精品簡(jiǎn)易數(shù)控XY工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)編制：丁宇寧江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二0一一年十月目 錄1課程設(shè)置目的、課程設(shè)計(jì)要求及注意事項(xiàng)1.1課程設(shè)置目的1.2課程設(shè)計(jì)要求1.3課程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)2課程設(shè)計(jì)題目2.1課程設(shè)計(jì)題目2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)容及要求2.3 提交材料3課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求4設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)封面5考核方式6參考資料1 課程設(shè)置目的、課程設(shè)計(jì)要求及注意事項(xiàng)1.1 課程設(shè)置目的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是大學(xué)生在完成機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等專業(yè)課學(xué)習(xí)后,進(jìn)行綜合性實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，總的目的是在老師的指導(dǎo)下,使學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì),對(duì)所學(xué)課程理論知識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習(xí)和提高,并運(yùn)用所學(xué)理論,通

2、過(guò)調(diào)研,設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)電控制方面的課題,受到從理論到實(shí)踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)理論解決具體問(wèn)題的能力,具體有以下幾點(diǎn)：1）通過(guò)檢索查閱運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)及參考資料，培養(yǎng)起學(xué)生檢索查閱資料、使用資料的方法和能力。 2）通過(guò)回顧查閱課程理論知識(shí)、運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課,專業(yè)技術(shù)課和專業(yè)課知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問(wèn)題正確設(shè)計(jì)總體方案, 分析具體問(wèn)題、進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。課程設(shè)計(jì)將機(jī)電專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)，學(xué)生受到完整的設(shè)計(jì)訓(xùn)練過(guò)程，使學(xué)生掌握機(jī)電工程設(shè)計(jì)的基本方法，提高其分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的整體觀念，并將整個(gè)課程內(nèi)容有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)。通過(guò)擬定的設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)方案到

3、結(jié)合生產(chǎn)和使用條件，獨(dú)立完成精密機(jī)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)，全面考慮設(shè)計(jì)內(nèi)容及過(guò)程，熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，如國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范等，加深對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。1.2課程設(shè)計(jì)要求1、綜合地考慮使用、經(jīng)濟(jì)、工藝等方面的設(shè)計(jì)要求，確定合理設(shè)計(jì)方案；2、通過(guò)分析比較吸取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自己的創(chuàng)造性；3、仔細(xì)計(jì)算和認(rèn)真作圖，力求設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算說(shuō)明書(shū)達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)水平。1.3課程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1、設(shè)計(jì)開(kāi)始之前應(yīng)認(rèn)真研究題目，明確設(shè)計(jì)要求，參閱相關(guān)資料；2、設(shè)計(jì)方案確定后，將確定的結(jié)構(gòu)方案用a4的圖紙繪制成正式的設(shè)計(jì)圖紙；3、按規(guī)定編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，將設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)和圖紙交老師查閱；4、認(rèn)真

4、做好準(zhǔn)備進(jìn)行答辯。2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)的總結(jié)，主要內(nèi)容包括：課程設(shè)計(jì)題目（包括設(shè)計(jì)條件和要求），設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析、機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)力分析及傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算、電氣執(zhí)行元件的選用說(shuō)明及計(jì)算，畫(huà)出程序框圖，寫(xiě)出自編程序，對(duì)機(jī)械和電氣其它部分（如傳感器反饋、測(cè)量等）的說(shuō)明，表格列出必要的計(jì)算式和計(jì)算結(jié)果，繪出主要的曲線對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和討論列出主要的參考資料并編號(hào)等。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)簡(jiǎn)明扼要，文理通順，內(nèi)容完整，由于要求學(xué)生對(duì)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)能系統(tǒng)明確的表達(dá)，說(shuō)明書(shū)一般不少于10頁(yè)。2.1課程設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)易數(shù)控x-y工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.2.設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)容及要

5、求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控x-y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)。該工作臺(tái)可用于銑床上坐標(biāo)孔的加工和臘摸、塑料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復(fù)定位精度為±0.01mm，定位精度為0.025mm。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：負(fù)載重量g=150n；臺(tái)面尺寸c×b×h145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸c1×b1×h1210mm×220mm×140mm；最大長(zhǎng)度l=388mm；工作臺(tái)加工范圍x=55mm，y=50mm；工作臺(tái)最大快移速度為1m/min。2.3 提交材料整理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。 3 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求課程設(shè)計(jì)說(shuō)

6、明書(shū)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，是設(shè)計(jì)計(jì)算的整理和總結(jié)，是審核設(shè)計(jì)的技術(shù)文件之一，編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明是課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，它按次序包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：1）目錄（標(biāo)題及頁(yè)次）；2）摘要與前言3）課程設(shè)計(jì)的目的及意義4）課程設(shè)計(jì)的要求5）課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容6）課程設(shè)計(jì)總體方案的設(shè)計(jì)7）機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算8）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算9）系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)10系統(tǒng)軟件件電路設(shè)計(jì)11）個(gè)人總結(jié)與結(jié)論12）結(jié)束語(yǔ)與致謝13）參考文獻(xiàn)4設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)封面為便于統(tǒng)一整理和保存，設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)采用a4紙撰寫(xiě)，字體為宋體小四。規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的封面如圖（1） 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 設(shè)計(jì)題目 設(shè)

7、計(jì) 者 考 生 號(hào) 班 級(jí) 指導(dǎo)老師 完成時(shí)間 江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 圖15考核方式考核方式詳見(jiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)考核要求。6課程設(shè)計(jì)參考書(shū)1 鄭學(xué)堅(jiān),周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,20032 李廣弟,朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,20013 房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,20024 王小明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,20025 李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.20046 王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn)，趙學(xué)良.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.國(guó)防工業(yè)出版社,20017 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3）.機(jī)械工業(yè)出版社,20038 張建民.

8、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京理工出版社,20049 徐灝等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200010 濮良貴 ,記名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)m.北京:高等教育出版社,200311 吳振彪.機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)m.湛江:湛江海洋大學(xué),199912.楊入清.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)m.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,200013.張立勛,孟慶鑫,張今瑜.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2000不要寫(xiě)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易銑床x-y工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 者： 考 生 號(hào)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系目錄一、總體方案設(shè)

9、計(jì) 二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇設(shè)計(jì)四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、總結(jié) 六、參考文獻(xiàn) 一、總體方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控x-y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)。該工作臺(tái)可用于銑床上坐標(biāo)孔的加工和臘摸、塑料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復(fù)定位精度為±0.01mm，定位精度為0.025mm。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：負(fù)載重量g=150n；臺(tái)面尺寸c×b×h145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸c1×b1×h1210mm×220mm×140mm；最大長(zhǎng)度l=388mm；工作臺(tái)加工范圍x=55mm，y=50mm；工作臺(tái)

10、最大快移速度為1m/min。1.2 總體方案確定（1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)由于工件在移動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行切削，故應(yīng)用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)x-y工作臺(tái)。（2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用了與mcs-51系列兼容的at89s51單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià)比。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、led、i/o接口、光電偶合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。led顯示數(shù)控工作臺(tái)的狀態(tài)。（3）x-y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，

11、又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙v形滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)?？紤]電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。 圖1-1 系統(tǒng)總體框圖二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 與 說(shuō) 明主要結(jié)果2.1、工作臺(tái)外形尺寸及重量估算x向拖板（上拖板）尺寸：長(zhǎng)寬高 145×160×50重量：按重量=體積×材料比重估算ny向拖板（下拖板）尺寸： 重量：約90n。上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：

12、夾具及工件重量：約150n 。x-y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約287n。2.2、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定、導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌、導(dǎo)軌長(zhǎng)度上導(dǎo)軌（x向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 動(dòng)導(dǎo)軌行程 支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 下導(dǎo)軌（y向） 選擇導(dǎo)軌的型號(hào)：gta16 、直線滾動(dòng)軸承的選型上導(dǎo)軌下導(dǎo)軌由于本系統(tǒng)負(fù)載相對(duì)較小，查表后得出lm10uuop型直線滾動(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lm16uuop型直線滾動(dòng)軸承。并采用雙排兩列4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。、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

13、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。 2.3、滾珠絲杠的設(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)算查表得系數(shù)，壽命值查表得使用壽命時(shí)間t=15000h，初選絲杠螺距t=4mm，得絲杠轉(zhuǎn)速所以 mmx向絲杠牽引力 y向絲杠牽引力所以最大動(dòng)負(fù)荷x向 y向 查表，取滾珠絲杠公稱直徑 ，選用滾珠絲

14、杠螺母副 的型號(hào)為 sfk1004，其額定動(dòng)載荷為390n，足夠用。、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算螺紋滾道:公稱直徑=10mm 螺距=4mm,接觸角=,鋼球直徑=2mm 螺紋滾道法面半徑mm 偏心距 螺紋升角螺桿：螺桿外徑mm 螺桿內(nèi)徑mm 螺桿接觸直徑mm螺母：螺母螺紋外徑mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）mm、傳動(dòng)效率計(jì)算式中：摩擦角；絲杠螺紋升角。、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載p引起的導(dǎo)程的變化量y向所受牽引力大，故應(yīng)用y向參數(shù)計(jì)算 所以 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程總誤差查表知e級(jí)精度的絲杠允許誤差，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。三、

15、步進(jìn)電機(jī)的選用3.1、步進(jìn)電機(jī)的步距角取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)步距角。3.2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)系式中： 電機(jī)轉(zhuǎn)角； 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動(dòng)效率。若取 ，則，且，所以式中： 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)；步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad）；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)），為絲杠牽引力，?？紤]到重力影響，y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取，所以若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩取安全系數(shù)為0.3，

16、則 對(duì)于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī) 3.3步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率查表選用兩個(gè)45bf005-型步進(jìn)電機(jī)3.4確定齒輪傳動(dòng)比因步進(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(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比選 ， 。3.5確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸因傳遞的扭距較小，取模數(shù)，齒輪有關(guān)尺寸見(jiàn)表3-3。3.6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，得式中： 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（）； 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；m移動(dòng)部件質(zhì)量（）。對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算式中：d圓柱零件直徑（cm）；l零件

17、長(zhǎng)度（cm）。所以電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則因?yàn)?，所以慣性匹配比較符合要求。l=225mmpx=3.39npy=4.06n=0.01mm/step=45°i=0.6tq=4.42n.kmjd=0.4kg.m2四、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)x-y工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件主要包括cpu、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。4.1 cpu板4.1.1 cpu的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mcs-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)

18、用最廣的8位單片機(jī)89c51，價(jià)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)，mcs-96系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(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(lái)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(wú)疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的16位mcs-96又顯得過(guò)于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有intel、atmel、simens，其中在cmos器件生產(chǎn)領(lǐng)域atmel公司的工藝和封裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。atmel公司的at89系列單片機(jī)內(nèi)含f

19、lash存儲(chǔ)器，在程序開(kāi)發(fā)過(guò)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80c51插座兼容，并且采用靜態(tài)時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能。因此硬件cpu選用at89s51，at表示atmel公司的產(chǎn)品，9表示內(nèi)含flash存儲(chǔ)器，s表示含有串行下載flash存儲(chǔ)器。at89s51的性能參數(shù)為：flash存儲(chǔ)器容量為4kb、16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）、ram為128b、14位的計(jì)數(shù)器wdt、i/o口共有32個(gè)。4.1.2 cpu接口設(shè)計(jì)cpu接口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所

20、示：（行程開(kāi)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?zhèn)鞲衅鱝t89s51（鍵盤、led）后向通道 圖3-1 cpu外部接口示意圖p1.0-p1.2驅(qū)動(dòng)1x步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2y步進(jìn)電機(jī)p1.3-p1.5p1.6驅(qū)動(dòng)3p3.2外部中斷1p3.3外部中斷2p0.0-p0.7ad0ad7p2.7cep2.6io/mpb 口pa口pc口at89s51鍵盤電磁鐵8155 圖3-2 at89s51控制系統(tǒng)圖4.2 驅(qū)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

21、吸合使繪筆抬起，繪圖時(shí)能及時(shí)釋放磁力使筆尖壓下。4.2.1 步進(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。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn)0.01mm。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)cpu的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在cpu上使其燒壞。圖3-4 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)a相得電時(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d起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲(chǔ)存在繞組中的能量通過(guò)二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組w串聯(lián)的電阻

22、為限流電阻，限制通過(guò)繞組的電流不至超過(guò)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)椋篴-ab-b-bc-c-ca-a，其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篴-ac-c-cb-b-ba-a。步進(jìn)時(shí)鐘a相波形b相波形c相波形圖3-5 三相六拍工作方式時(shí)相電壓波形（正轉(zhuǎn)）4.2.2 電磁鐵驅(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。圖3-6 電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路4.2.3 電源設(shè)計(jì)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

23、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27v電源作為基準(zhǔn)，通過(guò)芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到所需的12v和5v電壓。4.3 x軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)程序流程圖x+en： clr p1.6 mov a，pa mov dptr，a movx a，dptr jnb acc.0，loop2motor0： mov dirx，#01h acall xmotor0 mov a，pc mov dptr，a mov a，dptr jnb acc.0，motor0loop2： ajmp loop1這是x軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)的程序，其他的x軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)、y軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)、y軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)依次類推。五、總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是綜合大學(xué)所有學(xué)科的一次練習(xí)，是最大的一次課程設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)跨越機(jī)械和電氣兩大學(xué)科。在設(shè)計(jì)時(shí)要聯(lián)系機(jī)械部分和電氣控制部分作為一個(gè)有機(jī)的整體來(lái)考慮，本次設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械和電氣有機(jī)組合的系統(tǒng)是一個(gè)整體。如果單方面考慮其中一項(xiàng)必定是做不出來(lái)的。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)我又一次親手設(shè)計(jì)東西，與以前單純的機(jī)械設(shè)計(jì)不一樣，有了更多的收獲，體會(huì)也很多。在這次設(shè)計(jì)中我也學(xué)會(huì)了很多新東西，包括一些軟件的應(yīng)用。當(dāng)然最重要的是學(xué)到了基于運(yùn)動(dòng)控制卡的幾點(diǎn)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本方法。加深了對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解，初步了解了一