工作臺(tái)說(shuō)明書(shū)

1、目 錄一、設(shè)計(jì)說(shuō)明（一）設(shè)計(jì)任務(wù)（二）總體方案的確定（三）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)二、機(jī)械部分設(shè)計(jì)（一）脈沖當(dāng)量的選定（二）步進(jìn)電機(jī)的選用（三）計(jì)算銑削力（四）滾珠絲杠副的選用（五）工作臺(tái)尺寸確定:（六）滾珠絲杠長(zhǎng)度確定（七）絲杠傳動(dòng)效率計(jì)算（八）絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算（九）絲杠剛度驗(yàn)算（十）計(jì)算減速器傳動(dòng)比（十一）齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（十二）傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算（十三）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力校驗(yàn)（十四）導(dǎo)軌的選型及計(jì)算三、控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)（一）接口設(shè)計(jì)（二）伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)（三）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（四）運(yùn)動(dòng)控制器控制原理四、控制軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）直線插補(bǔ)程序（二）圓弧插補(bǔ)程序參考文獻(xiàn)一、設(shè)計(jì)說(shuō)明本設(shè)計(jì)是以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)

2、的數(shù)控X-Y工作臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)等數(shù)控系統(tǒng)所使用的常用功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，控制精度相對(duì)較高, 可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性都很好。X、Y兩方向的運(yùn)動(dòng)各由一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就走一步，并通過(guò)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩方向的絲杠旋轉(zhuǎn)，分別使得X、Y工作臺(tái)進(jìn)給。數(shù)控系統(tǒng)由單片機(jī)、鍵盤(pán)、變頻檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，具有間隙補(bǔ)償、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、斷絲自動(dòng)處理等主要功能。線切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。線切割技術(shù)、線切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控線切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

3、微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。 （一）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)可安裝在銑床上,用于銑削加工.設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最在銑削直徑： 20mm最在銑削寬度： 8 mm最大銑削深度： 5 mm加工材料 ： 碳鋼工作臺(tái)加工范圍：X=250,Y=180最大移動(dòng)速度： 3 m/min（二）總體方案的確定數(shù)控XY工作臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1工作臺(tái)應(yīng)具有沿縱向和橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、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)。2在保證一定加工性能的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，以求降低成本。因此進(jìn)給伺服統(tǒng)采用伺服電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。3縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們各自由各的伺服電

4、動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠螺母副組成。4為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊裝置，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。5為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。（三）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)二、機(jī)械部分設(shè)計(jì)（一）脈沖當(dāng)量的選定根據(jù)已知條件：X、Y 方向的脈沖當(dāng)量x、y分別為x =y= 0.01mm（二）步進(jìn)電機(jī)的選用即脈沖當(dāng)量較小，因此這里選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其特點(diǎn)是：步距角小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大。BF反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)(指導(dǎo)書(shū)表2-18)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)頻率運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分配方式90BF00142000HZ800

5、0HZ四相八拍（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率計(jì)算典型工況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率fx和fy分別為（2）90BF001啟動(dòng)矩頻特性（3）90BF001運(yùn)行矩頻特性（三）計(jì)算銑削力（1）切削力的請(qǐng)算選用高速鋼直柄立銑刀，其銑削力公式為：查<<機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程式設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程>>表5-11得68.2，20mm，8mm，0.09mm，5mm ,=5代入公式可知（2）進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷的計(jì)算進(jìn)給工作載荷沿銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向可分解為三個(gè)力:工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷，工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷，工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷。（3）工作臺(tái)載荷與銑削力的經(jīng)驗(yàn)比算(指導(dǎo)書(shū)表2-4)銑削條件比值不對(duì)稱銑削

6、逆銑順銑圓柱銑,立銑,盤(pán)銑,和成型銑/1.001.200.80.90/0.200.300.750.80/0.350.400.350.40考慮最不利影響/=0.9/=0.8/=0.4所以= 1211 N=1076 N=538 N（四）滾珠絲杠副的選用（1）絲杠壽命的估算令兩方向絲杠的工況均為：每天開(kāi)機(jī)8小時(shí)；每年300 個(gè)工作日；工作10年以上。絲杠材料：CrWMn 鋼；滾道硬度為5862HRC；絲杠傳動(dòng)精度為±0.04mm絲杠壽命 :初定絲杠的導(dǎo)程為P=5 其平均轉(zhuǎn)速為工作臺(tái)最大移動(dòng)速度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速故平均轉(zhuǎn)速（2）計(jì)算絲杠工作載荷計(jì)算載荷FC求解,其中取 的較大值為F m, 故

7、F m, =1211 NF C=KF KH K A F m= 1.1×1.0×1.0×=1332N查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2-6；2-7；2-8 得 KF=1.1; KH=1.0; K A=1.0 查表2-4 取C 級(jí)精度。表2-6 載荷系數(shù)載荷性質(zhì)無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)KF11.21.21.51.52.5表2-7 硬度系數(shù)滾道實(shí)際硬度5855504540KH1.01.111.562.43.85表2-8 精度系數(shù)精度等級(jí)C,DE,FGHK A1.01.11.251.43（3）額定動(dòng)載荷計(jì)算Ca計(jì)算（4）滾珠絲杠副初選假設(shè)選用C1 型號(hào)，按滾珠絲杠副的

8、額定動(dòng)載荷Ca等于或稍大于Ca的原則，選初定選用漢江機(jī)床生產(chǎn)的 2005-3Ca=10493 N其參數(shù)如下:中徑導(dǎo)程螺旋角滾珠直徑滾道半徑偏心距絲杠內(nèi)徑（五）工作臺(tái)尺寸確定:工作臺(tái)的行程為X250mm，Y180mm。工作臺(tái)尺寸一般為工作臺(tái)行程的1.1倍。所以：X250×1.1275mm, Y180×1.1198mm。圓整，取X270mm,Y190mm。其厚度初定為30mm選擇工作臺(tái)的型槽為T(mén)型槽，查袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)表3-25可得所選T型槽的參數(shù)：AHBCA12mm B21mmC9mmH20mm間距取50mm一取工作臺(tái)厚度為T(mén)型槽厚度的2倍，即2×2040mm。工

9、作臺(tái)質(zhì)量：0 ,即縱向絲杠所承受的質(zhì)量。因工作臺(tái)有T型槽，故取015kg。(減去3個(gè)t型槽的重量得到的大概數(shù)值)橫向絲杠所要承受的質(zhì)量為工作臺(tái)質(zhì)量加上拖板質(zhì)量，一般以工作臺(tái)質(zhì)量的3.5倍計(jì)。即52.5kg（六）滾珠絲杠長(zhǎng)度確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 其中L由2005-3絲杠副中取L=97mm. 故 =250+97+50=397mm 圓整 =400mm=180+97+50=327mm 圓整 =330mm（七）絲杠傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 見(jiàn)機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)公式（2-15）P15式中：為絲杠螺旋升角，為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004,其摩擦角約等于。所以， （八）絲杠穩(wěn)定

10、性驗(yàn)算由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S, S 是許用穩(wěn)定性安全系數(shù)一般取2.54絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷Fcr （N）按下式計(jì)算：式中，E 為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，E=206GPa；l 為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；Ia 為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（m4）；為長(zhǎng)度系數(shù).絲杠初定支承方式如下故(一端固定.另一端鉸支)X軸受到的臨界力: Y軸受到的臨界力: 安全系數(shù): >>臨界載荷與絲杠工作載荷之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)s,如果大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)s ,剛該滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn). 一般取,考慮絲杠

11、自重對(duì)水平滾珠絲杠的影響可取（九）絲杠剛度驗(yàn)算滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T(N m)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量式中，A 為絲杠截面積 ，為絲杠的極慣性矩 G 為絲杠切變模量，對(duì)鋼G = 83.3GPa；T(N m)為轉(zhuǎn)矩。式中，為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作負(fù)載由所選用選杠有 按最不利的情況?。ㄆ渲蠪 = Fm）則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為:取進(jìn)行校驗(yàn).通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差l應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，滿足傳動(dòng)精度要求（十）計(jì)算減速器傳動(dòng)比減速器傳動(dòng)比：由所選電機(jī)型號(hào)和絲杠副參數(shù)可求得傳動(dòng)比如下:（十一）齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳遞的功率很高，在要求不高時(shí)，以

12、后各步的計(jì)算可省略。并采用經(jīng)驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)各元部件。（1）選擇材料及確定許用應(yīng)力齒輪材料選擇45 鋼（表面淬火），硬度為45HRC齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim1 H =1130MP a（淬火處理）安全系數(shù)SH和S F安全系數(shù)軟齒面硬齒面重要的傳動(dòng)、滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪SH1.01.11.11.21.3S F1.31.41.41.61.62.2取安全系數(shù)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ?。?）齒結(jié)構(gòu)參數(shù)確定為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)選, 模數(shù)m取1.5, 則齒寬 （十二）傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)部件并不都與電機(jī)軸同軸線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

13、向電機(jī)軸折算問(wèn)題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本設(shè)計(jì)需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子,聯(lián)軸節(jié),絲杠,工作臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。兩齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算:工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到絲杠上:由電機(jī)參數(shù)可知:傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算:慣量匹配驗(yàn)算: 滿足 的要求,慣量匹配合理.（十三）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力校驗(yàn)電機(jī)加速力矩:參考類似設(shè)計(jì)取t=0.04s電機(jī)最大轉(zhuǎn)速:故 參考指導(dǎo)書(shū)表2-17如下:步進(jìn)電機(jī)相數(shù)三相四相五相六相拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866由表可求得電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)所選電機(jī)90BF001

14、最大靜轉(zhuǎn)矩3.92N.m遠(yuǎn)大于所需的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩.因此選擇的步進(jìn)電機(jī)的功能不能充分發(fā)揮,為提高經(jīng)濟(jì)效益可考慮重選.（十四）導(dǎo)軌的選型及計(jì)算導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)矩形導(dǎo)軌，本設(shè)計(jì)中共用4條導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌用2個(gè)滑塊.考慮到切削工件時(shí)工作臺(tái)受力不均產(chǎn)生起顛覆力矩初步確定選用燕尾形直線滾動(dòng)導(dǎo)軌.滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列公式計(jì)算：滾動(dòng)體為球時(shí) 一般滾子導(dǎo)軌的距離壽命定為100km.為硬度系數(shù)導(dǎo)軌面的硬度為5864HRC時(shí)，1.0；為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)1000C時(shí)，1；為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí)0.81；為載荷/速度系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)或時(shí)，1-1.5取=1.5。求,其中F為絲杠工作臺(tái)的重力:F

15、=Mg=52.5*9.8N=514N=1.51.010.81計(jì)得: 根據(jù)查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表2-16,選擇型號(hào)的燕尾形導(dǎo)軌副.三、控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大組成。在機(jī)床行業(yè)，控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床。在使用中各種控制對(duì)象各不相同，但其控制系統(tǒng)硬件組成的基本原理是一致的?？刂葡到y(tǒng)的硬件基本組成圖如下鍵盤(pán)顯示控制微機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制對(duì)象（設(shè)備）輔助控制檢測(cè)如果是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，則沒(méi)有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置。硬件設(shè)計(jì)主要包括微楊控帛系統(tǒng)的擴(kuò)展、接口及控制電路。（一）接口設(shè)計(jì)因?yàn)楸鞠到y(tǒng)傳輸距離較短，數(shù)據(jù)傳輸率高，所以采用并行通訊方式。8255A是Intel180系列微處理

16、機(jī)的配套并行接口芯片，它可以為8086/8088與外設(shè)之間提供并行輸入/輸出的通道，由于它是可編程的，可以通過(guò)軟件來(lái)設(shè)置芯片的工作方式，所以，用8255A連接外設(shè)時(shí)，通常不用附加外部電路。本設(shè)計(jì)中采用的可編程并行接口8255A可為微處理器提供三個(gè)獨(dú)立的并行輸入/輸出端口，利用輸出端口與運(yùn)算放大器相連，可控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)及速度。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器又可將工作臺(tái)的位置及速度參數(shù)變換成數(shù)字量，通過(guò)并行輸入端口送回微機(jī)系統(tǒng)中，從爾構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)。8255A中端口A工作在方式0，完成輸出功能，用來(lái)向x,y向步進(jìn)電機(jī)輸出8位脈沖信號(hào)。端口B工作在方式1，完成輸入功能，用來(lái)接受由模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的8位脈沖信號(hào)。端

17、口C作控制用，PC7用作模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的啟動(dòng)信號(hào)，PC2用作輸入的STB信號(hào)，PC0用作中斷請(qǐng)求信號(hào)，INTR，通過(guò)中斷控制器8259A可向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，這些都要由初始化程序來(lái)定義。由8255A端口A輸出的8位數(shù)字信息，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后便將模擬電流放大并轉(zhuǎn)換為模擬電壓，經(jīng)過(guò)調(diào)整可達(dá)到，當(dāng)CPU輸出的數(shù)字量從00H-FFH時(shí)，運(yùn)算放大器輸出04.98V的模擬電壓，該電壓經(jīng)傳感器可調(diào)節(jié)控制不進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與速度。通過(guò)8255A并行接口和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器電路連接，這樣就可以用計(jì)算機(jī)的軟件取代常規(guī)大的環(huán)形分配器。PA0-PA7的八個(gè)端口后接步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)繞組，光電隔離器TIL117是用作

18、電平轉(zhuǎn)換并防止電機(jī)電路對(duì)微處理器的干擾，驅(qū)動(dòng)電路由復(fù)合功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的三個(gè)繞組A相，B相，C相,D相。（1）人機(jī)接口A、采用鍵盤(pán)或BCD 碼盤(pán)作為輸入。B、采用LED 作為電源等指示標(biāo)志。C、采用蜂鳴器或揚(yáng)聲器作為警報(bào)裝置。D、采用數(shù)碼管作為顯示器。（2）機(jī)電接口采用光電偶合器作為微型機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的接口，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。（二）伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）控制部分方案選擇控制方案不外乎三種：開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。若在“機(jī)械傳動(dòng)”機(jī)構(gòu)中引出反饋給控制部分，再經(jīng)過(guò)比較放大的則為“半閉環(huán)控制”。如若是在“機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中引出反饋則為閉環(huán)控制。采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，一般情況下多采用開(kāi)環(huán)控

19、制。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與控制器提供的脈沖數(shù)有著正比關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)速與控制器提供的脈沖頻率成正比。因此通常在精確度要求不是很高時(shí)，采用步進(jìn)電機(jī)是合理的。當(dāng)然，由于步進(jìn)電機(jī)具有高頻易失步，負(fù)載能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)精度要求不高，載荷不大，因此采用開(kāi)環(huán)控制。（2）系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)中采用鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)輸入，并采用LED顯示器，它們均需要占用占用較多芯片口線，所以該系統(tǒng)是需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的。可編程并行接口8255A 是一種應(yīng)用廣泛的并行接口擴(kuò)展器件。它具有三個(gè)8 位并行口PA、PB、PC 由此提供了24 條口線。（三）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（1）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)主要涉及脈沖分配器的選擇問(wèn)題和驅(qū)動(dòng)電路

20、的選則問(wèn)題。時(shí)下脈沖分配器主要有兩種：一種是硬件脈沖分配器（國(guó)內(nèi)主要有YB 系列），另一種是軟件脈沖分配器。軟件脈沖分配器不需要額外的電路，相應(yīng)的降低了系統(tǒng)的成本，雖然這種方法占用了一定的計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間，但是在該設(shè)備中計(jì)算機(jī)有足夠的資源來(lái)?yè)?dān)當(dāng)脈沖分配任務(wù)。該系統(tǒng)采用軟件來(lái)進(jìn)行脈沖分配更為合理。單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路見(jiàn)圖3-5步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路采用斬波限流驅(qū)動(dòng)方式，這種電路采用單一高壓電源供電，以加快電流的上升速度，并通過(guò)對(duì)繞組電流的檢測(cè)，控制功放管的開(kāi)和關(guān)，使電流在控制脈沖持續(xù)期間始終保持在規(guī)定值上下，這種電路出力大，功耗小，效率高，目前應(yīng)用較廣。（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序電機(jī)的控制電路原理及控制

21、字節(jié)拍通電相控制字正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進(jìn)制十六進(jìn)制18A0000000101H27AB0000001103H36B0000001002H45BC0000011006H54C0000010004H63CD0000010105H72D0000011006H81DA0000011107H設(shè)電機(jī)總的運(yùn)行步數(shù)放在R4，轉(zhuǎn)向標(biāo)志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶標(biāo)志位F1（D5）中，當(dāng)F1為0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，為1時(shí)則反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時(shí)P1端口的輸出控制字01H,03H,02H,06H,04H,05H存放在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元20H27H中，28H中存放結(jié)束標(biāo)志00H，在29H2EH的存儲(chǔ)單元內(nèi)反轉(zhuǎn)時(shí)P1端口的輸出控制字01H,05H,0

22、4H,06H,02H,03H,在2DH單元內(nèi)存放結(jié)束標(biāo)志00H。（3）電機(jī)正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制程序PUSH A ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)MOV R4, #N ；設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器CLR C；ORL C, D5H ；轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1轉(zhuǎn)移JC ROTE；MOV R0, #20 ；正轉(zhuǎn)控制字首址指針AJMP LOOP；ROTE: MOV R0, #27H ；反轉(zhuǎn)控制字首地址LOOP: MOV A, R0；MOV P1, A ；輸出控制字ACALL DELAY ；延時(shí)INC R0 ；指針加1MOV A, #00H；ORL A, R0；JZ TRL；LOOP1: DJNZ R4, LOOP ；步數(shù)步為0轉(zhuǎn)移POP A ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)R

23、ET； ;返回TPL: MOV A, R0；CLR A；SUBB A, #06H；MOV R0, A；恢復(fù)控制字首指針AJMP LOOP1；DELAY: MOV R2, #M；DELAY1: MOV A, #M1；LOOP: DEC A；JNZ LOOP；DJNZ R2, DELAY1；RET；（四）運(yùn)動(dòng)控制器控制原理運(yùn)動(dòng)控制器由基卡和接口卡組成，如圖4-1所示。單卡可以同時(shí)控制1-4軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)?；闪薖C機(jī)與DSP通信電路，DSP輔助電路，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，CPLD譯碼、中斷、正交編碼處理電路，控制電壓轉(zhuǎn)換電路等。接口卡通過(guò)62針接頭與基卡相連。伺服使能、報(bào)警清除等輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔

24、離后通過(guò)25針接頭對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制或者連到I/O端子排進(jìn)行輸出；伺服電機(jī)編碼器反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)差分處理和光電隔離后輸入基卡，伺服使能、伺服報(bào)警信號(hào)，回零信號(hào)、限位信號(hào)和通用I/O信號(hào)等也通過(guò)光隔進(jìn)行輸入輸出。運(yùn)行過(guò)程中，PC機(jī)把粗插補(bǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)PC機(jī)與DSP通訊電路傳遞給DSP進(jìn)行時(shí)間分割精插補(bǔ)。在每一個(gè)伺服周期中，CPLD器件EPM7128和DSP各處理兩路反饋的正交編碼信號(hào)進(jìn)以獲取實(shí)時(shí)位置和速度，DSP進(jìn)行參數(shù)曲線的自適應(yīng)插補(bǔ)計(jì)算出理論插補(bǔ)位置，并與實(shí)際位置進(jìn)行比較獲取偏差值，以此作為輸入基于速度和加速度前饋進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，計(jì)算獲得速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號(hào)經(jīng)DAC7625進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大電路

25、放大后將模擬電壓量送伺服驅(qū)動(dòng)器以控制電機(jī)。外部的伺服報(bào)警信號(hào)、通用輸入信號(hào)、回零信號(hào)、限位輸入信號(hào)在CPLD中進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸入DSP的XINT1，只要有一個(gè)信號(hào)輸入就引起中斷，由中斷處理程序進(jìn)一步判斷后做出相應(yīng)處理。與單片機(jī)、PLC相比，采用運(yùn)動(dòng)控制卡有以下優(yōu)勢(shì)：1）友好界面：PC平臺(tái)控制系統(tǒng)受到機(jī)器操作員的普遍歡迎。與單片機(jī)和PLC方案的界面相比，PC機(jī)（顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、通訊端口、硬盤(pán)、軟驅(qū)等）具有無(wú)可比擬的輸入輸出能力。2）強(qiáng)大功能：由于PC機(jī)的強(qiáng)大功能以及雷賽控制卡的先進(jìn)技術(shù)，基于PC機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)所無(wú)法應(yīng)付的無(wú)數(shù)高級(jí)功能。3）開(kāi)發(fā)便利：用戶可使用V

26、B、VC、C+Buider等高級(jí)編程語(yǔ)言，快速開(kāi)發(fā)人機(jī)界面、調(diào)用成熟可靠的運(yùn)動(dòng)函數(shù)，在幾天或幾周時(shí)間內(nèi)完成強(qiáng)大控制軟件的開(kāi)發(fā)。修改和添加功能十分便利，而且開(kāi)發(fā)好的軟件極易移植到類似的機(jī)器中。4）成本優(yōu)勢(shì)：由于PC機(jī)成本持續(xù)下跌且雷賽控制卡具有很高的性價(jià)比，使得由此構(gòu)成的基于PC機(jī)和雷賽卡的控制系統(tǒng)在大多數(shù)運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合中具有良好的綜合成本優(yōu)勢(shì)。DSP TMS320LF2407 核心處理芯片 擴(kuò)展RAM 伺服電機(jī)×2 CPLD譯碼、中斷 編碼器處理電路 JTAG下 載口 電源管理/時(shí)鐘 控制器原理框圖PC-DSP通訊電路控制器基卡 差分信號(hào)處理 光電隔離電平轉(zhuǎn)換 電源輸入 控制電壓轉(zhuǎn)換

27、62針接頭 62針接頭25針接頭×2 I/O端子排 通用I/O 限位信號(hào) 回零信號(hào) 外部電源 接口卡 四、控制軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的軟件結(jié)構(gòu)有：子程序結(jié)構(gòu)、主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)及中斷程序結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中由銑床的工作原理要進(jìn)行直線插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)和圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)。（一）直線插補(bǔ)程序在機(jī)電設(shè)備中，執(zhí)行部件如要實(shí)現(xiàn)平面斜線和圓弧曲線的路徑運(yùn)動(dòng)，必須通過(guò)兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的合成來(lái)完成。在數(shù)控機(jī)床中，這是由X、Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，按照插補(bǔ)控制原理實(shí)現(xiàn)的。第一象限直線插補(bǔ)計(jì)算子程序框圖:直線插補(bǔ)程序第一象限直線插補(bǔ)： LP： ,定義堆棧指針 ,偏差單元清零 , ,初始化電動(dòng)機(jī) , ,計(jì)算

28、終點(diǎn)判別，Xe+Ye之低位 , , ,Xe+Ye之高位 ,低位相加，可能產(chǎn)生進(jìn)位 , ,電動(dòng)機(jī)上電 , ,2： 延時(shí)子程序 , 取偏差的高位 , 偏差< 0，去 ，調(diào)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)子程序 計(jì)算新偏差值，e , ,可向高位字節(jié)借位 , , , ,3： 終判值減 , , 可向高位字節(jié)借位 , , ,考慮低位字節(jié)借位 ,終判值判零 , 終判值不為零，去，否則插補(bǔ)結(jié)束 4： 調(diào)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)子程序 ,計(jì)算新偏差值，e , , , , ， 3： ，取X電動(dòng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)字 移位法 ： ，屏蔽無(wú)關(guān)位 ，保存電動(dòng)機(jī)狀態(tài)字，作為下次轉(zhuǎn)動(dòng)的基準(zhǔn) ，保存電動(dòng)機(jī)原狀態(tài)不變： ， ， ： ， ： ， ： ， ， ， ： ， 說(shuō)明： ）黑體字模塊為軟件環(huán)形分配器；）各變量地址分配如下：終判值，e，e，偏差值，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)字，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)字；以大地址格式(最低字節(jié)地址單元存放最高位數(shù)據(jù))存放各種數(shù)據(jù)；）上面的討論只是第一象限,其他三個(gè)象限的插補(bǔ)程序可以根據(jù)上面給出的“直線插補(bǔ)計(jì)算公式及進(jìn)給方向表”,然后仿照第