符朋機(jī)電一體化畢業(yè)論文.pdfVIP

周周 口口 職職 業(yè)業(yè) 技技 術(shù)術(shù) 學(xué)學(xué) 院院 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 20092009 級(jí)級(jí)機(jī)電工程機(jī)電工程系系 機(jī)電一體化（機(jī)電一體化（6 6）班班 論文題目：論文題目：數(shù)控車床系統(tǒng)數(shù)控車床系統(tǒng) XYXY 工作臺(tái)與控制系統(tǒng)設(shè)工作臺(tái)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓姓名：名：符朋符朋學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：田偉華田偉華職稱：職稱：講師講師 I 摘摘要要 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)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。 關(guān)鍵字：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) II Abstract Now the world electronic 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 integration 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 integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generations CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization,thesystematizationaswellasthefeatherweight,the microminiaturized direction develops. keykeywords:words:Integration of machinery； foundation basic component elements ；characteristic； trend of development. III 目目錄錄 第一章第一章前言前言 4 1.1發(fā)展現(xiàn)狀5 1.2我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)6 1.3對(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6 第二章第二章課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容5 第一節(jié)課程設(shè)計(jì)的題目5 第二節(jié)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容6 第三章第三章數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定7 第四章第四章機(jī)械部分設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)8 第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量8 第二節(jié)工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算8 第三節(jié)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇9 第四節(jié)滾珠絲杠計(jì)算、選擇10 第五節(jié)齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)12 第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算13 第七節(jié)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇14 第五章第五章機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)16 第一節(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容16 第二節(jié)設(shè)計(jì)步驟16 第三節(jié)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)19 第六章第六章系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)20 第七章第七章結(jié)論結(jié)論27 第八章第八章致謝致謝27 IV 第九章第九章參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)28 1 第一章第一章前言前言 1.11.1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 在我國(guó)對(duì)外開(kāi)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)能力以日益迫切。 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(lái)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(lái)看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面: (1) 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 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(lái)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(lái) ,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10m 提高到 5m ,精密級(jí)加工中心則從 35m ,提 高到 11.5m 并且超精密加工 精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)0.1m 。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。 (2) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 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(guò)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。 (3) 、智能化、開(kāi)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) 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(guò)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 ,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(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái) 2 之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)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)。 1.21.2我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 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(kāi)放和國(guó)家的重視 ,以及研究開(kāi)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(kāi) 發(fā)以及在產(chǎn)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(guò) 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ,總體來(lái)看取得的成績(jī)還是不小。 1.31.3 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考對(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 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(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。首先從社會(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃?業(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。 2 發(fā)展策略 從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(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(kāi)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) 3 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(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒(méi)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(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。 4 第二章第二章課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2.12.1 課程設(shè)計(jì)題目課程設(shè)計(jì)題目 已知條件：?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)。定位精度：0.01mm，滾珠 絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺(tái)的有效行程為L(zhǎng)X =400mm400 Y Lmm 快速進(jìn)給速度 max 2000/min x vmm max 2000/min y vmm和工作載荷2000 Z FN 2.22.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2.2.1數(shù)控裝置總體方案的確定數(shù)控裝置總體方案的確定 (1).數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定； (2).方案的分析，比較，論證。 22.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)機(jī)械部分的設(shè)計(jì) (1).確定脈沖當(dāng)量； (2).機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算； (3).傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用； (4).確定伺服電機(jī)； (5).繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖； (6).系統(tǒng)等效慣量計(jì)算； (7).系統(tǒng)精度分析。 2.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (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)； (2).I/O 接口電路及伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用； (3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 2.2.42.2.4 編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (1).說(shuō)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(shuō)明，選用元器件參數(shù) 的說(shuō)明，軟件設(shè)計(jì)及其說(shuō)明； (2).說(shuō)明書不少于 84 字，盡量用計(jì)算機(jī)完成。 2.2.52.2.5 圖紙圖紙 (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； 5 第三章第三章數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 數(shù)控系統(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。 3.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 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。 3.2 伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)的選擇 開(kāi)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi) 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(kāi)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。 .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(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 3.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇 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(guò)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。 3.4 XY 工作臺(tái)的傳動(dòng)方式工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 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)。 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。 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: 圖 3.1系統(tǒng)總體框圖 計(jì) 算 光電 步 進(jìn) X 向 光電 步 進(jìn) Y 向 6 第四章第四章機(jī)械部分設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 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。 4.14.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量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。 4.24.2 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 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。 取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計(jì)工 作臺(tái)簡(jiǎn)圖如下: X 向拖板(上拖板)尺寸為: 長(zhǎng)*寬*高=420*410*50 重量:按重量=體積*材料比重估算為: x W= 32 420 410 50 107.8 10671.58N Y 向拖板(下拖板)尺寸為:420 400 50 重量 Y W= 32 420 400 50 107.8 10655.2N 上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為 圖 4.1 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 7 23 (900 480 82 800 35 50) 7.8 1010487.97 N 夾具及工件重量:約 155N X-Y 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為: 487.97655.2671.58 1552000WN 4.34.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷 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=1.03.0(一般運(yùn)行狀況)， 3.05.0 （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： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取4.0 sL f , , 0.5() OSLX Y X YZX Y Cf P PFW xZX YZY OXSLX OYSLY P =0.5(F +W )=0.5(2000+671.58)=1335.79N P =0.5(F +W )=0.5(2000+655.2)=1327.6N C=f P =4 1335.79=5343.16N C=f P =4 1327.6=5310.4N 根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌: 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 基本參數(shù)如下: 額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑 座 重 量 導(dǎo) 軌 重 量 導(dǎo)軌長(zhǎng)度 動(dòng)載荷 a C 靜載荷 o C A T B T C T g K/ g KmL (mm) 17500260001981982880.603.1760 滑座個(gè)數(shù)單向行程長(zhǎng)度每分鐘往復(fù)次數(shù) M S ln 40.64 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷17500 a C N 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 a C(kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命 Ln： 額定行程長(zhǎng)度壽命: 8 () HTCa W ff fC SfF TK 2000 4 500 M F M F 1,2,0.81,1, 50 o TWCH R d ffff K 33 1 1 0.81 17500 2500 ()50()142409.58 HTCa W ff fC SfF TKkm 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 3 10 2 S o T Hl n T 3 3 10 2 142409.58 10 49447715000 2 0.6 4 60 S o T Hl n ThTh 導(dǎo)軌的工作壽命足夠. 4.44.4滾珠絲杠計(jì)算、選擇滾珠絲杠計(jì)算、選擇 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn 鋼，HRC5860，導(dǎo)程：l0=5mm （1） 強(qiáng)度計(jì)算 絲杠軸向力：)( ,maxyxzyx WFfKFF(N) 其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f=0.0030005；在車床車削外圓時(shí)：Fx=(0.10.6)Fz， Fy=(0.150.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計(jì)算。 取 f=0.004,400 Z F 則: max max X F0.50.5 20001000 0.60.6 20001200 1.15 10000.004(2000671.58)1045.686 1.15 12000.004(2000655.2)1252.621 Z YZ X Y FN FFN FN FN 壽命值： 6 10 60nT L ，其中絲杠轉(zhuǎn)速 0 max l v n (r/min) max 0 6 15000 2000 400 /min 5 60 400 15000 360 10 Th v nr l L 9 最大動(dòng)載荷：FffLQ WH 3 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為 1.21.5；fH為硬度系數(shù)，HRC58 時(shí)為 1.0。 查表得中等沖擊時(shí)1.2,1 WH ff則: 3 3 360 1.2 1 1045.6867079.58 360 1.2 1 1252.62110686.54 X Y QN QN 根據(jù)使用情況選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。 其基本參數(shù)如下: 其額定動(dòng)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(yù)緊方式采用雙螺 母螺紋預(yù)緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表 名稱計(jì)算公式結(jié)果 公稱直徑 0 d 20mm 螺距tmm 10 接觸角 0 45 鋼球直徑 b d 3.175mm 螺紋滾道法向半徑R0.52 b Rd 1.651mm 偏心距e(2)sin b eRd 0.04489mm 螺紋升角 0 t arctg d 0 4 33 螺桿外徑d 0 (0.2 0.25) b ddd 19.365mm 螺桿內(nèi)徑 1 d 10 22ddeR16.788mm 螺桿接觸直徑 2 d 20 cos b ddd17.755mm 螺母螺紋外徑D 0 22DdeR 23.212mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1 D 10 (0.2 0.255) b Ddd 20.7mm （2） 傳動(dòng)效率計(jì)算 絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： )( tg tg 式中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。 0 0 4 33 () (4 3310 ) 0.96 gg g g tt t t （3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。 （4） 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： ES Fl l 0 1 (cm) Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數(shù)計(jì)算 6 0 62 222 1.651 2 6 1251.82 0.5 1 20.6 102.14 1252.621 0.5 20.6 10 (/) 3.14()2.14 6.12 10 Y FN lcm EN CM SRCM LCM 11 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差為 0 64 100100 10.5 6.12 1012.24 1012.24 l Lum E 級(jí)精度 絲杠允許的螺距誤差=15m/m。 4.54.5齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì) 因步進(jìn)電機(jī)步距角1.5o b 滾珠絲杠螺距 t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量0.01/ p mm step,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： 0 360 l i p ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：= 1.5/step。 1 2 360 360 0.01 0.48 1.5 5 p o Z Z i l i 取小齒輪齒數(shù) 1 24Z 則大齒輪齒數(shù) 2 50Z 因傳遞的扭距較小,取模數(shù) m=1mm 則: 分度圓直徑: 11 1 2424dmzmm 22 1 5050dmzmm 齒頂圓直徑: 11 (2)(242) 126 a dzmmm 22 (2)(502) 152 a dzmmm 齒根圓直徑: 11 (2.5)(242.5) 121.5 f dzmmm 21 (2.5)(502.5) 147.5 f dzmmm 齒寬: 1 1 2424 d bdmm 取 1 25b 2 30b 中心距: 12 0.5()0.5(2450)37addmm 分度圓壓力角: 0 20 大小齒輪均采用漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪 小齒輪采用兩片薄齒輪錯(cuò)齒排列以消除間隙. 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下: 12 1、2-薄齒輪, 3彈簧, 4、8凸耳, 5調(diào)節(jié)螺釘, 6、7螺母 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖 4.64.6步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有： （1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 22 1 0123 2 () ()() 180 p q b z JJJJJM z 式中： q J為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載； 0 J為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 1 J為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量； 2 J為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 3 J為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為移動(dòng)部件的質(zhì)量。 對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算： 34 0.78 10JDL 式中D為圓柱零件直徑，L為圓柱零件的長(zhǎng)度。 所以有： 3422 1 3422 2 3422 3 0.78 102.42.56.47 10. 0.78 105.03.0146.25 10. 0.78 102.03037.44 10. Jkg cm Jkg cm Jkg cm 13 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有： 22222 240.01 6.47 10() (146.2537.44) 10200()0.7793. 3.14 50 1.5 180 d Jkg cm 4.74.7 步進(jìn)電機(jī)的選用步進(jìn)電機(jī)的選用 (）步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為，負(fù)載力為，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與 負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系： TPs 式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動(dòng)的效率。若取 b ，則 p ，且() sz PPGP。所以： 36() 2 psz b PGP T 式中： s P為移動(dòng)部件負(fù)載（N） ，G 為移動(dòng)部件質(zhì)量（N） ， z P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)， b 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） 。 取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)） ，.8， s P= H P =279.23。考慮到重 力影響，向電機(jī)負(fù)載較大，因此1200，所以有： 36 0.011251.82 0.03 (2000 1800) 2 3.14 1.5 0.8 65.25 .Tncm 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： 0.3 0.5 Q T T 取系數(shù)為.，則： 65.25 163.12. 0.4 q Tn cm 14 對(duì)于工作方式為三相拍的步進(jìn)電機(jī)： max 163.12 0.8660.866 188.36 . q T j Tncm (） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 max max 1000 1667 6060 0.01 p v f 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 max f,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). 電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下: 型號(hào) 主要技術(shù)參數(shù) 相數(shù) 步距 角 電壓 (V) 相電 流 (A) 最 大 靜 轉(zhuǎn)矩 max j T (n.m) 空載啟 動(dòng)頻率 空載 運(yùn)行 頻率 分配方式 90BF00140.98073.92200080004 相 8 拍 外形尺寸(mm) 重量 kg 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Kg.m外直徑長(zhǎng)度軸直徑 9014594.51764 15 第五章第五章數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 5.15.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 .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； .選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類型； .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； .根據(jù)控制對(duì)象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)擴(kuò)展接口電路，檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換電路以 及驅(qū)動(dòng)電路等； .選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號(hào)； .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)； .說(shuō)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(shuō)明和方案論證。 5.25.2設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟 5.2.1.5.2.1.確定硬件電路的總體方案。確定硬件電路的總體方案。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成： 1主控制器。即中央處理單元 CPU 2總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。 3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。 4接口。即 I/O 輸入輸出接口。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示： 16 圖圖 5.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖 5.2.25.2.2 主控制器的選擇主控制器的選擇 系列單片機(jī)是集中，端口及部分等為一體的功能性 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(kāi)發(fā)手 段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用芯片作為 主控芯片。 5.2.3. 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) (）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用芯片。其型號(hào)有： 2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要 考慮與時(shí)序的匹配。所能讀取的時(shí)間必須大于所要 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 中央處理單 元 CPU 存儲(chǔ)器RAM ROM 輸入/輸出 I/O 接口 信號(hào)變換 控制對(duì)象 外設(shè)： 鍵盤， 顯示器， 打印機(jī)， 磁盤機(jī)，通訊接口等 17 芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。 單片機(jī)規(guī)定0 口提供為位地址線，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，為了把地址信息分離出來(lái)保存，以便為外接存儲(chǔ)器提高低位的地 址信息，一般采用芯片作為地址鎖存器，并由發(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。 由以上分析，采用EPROM芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示： 圖 5.2 擴(kuò)展 2764 電路框圖 (）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于內(nèi)部只有字節(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： P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 PSEN EA CE A12 A8 2764 A7 A0 OE D7 D0 譯碼電路 G 74LS372 18 圖 5.3 擴(kuò)展 6264 電路框圖 (）譯碼電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過(guò)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?線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)值較大，地址空間沒(méi)有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對(duì)于和 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。 （4）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 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。 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， （5）擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) (a).通用可編程接口芯片 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 EA WR RD 1CE A12 A8 A7 6264 A0 D7 D0 WE OE OE 譯碼電路 G 74LS372 19 單片機(jī)共有個(gè)位并行接口，但供用戶使用的只有1 口及部分3 口線。因此要進(jìn)行口的擴(kuò)展。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。 (b).鍵盤，顯示器接口電路 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，即用口線組成行，列結(jié) 構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。 5.2.45.2.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) (1）脈沖分配器 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(lái)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。 （2）光電隔離電路 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 器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。 （3）功率放大器 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。 5.2.55.2.5 其它輔助電路設(shè)計(jì)其它輔助電路設(shè)計(jì) （1）越界報(bào)警電路 為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。利用光電耦合電路，將行 程開(kāi)關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至的口1.0。當(dāng)任何 一個(gè)行程開(kāi)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?？衫密浖O(shè)計(jì)成查詢的方法隨時(shí)檢查有無(wú)越界信號(hào)。也可接成從光敏三極 管的集電極輸出接至的外部中斷引腳（或） ，采用中斷方式。 5.35.3機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)選用系列的作為主控制器。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，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為。 20 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(fù)位以后，CPU 從 0000H 開(kāi)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 。 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 端CE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 8000H80FFH。 8155 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。 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 PB0PB3 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)。 PB 口剩余的 I/O 線 PB4PB7 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) PB4PB7 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)。 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)壓器設(shè) 計(jì)。 21 第六章第六章系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 6.1 系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容 數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來(lái)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： 1、系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(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)。 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)。 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。 4、伺服控制程序。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。 診斷程序。包括移動(dòng)不見(jiàn)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。 6、機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)加工控制程序。 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。 6.2 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 6.2.1 系統(tǒng)控制功能分析系統(tǒng)控制功能分析 數(shù)控 X-Y 工作臺(tái)的控制功能包括： （1） 、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。 （2） 、工作臺(tái)復(fù)位。開(kāi)機(jī)后工作臺(tái)應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，亦可手動(dòng)復(fù)位。 （3） 、輸入和顯示加工程序。 （4） 、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開(kāi)關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開(kāi)關(guān)，鍵盤掃描等功能。 （5） 、工作臺(tái)超程顯示與處理。工作臺(tái)位移超過(guò)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。 （6） 、工作臺(tái)的自動(dòng)控制。 （7） 、工作臺(tái)的手動(dòng)控制。 22 （8） 、工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)控制。 6.2.2 系統(tǒng)管理程序控制系統(tǒng)管理程序控制 管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開(kāi)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：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。 6.2.36.2.3 自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì) （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； （2）計(jì)算機(jī)在加工過(guò)程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工； 6.2.4 步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計(jì) 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(guò)程。 通過(guò)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。 （1）時(shí)間常數(shù)的確定 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： 3 6 10 10 e e T T t 式中： T 為脈沖時(shí)間間隔 （ms） ；e t 為單片機(jī)機(jī)器周期 （s） ， 在時(shí)鐘為 6MHz 時(shí)，e t =2s。 （2）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 設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。 要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足： mgI TTT 式中： m T 為步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩； g T 為負(fù)載力矩； I T 為慣性力矩。 由步進(jìn)電機(jī) maxj T=3.92N.m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動(dòng)力矩 max 0.866 0.3392 0.866 0.3101.84 Mj TT 則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩 23 101.8496.575.27. Img TTTN cm 步進(jìn)電機(jī)角加速度 2 2 4 5.27 10 676.25(/) 0.7793 10 I d T rad s J 又又 max bb m fddf dtdtt 式中： m t 為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時(shí)間，所以有： max 2 1.5 1667 360 64.5() 676.25 mb f tms 加速脈沖個(gè)數(shù)： 3 max 11 166764.5 1053.76 22 m nft 確定加減脈沖個(gè)數(shù)都為 54 個(gè) 又因?yàn)椋?max 0.50.5() nnn m f nftt t t 所以脈沖時(shí)刻 max 2 mm n t n t f 結(jié)