4 . 7 0 . 5 1 . 2 1 0 ( )2 0 . 6 1 0 0 . 5L c m 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量 2L 很小，可以忽略。 所以導(dǎo)程總誤差 601 0 0 1 0 01 . 2 1 0 3 /0 . 4L m 查表知 5m ，故剛度足夠。 、穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。 進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或?yàn)殡A躍電動(dòng)機(jī)，目前，隨著電子技術(shù)，控制技術(shù)以及電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)的電機(jī)分類的間界面越來越模糊；步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)定義為：根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角落，若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定的狀態(tài)而靜止；廣義的定義為，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種受電脈沖信號(hào)控制的無刷式直流電動(dòng)機(jī)，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的電動(dòng)機(jī)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)理是基于最基本的電磁鐵作用，其原始模型起源于 1830 年至1860 年間。在 20 世紀(jì) 60 年代后期，隨著永磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，半導(dǎo)體的發(fā)展使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始于 21 世紀(jì) 50 年代后期，其發(fā)展過程大致經(jīng)歷了四個(gè)階 段：第一階段從 50 年代后期到 60 年代后期主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)開發(fā)并使用少量的步進(jìn)電機(jī)，以多段結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主；第二階段， 70 年代初期反映在步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究發(fā)展到了一個(gè)水平；第三階段， 70年代中期至 80年代后期新產(chǎn)品種高性能電動(dòng)機(jī)層出不窮，各種混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)有三大部分組成：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其特點(diǎn)如下： 1） 用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。 2） 位移與輸入脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積 累，可以組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3） 無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。 4） 抑郁啟動(dòng)正反轉(zhuǎn)和變速停止，影響性好。 5）平滑性好，步距角選擇范圍大，停止時(shí)可有自鎖能力 、步進(jìn)電機(jī)的步距角 b 取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 0 . 0 1 /p m m s te p ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 。 、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)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)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系 T 式中： 電機(jī)轉(zhuǎn)角； s 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動(dòng)效率。 若取 b，則，且 G，所以 36 ()2pS c m 式中： 移動(dòng)部件負(fù)載（ N）； G 移動(dòng)部件重量（ N）； 與重量方向一買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（ N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；b 步進(jìn)電機(jī)步距角，（ T 電機(jī)軸負(fù)載力矩（ 本例中，取 （淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， ， 4 N ?？紤]到重力影響， Y 向電機(jī)負(fù)載較大，因此取 287 N ，所以 3 6 0 . 0 1 2 4 . 7 0 . 0 3 2 8 7 1 . 3 3 ( )2 1 . 5 0 . 9 6T N c m 若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩 0 0 T 取安全系數(shù)為 1 . 3 3 4 . 4 20 . 3 c m對(duì)于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī) m a x 5 . 10 . 8 6 6 N 、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 1 6 6 7 ( )6 0 6 0 0 . 0 1 z 查表選用兩個(gè) 45步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表 2 表 2 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型 號(hào) 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 外形尺寸 ()重量 ()N 步距角最 大靜轉(zhuǎn)距 ) 相數(shù) 電壓 ()V 電流 ()A 外徑 長(zhǎng)度 軸徑 45 1 5 000 3 27 5 58 4 11 確定齒輪傳動(dòng)比 因步進(jìn)電機(jī)步距角 ，滾珠絲杠螺距 4t ，要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 0 . 0 1 /p m m s te p ，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比 12360 0 . 0 1 3 6 0 0 . 61 . 5 4 選 1 17Z ， 2 28Z 定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 因傳遞的扭距較小，取模數(shù) 1m ，齒輪有關(guān)尺寸見表 3 進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 表 2 齒輪尺寸 Z 17 28 d mZ 2ad d m m m 2 1 . 2 5fd d m m m 36b m m m 122m m 17 19 28 30 據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得 2210 1 2 32180 J J J 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 式中： 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（ 2kg ； 0J 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kg ； 1 J 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kg ； 2 J 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kg ； 3 J 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kg ； M 移動(dòng) 部件質(zhì)量（ 。 對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算 3 4 20 . 7 8 1 0J D L k g c m 式中： D 圓柱零件直徑（ L 零件長(zhǎng)度（ 所以 3 4 3 21 0 . 7 8 1 0 1 . 7 0 . 5 3 . 2 6 1 0J k g c m 3 4 3 22 0 . 7 8 1 0 2 . 8 0 . 5 2 3 . 9 1 0J k g c m 3 4 3 23 0 . 7 8 1 0 1 5 3 . 9 1 0J k g c m 電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則 233173 . 2 6 1 0 2 3 . 9 3 . 9 1 028 2520 . 0 0 12 5 0 . 4 1 03 . 1 4 1 . 5180k g m 因?yàn)?1 0 . 4 0 . 3 1 9 14 1 . 2 7 4 ，所以慣性匹配比較符合要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第 3 章 控制系統(tǒng)硬 件設(shè)計(jì) 選擇 隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用 片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的 8位單片機(jī) 89格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。 在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用 16 位單片機(jī)， 頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價(jià)比。 從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用較老的 8051 單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格 ，而選用高性能的 16 位 產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有 中在 司的 程序開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時(shí)掉電也不影響信息的保存；它和 80且采用靜態(tài)時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能。 因此硬件 司的產(chǎn)品， 9表示內(nèi)含 性能參數(shù)為： 儲(chǔ)器容量為 416 位定時(shí)器 2 個(gè)、中斷源 6個(gè)（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷 0、外部中斷 1、定時(shí)器 0和定時(shí)器 1中斷）、28B、 14位的計(jì)數(shù)器 I/2 個(gè)。 口設(shè)計(jì) 動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示：買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 3部接口示意圖 （ 1）將 行程開關(guān)的狀態(tài)讀入 過中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級(jí)別最高。 （ 2）通過程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)和電磁鐵的運(yùn)行。 （ 3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到現(xiàn)人機(jī)交互作用。 由于 有 和 是準(zhǔn)雙向口，但 主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進(jìn)行 I/慮到電路的簡(jiǎn)便性和可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的 8155，所以 ： （ 1） 制 個(gè)方向步進(jìn)電機(jī)的 A、 B、 C 線圈通電，形成 （ 2） （ 3） 個(gè)中斷源中 先級(jí)最高，它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷； 位、圓弧插補(bǔ)開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。 （ 4） 。 （ 5） 定 8155的 的地址。 （行程開關(guān)） 前向通道 傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) （電磁鐵） （步進(jìn)電機(jī)） 人機(jī)界面 傳感 器 鍵盤、 后向通道 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 3 制系統(tǒng)圖 個(gè)狀態(tài)： X+禁止、 Y+禁止、 動(dòng)X+運(yùn)行、手動(dòng) 動(dòng) Y+運(yùn)行、手動(dòng) 的 4個(gè)行程開關(guān)的狀態(tài)。 位反映了觸發(fā)中斷 2的手動(dòng) X+運(yùn)行、手動(dòng) 動(dòng) Y+運(yùn)行、手動(dòng)位（ 圓弧插補(bǔ) 6個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。 動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿足快速急停、定位和退刀時(shí)能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力 （如切削力、摩擦力）并以指令的速度運(yùn)行。在定位和退刀時(shí)電磁鐵吸合使繪筆抬起，繪圖時(shí)能及時(shí)釋放磁力使筆尖壓下。 動(dòng) 1 X 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 2 Y 步進(jìn)電機(jī) 動(dòng) 3 部中斷 1 部中斷 2 E O/M 盤 電磁鐵 8155 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理 步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù) 功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在 圖 3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 該電路中的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng) 電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管 在功放管截止是，使儲(chǔ)存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組 制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。 由于步進(jìn)電機(jī)采用的是三相六拍的工作方式（三個(gè)線圈 A、 B、 C），其正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋?反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋?買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 磁鐵驅(qū)動(dòng)電路 該驅(qū)動(dòng)電路 也采用了光電偶合器，但其功放電路相對(duì)簡(jiǎn)單。其光電偶合部分采用的是達(dá)林頓管，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電磁鐵的電流比較大。 源轉(zhuǎn)換 兩電機(jī)同時(shí)工作再加上控制系統(tǒng)用電，所需電源容量比較大，需要選擇大容量電源。此系統(tǒng)中用到的電源電壓為 27V、 12V、 5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標(biāo)準(zhǔn)的 27過芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到所需的 12 步進(jìn)時(shí)鐘 A 相波形 B 相波形 C 相波形 圖 3 三相六拍工作方式時(shí)相電壓波形（正轉(zhuǎn)） 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 3電源轉(zhuǎn)換電路圖 電路中在轉(zhuǎn)換芯片的前后有兩個(gè)電容，前面電容起防止自激作用，后面電容起濾波作用。此外，在具體應(yīng)用的 過程中， 傳感器和人機(jī)界面 由于步進(jìn)電機(jī)不需要反饋電路，但是要注意工作臺(tái)不能超過最大行程。因此，必須在 X、 里行程開關(guān)作用有兩個(gè)：（ 1）防止工作臺(tái)超過最大行程，使電機(jī)損壞（ 2）可以用與定位。所以這 4個(gè)行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。 人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡(jiǎn)便，界面簡(jiǎn)潔明了。此系統(tǒng)中共有 9個(gè) 軸負(fù)方向禁止通行， 亮表示軸負(fù)方向禁止通行， 軸正方向禁止通行， 軸負(fù)方向通行， 軸正方向通行， 軸負(fù)方向通行， 亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 界面上的 7 個(gè)按扭意義為：按扭