X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）X-Y 數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx摘要當今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學科技術(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： 機電一體化的基礎(chǔ)控

2、制自動化系統(tǒng)化1 引言機電一體化是多學科領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程， 它是融合檢測傳感技術(shù)，信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機械技術(shù)、計算機技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等多種技術(shù)于一體的新興綜合性學科。隨著機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，在世界范圍內(nèi)掀起的機電一體化熱潮，使機電一體化越來越顯示出強大的威力，它使機械產(chǎn)品向著高技術(shù)密集機電一體化的方向發(fā)展。機電一體化課程設(shè)計在機電一體化專業(yè)教學中占有重要位置， 它關(guān)系到學生知識的綜合運用和學生動手能力的培養(yǎng)及機電產(chǎn)品開發(fā)的能力。因此設(shè)計內(nèi)容選擇很重要?；谖⑿陀嬎銠C控制的 X-Y 工作臺是典型的機電一體化系統(tǒng)， 以此為設(shè)計內(nèi)容有較強的教學研

3、究意義。培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際，解決生產(chǎn)實際問題能力的重要步驟，它起到了設(shè)計的作用。通過對 X-Y 工作臺的設(shè)計總體方案的擬定，進給伺服系統(tǒng)機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 計算控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計以及數(shù)控機床加工程序的編制， 使我們綜合運用所學的機械. 電子和微機的知識 , 進行一次機電結(jié)合的全面訓練。 從而培養(yǎng)了我們具有加工編程1工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）能力，初步設(shè)計計算的能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機電方面技術(shù)問題的能力。本設(shè)計是以 PC平臺為基礎(chǔ)的數(shù)控X-Y 工作臺實驗系統(tǒng)，它具有直線插補和圓弧插補等數(shù)控系統(tǒng)所使用的常用功能，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，控制精度相對較高 ,可靠性、穩(wěn)定性和實用性都

4、很好。2 XY 工作臺總體方案的設(shè)計2.1 總體方案的分析XY 精密工作臺的總體方案設(shè)計應考慮以下幾點：A工作臺應具有沿縱向和橫向往復運動、暫停等功能，因此數(shù)控控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。B在保證一定加工性能的前提下，結(jié)構(gòu)應簡單，以求降低成本。因此進給伺服統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。C 8031 系列微機處理機的配套并行接口芯片, 由于它是可編程的，可以通過軟件來設(shè)置芯片的工作方式。D 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還應包括擴展程序存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器、 I/O 接口電路；包括電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路。E 縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們各自由各的步進電動機、 聯(lián)軸器

5、、絲杠螺母副組成。F 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊裝置，以提高傳動剛度和消除間隙。G 為減少導軌的摩擦阻力，選用矩形滾動直線導軌。2.2 總體方案的確定由于設(shè)計要求 X-Y 工作臺具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能， 所以應該選用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到加工精度要求不高， 為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)機床要求， 采用 8 位機。由于 MCS51 系列單片機的特點之一是硬件設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對于簡單的應用場合，MCS51 系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片8031 外2工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文

6、）擴一片 EPROM就能滿足功能的要求， 對于復雜的應用場合， 可以利用 MCS51 的擴展功能，構(gòu)成功能強、規(guī)模較大的系統(tǒng)。所以應選用8031 單片機。為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠。為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙， 采用有預加負載荷的結(jié)構(gòu)。 傳動齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖：圖 1開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖2.3 機械傳動系統(tǒng)簡圖X 軸與 Y 軸的傳動系統(tǒng)簡圖都如圖所示圖 2傳動系統(tǒng)簡圖3 系統(tǒng)脈沖當量和給定參數(shù)由于 X、Y 兩方向的脈沖當量一樣，所以設(shè)計時只計算一個方

7、向。3.1 確定系統(tǒng)脈沖當量脈沖當量p 是一個進給指令時工作臺的位移量， 應小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為± 0.01mm因此選擇脈沖當量為0.01mm。3工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）3.2 工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算 X 向和 Y 向工作臺承載重量 WX和WY。取 X 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?410mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?400mm,設(shè)計工作臺簡圖如下 :圖 3數(shù)控工作臺簡圖X向拖板 ( 上拖板 ) 尺寸為 :長寬高42041050重量 : 按重量 =體積 * 材料比重估算為 :Wx = 4204105010 37.8

8、10 2671.58 NY 向拖板 ( 下拖板 ) 尺寸為 :42040050重量 WY =420 400 50 10 37.8 10 2655.2 N上導軌 ( 含電機 ) 重量為(900480 82 800 35 50)7.8 10 210 3487.97N夾具及工件重量 : 約 155NX-Y 工作臺運動部分總重量為:W487.97655.2671.581552000N4工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）4 滾動導軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷zx和y計算導軌的靜安全系數(shù)f SL 0，式中：F和估算的 WW=C/PC0 為導軌的基本靜額定載荷； 工作載荷 P=0.5(F z+W)； f S

9、L=1.0 3.0(一般運行狀況 ) ，3.0 5.0 （運動時受沖擊、振動） 。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導軌：因系統(tǒng)受中等沖擊 , 因此取 f sL4.0COfSL PX ,YPX ,Y0.5(FZWX ,Y )Px =0.5(FZ +WX )=0.5(2000+671.58)=1335.79NPY =0.5(FZ +WY )=0.5(2000+655.2)=1327.6NCOX =f SL PX=41335.79=5343.16NCOY =f SL PY =41327.6=5310.4N根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌:選擇漢機江機床廠 HJG-D系列滾動直線導軌 , 其型號為 :HJG-D2

10、5 基本參數(shù)如表 1 所示 :表 1滾動直線導軌基本參數(shù)額定載荷 /N靜態(tài)力矩 /N*M滑座重導軌重導軌長度量量動載荷靜載荷TATBTCK gK g / mL/(mm)CaCo17500260001981982880.603.1760滑座個數(shù)單向行程長度每分鐘往復次數(shù)MlSn40.64導軌的額定動載荷 Ca17500N依據(jù)使用速度v（ m/min）和初選導軌的基本動額定載荷Ca (kN) 驗算導軌的工作壽命 Ln：5工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）額定行程長度壽命 :3TSf H fT fCCaKfWFFFM2000500M4fT1, fW2, fC0.81, f H1KR50d0fH fTfC

11、Ca3131 0.8117500TS KF502142409.58kmfW500導軌的額定工作時間壽命 :THTS 103142409.58 103494477h T 15000h2l0 n20.6460導軌的工作壽命足夠 .5 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算、和選型珠絲杠滾副的預緊方法有：雙螺母墊片式預緊，雙螺母螺紋式預緊，雙螺母齒差式預緊，單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等幾種。5.1 計算進給牽引力作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切屑時的走刀抗力以及移動件的重量和切屑分力作用在導軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導軌的形式有關(guān)?？v向進給為三角形導軌FmkFZf FY G（5-1 ）1.151

12、8000.04500020004150 N式中 :考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù).三角形導軌取 k 1.15Kf 貼塑導軌摩擦系數(shù) : 0.030.05G溜板及刀架重力 , 取 200kg10N / kg2000N6工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）5.2 計算最大動載荷選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬（ 106）轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載C ，計算如下：Cfw Fm（5-2 ）L （60nT）/106（5-3 ）n （1000Vs）/ Lo（5-4 ）Lo為滾珠絲杠導程 , 選絲杠名義直徑為40mm,

13、查滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量表 , 初選出Lo =6mmVs最大切削力下的進給速度, 可取最高進給速度的1/2 1/3, 此處為0.15m/min;T使用壽命 , 按 15000h;f w運轉(zhuǎn)系數(shù) , 如下表所示，按一般運轉(zhuǎn)取1.2 1.5;表 2電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)與運轉(zhuǎn)系數(shù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)運轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊運轉(zhuǎn)1.01.2一般運轉(zhuǎn)1.21.5有沖擊運轉(zhuǎn)1.52.5L壽命以轉(zhuǎn) 106 為 1 單位 .根據(jù)（ 5-2 ）（ 5-3 ）（ 5-4 ）公式可知：n1000Vs/ Lo10000.555 0.15 / 6 12.5r/minL60 nT /106 6012.5 15000 /106 11.25Cfw Fm1.21

14、7754772.7N5.3 滾珠絲杠螺母副的選型查表，可采用 W1L4006外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列 2.5 圈,其額定動負載為 16400N,精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3 級7工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）5.4 傳動效率計算tan / tan（5-5）式中：螺旋升角 W1L 4006，2 44摩擦角取 10，滾動摩擦系數(shù) 0.003 0.004 根據(jù)（ 5-5 ）公式可知：tan / tantan2 44 / tan 2 44100.945.5 穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力球軸承, 不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象 , 不需作穩(wěn)定性校核 .6 進給伺服系統(tǒng)傳動計算6.1 齒輪傳動

15、比計算 ( 縱向進給齒輪箱傳動比計算)縱向進給脈沖當量p0.01 , 滾珠絲杠導程 Lo6mm , 初選步進電機步距角0.75 °, 可計算出傳動比iib Lo / 360 p0.756 / 3600.011.25（6-1 ）6.2 齒輪齒數(shù)及技術(shù)參數(shù)計算出傳動比 i 后, 降速級數(shù)決定采用一對齒輪降速, 因為進給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大 , 一般取 =12, 數(shù)控車床 , 銑床取 =2。為了消除齒輪側(cè)隙，采用雙片齒輪。7 步進電機的計算和選用7.1 初選步進電機計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩Tm 360 pFm / 2 b（7-1 ）3600.01 1775 / 2 3.14 0.720.98

16、0.99 0.99 N mm141.26N cm式中 :p 脈沖當量 (mm/step);8工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）Fm 進給牽引力 (N);b 步距角 , 初選雙拍制為 0.72 °電機 - 絲杠的傳動效率為齒輪 , 軸承 , 絲杠效率之積，分別為0.98,0.99,0.99;估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩TqTm / 0.3 0.5（ 7-2 ）1412.5 / 0.3N mm4708.6 N mm470.8 N cm計算最大靜轉(zhuǎn)矩考慮到步進電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當輸入電壓降低時， 其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) 來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要

17、考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù) K=1.5 ，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應滿足：Tjmax1.51.5470.8N cm706.2(7-3)N cm初選步進電機型號根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax 在國產(chǎn) BF反應式步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出130BF001最大靜轉(zhuǎn)矩為 931N cmTjmax ，可以滿足要求 . 考慮到此經(jīng)濟型數(shù)控車床有可能使用較大的切削用量 , 應該選稍大轉(zhuǎn)矩的步進電機以留有一定的余量 . 另一方面 , 與國內(nèi)同類型機床進行類比 , 決定采用 150BF002步進電機 .7.2 根據(jù)草圖校核步進電機轉(zhuǎn)矩前面所述初選步進電機的轉(zhuǎn)矩計算, 均為估算 ; 初選之后應該進行校核計算

18、.7.2.1等效轉(zhuǎn)動慣量計算運動件的轉(zhuǎn)動慣量 J可由下式計算 :J2（7-4 ）J1 Z1 / Z2J2 Js G Lo / 2 2 / g式中： J 1,J 2齒輪 Z1,Z 2 的轉(zhuǎn)動慣量J s滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量J10.78103d14L10.781036.442 kg cm22.62kg cm2J 20.78103d24L20.78103842 kg cm26.39kg cm29工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）Js0.78 10 344170 kg cm233.95kg cm2G2000 N齒輪慣量計算對于剛材 :J=0.78D4L ×10-3剛材的密度為7.810 3kg / cm

19、3式中： D圓柱體直徑 (cm) ；L圓柱體長度 (cm) ；剛材的密度為 7.8 103kg / cm3代入（ 7-4 ）式 :JJ1Z1/Z22JsG Lo / 2 2 / gJ 22.6226.3933.952000 0.6 / 2 2/10 kg cm232/ 4029.6kg cm2J電機14JN 取 2電機慣量 :J電機 2J229.659.2kg cm2總慣量 :JJ電機J59.229.688.8kg cm2電機轉(zhuǎn)矩計算機床在不同的工況下 , 在, 下面分別按各階段計算:1) 快速空載起動慣性矩慣J2nmax10 2/60ta（7-5 ）TJnmaxmax / p )b / 36

20、0（7-6 ）將前面數(shù)據(jù)代入（ 7-6 ）式 ,nmaxmax / p )b / 3604000 / 0.010.75 / 360833.3r / min起動加速時間 ta=200msT慣J2 nmax102 / 60 ta88.82833.3 102 / 600.2 N cm387.31N cm快速空載起動負Tf慣（7-7 ）T 1To T折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf10TfFo Lo / 2i工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）f FY G Lo / 2Z1 / Z2（7-8 ）0.04500020000.6 /20.81.25 Ncm 26.75N cm附加摩擦轉(zhuǎn)矩 ToToFpo Lo 1o

21、2 i / 21/ 3 Fm Lo 1o 2 i / 21/ 317750.610.920.8/ 20.8 Ncm 10.74N cm傳動鏈總效率 , 一般可取 0.7 0.85 此處取 0.8 ； o滾珠絲杠未預緊時的傳動效率 , 一般取 0.9 ；傳動比；Fpo滾珠絲杠預加負荷 , 一般取 1/3Fm,Fm為進給牽引力 (N) ；FY垂直方向的切削力 (N) ；T負126.75 10.74387.31424.8N cm2) 快速移動時所需轉(zhuǎn)矩T負2T摩TfTo26.75 10.74N cm37.49N cm3) 最大 ( 直線 , 勻速 ) 切削負載時所需轉(zhuǎn)矩T切FZ Loi / 2130

22、0 0.6 0.8 / 20.8124.2N cmT負3T切T摩124.2 37.49N cm161.69N cm加速切削T負4T切T摩T慣124.2 37.49 387.31N cm549N cm從上面計算可以看出 T 負 1,T 負 2,T 負 3 和 T 負 4 四種工況下 , 以加速切削所需轉(zhuǎn)矩最大 ,即以此項作為校核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù) .T電機靜轉(zhuǎn)矩25 T負4取 2 倍則:T電機靜轉(zhuǎn)矩2549N cm1098N cm從國產(chǎn) BF 反應式步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出 150BF002型步進電機最大轉(zhuǎn)矩為13.72N?m,大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩 , 以滿足此項要求 .當快速運動和切削進給時,

23、按 150BF002型步進電機運行矩頻特性圖，完全可以滿足要求 , 所以初步選擇150BF002型步進電機。11工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）8 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計8.1 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CPU2總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。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：圖 4數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖8.2 主控制器 CPU的選擇MCS-51系列單片機是集中CPU，I/O 端口及部分 RAM等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一

24、個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用803112工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）芯片作為主控芯片。8.3 步進電機驅(qū)動電路設(shè)計( 1）脈沖分配器步進電機的控制方式由脈沖分配器實現(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電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(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)計采用集成脈沖分配器YB013。采用 YB013硬件環(huán)行分配器的步進電機接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進電機驅(qū)動電路中， 脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放

25、大器相連， 將會引起電氣干擾。 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：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要， ，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率， 才能驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn)。 因此必須選用功率放大器， 需根據(jù)步進電機容量選擇功率放大器。 本設(shè)計選用功率放大器。 這里采用的功率放大電路如下圖所示：圖 5功率放大電路13工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）8.4 其它輔助電路設(shè)計（1）8031 的時鐘電路單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL1,XTAL

26、2引腳上外接定時元件， 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，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式時，可將XTAL1直接接地， XTAL2接外部時鐘源。圖 6 8031的時鐘電路（2）復位電路單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后， 只要在 RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后CPU便從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復位電平與8031 復位要求一致時，可以直接相連。當晶振頻率選用 6MHz時，復位電路中 C取 22F，R取 200，RX 取 1000。實用復位電路圖如下所示：

27、圖 7 8031復位電路14工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）（3）越界報警電路為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。利用光電耦合電路，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。當任何一個行程開關(guān)被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光， 使光敏三極管導通， 由低電平變成高電平。 8031 可利用軟件設(shè)計成查詢的方法隨時檢查有無越界信號。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。9 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計9.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計X-Y 數(shù)控工作臺的控制系統(tǒng)設(shè)計，可以參考本章第一節(jié)的車床數(shù)

28、控系統(tǒng)，但在硬件電路上需要考慮步進電動機（編碼器）反饋信號的處理， 在軟件上要實現(xiàn)半閉環(huán)的控制算法。根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計控制系統(tǒng)的時主要考慮以下功能：（1）接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；（2）接受限位開關(guān)信號；（3）控制 X， Y 向步進電動機的驅(qū)動器；（4）與 PC機的串行通信。CPU選用 MCS-51系列的 8 位單片機 AT89S52，采用 8279，和 W27C512，6264 芯片做為 I/O 和存儲器擴展芯片。 W27C512用做程序存儲器， 存放監(jiān)控程序； 6264 用來擴展AT89S52的 RAM存儲器存放調(diào)試和運行的加工程序； 8279 用做鍵盤和 LED顯示器借口，鍵盤主

29、要是輸入工作臺方向，LED顯示器顯示當前工作臺坐標值；系統(tǒng)具有超程報警功能，并有越位開關(guān)和報警燈；其他輔助電路有復位電路，時鐘電路，越位報警指示電路。進給控制系統(tǒng)原理框圖15工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）圖 8進給控制系統(tǒng)原理框圖9.2 驅(qū)動電路流程設(shè)計步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計時的脈沖當量為0.01mm，步進電機每走一步，工作臺直線行進給0.01mm。步進電機驅(qū)動電路中采用了光電偶合器， 它具有較強的抗干擾性， 而且具有保護 CPU的作用，當功放電路出現(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。程序流程圖（如下圖所示）16工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）圖 9程序流

30、程圖17工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）以及步進電機驅(qū)動電路圖如下圖所示。圖 10步進電機驅(qū)動電路圖該電路中的功放電路是一個單電壓功率放大電路，當 A 相得電時，電動機轉(zhuǎn)動一步。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， 從而保護功放管。 與繞組 W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機發(fā)熱厲害被燒壞。9.3 直線插補及圓弧插補在機電設(shè)備中，執(zhí)行部件如要實現(xiàn)平面斜線和圓弧曲線的路徑運動，必須通過兩個方向運動的合成來完成。在數(shù)控機床中，這是由 X、Y 兩個方向運動的工作臺，按照插補控制原理實現(xiàn)的。直線

31、插補程序的設(shè)計用逐點比較法進行直線插補計算，每走一步，都需要以下四個步驟：偏差判別：判別偏差 Fm0 或 Fm0 ，從而決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算公式。坐標進給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號，決定沿+X、+Y、-X、-Y 的哪個方向進給。18工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）偏差計算：進給一步后，計算新的加工偏差。終點判別：進給一步后，終點計算器減1. 若為 0，表示到達終點停止插補；不為0，則返回到第一步繼續(xù)插補。終點計算判別可用兩個方向坐標值來判斷，也可由一個方向的坐標值來判斷。 當 X e Ye ，可用 X 方向走的總步數(shù) X e 作為終點判別的依據(jù)，如動點 X 等于終點 X e 則停止

32、。當 X e Ye ，則用 Y 方向走的總步數(shù) Ye 作為終點判別的依據(jù)。由此，直線插補程序的算法如圖：圖 11逐點比較法直線插補框圖圓弧插補程序的設(shè)計逐點比較法的圓弧的插補計算過程和直線插補過程基本相同，也分為偏差判別、19工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）坐標進給、偏差計算和終點判別四個步驟。不同點在于：（1）偏差計算公式步進與前一點偏差有關(guān)，還與前一點的坐標有關(guān)，在計算偏差的同時要進行坐標計算。（2）終點的判別是以一個方向的坐標值與終點坐標值相比較判斷其是否相等為判據(jù)。若 X eYe ，則以 X 是否等于 X e 作為終點判據(jù)；若X eYe ，則以 Y 是否等于 Ye 作為終點判據(jù)。逆圓弧插補

33、程序算法如圖：圖 12第一象限逆圓插補程序框圖20工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）總結(jié)通過此次設(shè)計，讓我對于理論知識尤其是專業(yè)知識有了更深的了解和認識，并能將其進行一次比較全面系統(tǒng)的總結(jié)和應用； 使我學會了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料、 如何舉一反三、 如何通過改進并加入自己的想法與觀點， 使之成為自己的東西， 進一步加強了我綜合分析解決實際問題和獨立思考的能力。在這次設(shè)計中，經(jīng)過查閱資料，從實際應用出發(fā)將設(shè)計完成的比較合理且具有實際的意義。 并且結(jié)合生產(chǎn)知識， 培養(yǎng)理論聯(lián)系實際以及分析和解決工程實際問題的才能， 并使大學三年所學的知識得到進一步鞏固、深化和擴展。同時，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。比如知識運用的熟練程度不夠，知識面比較狹隘， 導致在設(shè)計中的一些問題無法及時發(fā)現(xiàn)和解決。 在此，我要感謝這三年里給我授課的所有老師。 感謝你們傳給我知識。 最后還要感謝參考文獻中所列書籍、文章及資料的作者。21工程技術(shù)學院課程設(shè)計（論文）參考文獻1 尹志強機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書. 機械工業(yè)出版社， 20162