機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)_數(shù)控X_Y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求 3 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 4 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 53.1 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 5 5 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)矩慣量計(jì)算 6 工作載荷分析及計(jì)算 6 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 8 導(dǎo)軌的選型和計(jì)算 113.7 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 11第四章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 154.2 接口程序初始化及步進(jìn)電機(jī)控制程序 174.3 直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 19參考文獻(xiàn) 25 第一章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容任務(wù)是： 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。具體參數(shù)如下：最大銑刀直徑最大銑削寬度最大銑削深度加工材料工作臺(tái)加工范

2、圍（mm）最大移動(dòng)速度24 mm8mm5mm碳鋼X=300 Y=2503 m/min設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1.數(shù)控裝置總體方案的確定(1) 確定系統(tǒng)組成方案（組成框圖、功能、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖、主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說(shuō)明）。1.1.2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、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的初步估算；(3) 傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；(4) 伺服電機(jī)計(jì)算、選用；(5) 繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；1.1.3數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）確定數(shù)控系統(tǒng)裝置方案（組成框圖、功能、主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說(shuō)明）。(2) 電氣控制原理圖設(shè)計(jì)（CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路及伺

3、服驅(qū)動(dòng)電路）(3) 系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（控制流程圖）和部分功能控制軟件設(shè)計(jì)（匯編程序及流程圖）。 課程設(shè)計(jì)的要求 （1）機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙一張。要求視圖基本完整、符合要求。其中至少有一個(gè)坐標(biāo)軸的完整剖視圖。 （2）數(shù)控系統(tǒng)框圖（附在說(shuō)明書(shū)上）。 （3）數(shù)控電器圖，A1圖紙一張。 （4）軟件框圖（可附在說(shuō)明書(shū)上）。說(shuō)明書(shū)應(yīng)當(dāng)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，選用元件及其具體參數(shù)的說(shuō)明、軟件設(shè)計(jì)及其說(shuō)明等，說(shuō)明書(shū)不少于8000字第二章 系統(tǒng)的總體方案確定數(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

4、，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、比較和論證。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。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?？紤]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)。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?？?/p>

5、制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)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(pán)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。XY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。 為了減少了零件的數(shù)目和中間環(huán)節(jié)的影響，精度高，效率高，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠相連。但此種連接對(duì)安裝、加工的要求較高，選用撓性聯(lián)軸器，如膜片聯(lián)軸器，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩較大，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

6、亦大，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性將產(chǎn)生不利影響。系統(tǒng)總體框圖如下:第三章 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，機(jī)械部件的總體尺寸、質(zhì)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。脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定脈沖當(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，由于定位精度為因此選擇脈沖當(dāng)量為。根據(jù)脈沖當(dāng)量和系統(tǒng)總體方案，傳動(dòng)比為1，直接用聯(lián)軸器將電機(jī)和絲杠直接連接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。初選導(dǎo)程 =5mm 滾珠絲杠，電動(dòng)機(jī)步距角 。傳動(dòng)比計(jì)算公式 暫選130BF001型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其具體參數(shù)如下：型號(hào)步距角相數(shù)電壓(V

7、)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)矩(N.M)空載啟動(dòng)頻率()空載運(yùn)行頻率()轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分配方式重量(Kg)130BF0010.75/1.5580/1210300016000五相十拍工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)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。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=320*270*40重量:按重量=體積*材料比重估算為: = N=270NY向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=N=320N上導(dǎo)軌(含電機(jī))估算重量為：260N夾具及工件重量:150NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:270N+320N+260N+150N=1000N傳動(dòng)系統(tǒng)

8、等效轉(zhuǎn)矩慣量計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載，選用電機(jī)時(shí)必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)部件并不都是與電機(jī)軸同軸線，還存在各轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸的折算問(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)慣量對(duì)于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器、絲桿等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為 .1電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.2初選聯(lián)軸器直徑 ，長(zhǎng)度聯(lián)軸器等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.3初選絲杠直徑，初步估計(jì)絲杠長(zhǎng)度。滾珠絲杠等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量工作臺(tái)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳動(dòng)系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 工作載荷分析及計(jì)算銑削力的分析與計(jì)算銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給（

9、鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。圓柱銑刀和端銑刀的且學(xué)部分都可看做車(chē)道到頭的演變，銑刀的每一刀齒相當(dāng)于一把車(chē)刀。通常假定銑削時(shí)銑刀受到的銑削力是作用在刀尖的某點(diǎn)上。設(shè)刀齒上受到切削力的合理為F，將F沿銑刀軸線、徑向和切向經(jīng)行分解，則分別為軸向銑削力 ，徑向銑削力 和切向銑削力 。其中切向銑削力 是沿銑刀主運(yùn)動(dòng)方向的分離，它消耗銑床電機(jī)功率（即銑削功率）最多。根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程選銑刀。根據(jù)最大銑刀直徑24mm，最大銑削寬度，最大銑削深度選擇莫氏錐柄立銑刀,銑刀材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳鋼。選取工進(jìn)的最大速度為，選定銑刀轉(zhuǎn)速，銑刀的齒數(shù)為

10、 Z=5，則每齒進(jìn)給量 =v/(zn)=400/(5*400)mm=0.2mm。因此銑削力為： = =1958N進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算作用在工作臺(tái)上的合力與銑刀刀齒上受到的銑削力的合力F大小相同，方向相反，合力就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力：工作臺(tái)縱向進(jìn)給力方向載荷，工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷。工作臺(tái)工作載荷、和與銑刀的切向銑削力之間有一定的經(jīng)驗(yàn)比值。因此，求出后，即可計(jì)算出工作臺(tái)的計(jì)算載荷、和。滾珠絲杠螺母副的選型和校核滾珠絲杠螺母副類型選擇G.GD系列滾珠絲杠副 規(guī)格代號(hào)公稱直徑Do公稱導(dǎo)程Pho絲杠外徑d滾珠直

11、徑Dw螺旋升角絲杠底徑d1循環(huán)列數(shù)螺母安裝連接尺寸 注油孔額定動(dòng)載荷Ca(KN)額定靜載荷Coa(KN)接觸剛度KcN/umGGDDDDLBDDhiTGGD2505-230528.2333926.722+24066534070115.5105.7553M67174502505-333+34680223282505-444+4509014346502005-3絲杠。滾珠絲杠螺母副的校核最大工作載荷滾珠絲杠上的工作載荷 是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。綜合導(dǎo)軌的工作載荷，式中：，分別

12、為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷、垂直載荷和橫向載荷（N）；G為移動(dòng)部件的重力（N）；K和分別為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式的不同。對(duì)于綜合導(dǎo)軌，如果是滾動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，現(xiàn)取因此有， 最大動(dòng)負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸初選滾動(dòng)絲杠最大動(dòng)載荷C可用下式計(jì)算：，式中：L為工作壽命，單位為，；n為絲杠轉(zhuǎn)速，；v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，為所預(yù)選的滾珠絲杠的導(dǎo)程，待剛度驗(yàn)算后再確定；t為額定使用壽命（h），可取t=15000h；為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無(wú)沖擊取11.2，一般情況取1.21.5，有沖擊振動(dòng)取1.52.5；為滾珠絲杠工作載荷（N）。初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的個(gè)定動(dòng)載荷不得小于最大動(dòng)載

13、荷C；。其中：，那么，其中，因?yàn)?，所以所選滾珠絲杠螺母副符合最大動(dòng)載荷要求。.3傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為3.5.2.4剛度驗(yàn)算滾珠絲杠計(jì)算滿載時(shí)拉壓形量其中L取300mm，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形其中：，滾珠絲杠副剛度驗(yàn)算：絲杠的總變形量應(yīng)小于允許的變形量。一般不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半?；蛘?，由絲杠精度等級(jí)查出規(guī)定長(zhǎng)度上允許的螺距誤差，則相應(yīng)長(zhǎng)度上的變形量應(yīng)該比它曉。否則，應(yīng)考慮選用較大公稱直徑的滾珠絲杠。機(jī)床的定位精度為，。因此所選的滾珠絲杠副剛度符合要求。3.5.2.5壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而

14、產(chǎn)生縱向屈曲，即失去穩(wěn)定。失穩(wěn)時(shí)的載荷載荷為其中，（絲杠承載方式系數(shù)，選用一端固定，一端簡(jiǎn)支方式），I為截面慣量距，臨界載荷與絲杠工作載荷之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果大于需用穩(wěn)定安全系數(shù)，則該滾珠絲杠就不會(huì)失穩(wěn)。因此，滾珠絲杠的壓桿穩(wěn)定條件為：因此，所選滾珠絲杠符合穩(wěn)定性要求。導(dǎo)軌的選型和計(jì)算初選GDA20滾動(dòng)導(dǎo)軌，額定動(dòng)載荷。滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離壽命的計(jì)算：當(dāng)導(dǎo)軌面的硬度為5864HRC時(shí)，；當(dāng)工作溫度不超過(guò)100C時(shí)，；為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝兩個(gè)滑塊時(shí)；為載荷/速度系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)，取1.3；F為每個(gè)滑塊上的工作載荷，因此選用的導(dǎo)軌滿足要求。步距角的選擇查表初選步距角步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的選擇

15、空載啟動(dòng)力矩加速度力矩運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間 空載摩擦力矩式中，G為移動(dòng)部件的總重量（N）；為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；為齒輪傳動(dòng)降速比；為傳動(dòng)系數(shù)總效率；為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。（3） 附加摩擦力距式中，為滾珠絲杠預(yù)加載荷，即預(yù)緊力，一般取的的；為進(jìn)給牽引力（N）；為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率。空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算按照計(jì)算出的空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，查表2-17得出最大靜轉(zhuǎn)矩 帶負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩（1） 加速度力矩運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間 （2） 空載摩擦力矩 （3） 附加摩擦力距 （4） 作用在工作臺(tái)的合理折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩帶負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)部件正常

16、運(yùn)行時(shí)所需的最大靜轉(zhuǎn)矩按照和中的較大者選取步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，并要求，因此選用130BF001步進(jìn)電機(jī)可以符合要求。距頻特性校核啟動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。由式（4-17）可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低， 運(yùn)行矩頻特性校核(1) 快進(jìn)運(yùn)行距頻特性校核最高運(yùn)行頻率快進(jìn)力矩查130BF001的運(yùn)行距頻特性，所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行距頻大于5000Hz工進(jìn)運(yùn)行距頻特性校核工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率摩擦力矩工作負(fù)載

17、力矩折算到電機(jī)上的力矩工進(jìn)時(shí)電機(jī)運(yùn)行力矩查130BF001的運(yùn)行距頻特性， (允許工進(jìn)頻率)。 驗(yàn)算慣量匹配電動(dòng)機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)矩慣量與電機(jī)軸自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值應(yīng)該控制在一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大，也不應(yīng)太少，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于負(fù)載特性，由于工作條件的變化而引起的負(fù)載質(zhì)量、剛度、阻尼等的變化，將導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性也隨之產(chǎn)生較大變化，使伺服系統(tǒng)綜合性能變差，或給控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成困難。如果該比值太小，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)選擇或傳動(dòng)比設(shè)計(jì)不太合理，經(jīng)濟(jì)性較差。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的匹配，一般應(yīng)將比值控制在之間。由此可見(jiàn)，符合慣量匹配要求。經(jīng)過(guò)以上討論，選用130BF001步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以滿足要求

18、。由于Y方向與X方向的要求相差不多，可以選用同樣的絲杠，導(dǎo)軌，電機(jī)經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，選用的零件以下列表：滾珠絲杠滾動(dòng)導(dǎo)軌混合式步進(jìn)電機(jī)X方向2005-3GDA20滾動(dòng)導(dǎo)軌130BF001Y方向2005-3GDA20滾動(dòng)導(dǎo)軌130BF001第四章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲(chǔ)器RAMROM外設(shè)：鍵盤(pán)，顯示器，打印機(jī)，磁盤(pán)機(jī)，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號(hào)變換控制對(duì)象4.1.2微處理器選擇在以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中，大多數(shù)采用MCS-51系列單片機(jī)的8031芯片，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展存儲(chǔ)器、接口和面板操作開(kāi)關(guān)等，組成功能較完善、抗干擾性能較強(qiáng)的控制系統(tǒng)。8031內(nèi)

19、部包含一個(gè)8位CPU，128字節(jié)的RAM，兩個(gè)16位的定時(shí)器，四個(gè)8位并行口，一個(gè)全雙工串行口，可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各64K，有5個(gè)中斷源。4.1.3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，它們均需要占用較多芯片口線，所以該系統(tǒng)需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展?？删幊滩⑿薪涌?155A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。圖4-1 擴(kuò)展連線4.1.4顯示模塊與鍵盤(pán)連接如圖3-2，通過(guò)P1口及譯碼器的鍵盤(pán)和顯示接口電路。這里由P1口的準(zhǔn)雙向口功能可以實(shí)現(xiàn)一口多用。首先，使P1口的低4位輸出字形代碼；P1口的高4位輸出一個(gè)位掃描字，經(jīng)38譯碼

20、器后顯示某一位，并持續(xù)1ms。各位掃描一遍之后，關(guān)掉顯示。其次，使P1口的高4位轉(zhuǎn)為輸入方式，使P1口的低4位輸出鍵掃描信號(hào)，有鍵按下時(shí)，轉(zhuǎn)入鍵譯碼和處理程序。圖32 通過(guò)P1口及譯碼器的鍵盤(pán)和顯示接口電路4.1.5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)的脈沖分配由軟件完成。（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)

21、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。本設(shè)計(jì)選用功率放大器。接口程序初始化及步進(jìn)電機(jī)控制程序 8255A初始化程序INTT: MOV DX, 8155A控制端口MOV AL, 86HOUT DX, ALMOV AL, 05HOUT DX, AL4.2.2 40H類型中斷服務(wù)程序MOV DX, 8155AIN AL, DXIRET4.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序

22、電機(jī)的控制電路原理及控制字 節(jié)拍通電相控制字正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進(jìn)制十六進(jìn)制110A0000000000H29AB0000000101H38B0000001103H47BC0000001002H55C0000011006H65CD0000011107H74D0000010105H83DE0000010004H92E000011000CH101EA0000011010DH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00H,01H,03H,02H,06H,07H,05H,04H,0CH,0DH存放在片內(nèi)數(shù)據(jù)

23、存儲(chǔ)單元20H29H中，2AH中存放結(jié)束標(biāo)志00H，在2BH36H的存儲(chǔ)單元內(nèi)反轉(zhuǎn)時(shí)P1端口的輸出控制字00H,0DH,0CH,04H,05H,07H,06H,02H,03H,01H,00H存放在37H單元內(nèi)存放結(jié)束標(biāo)志00H。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, #2BH ；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)I

24、NC 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)RET； ；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；直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)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，

25、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。直線插補(bǔ)程序的設(shè)計(jì)用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線插補(bǔ)計(jì)算，每走一步，都需要以下四個(gè)步驟：偏差判別：判別偏差或，從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個(gè)方向進(jìn)給。偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后，計(jì)算新的加工偏差。終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)算器減1.若為0，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)；不為0，則返回到第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)算判別可用兩個(gè)方向坐標(biāo)值來(lái)判斷，也可由一個(gè)方向的坐標(biāo)值來(lái)判斷。當(dāng)，可用X方向走的總步數(shù)作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，如動(dòng)點(diǎn)X等于終點(diǎn)則停止。當(dāng)，則用Y方向走的總步數(shù)作為終點(diǎn)判別的依

26、據(jù)。由此，第一象限直線插補(bǔ)程序的算法如圖：程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)程序時(shí)，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點(diǎn)坐標(biāo)值、，動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值X,Y，偏差。對(duì)8位機(jī)，一般可用2字節(jié)，而行程較大時(shí)則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長(zhǎng)度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進(jìn)行初始化，如設(shè)置初始值、X、Y向步進(jìn)電機(jī)初態(tài)（控制字）。插補(bǔ)程序所用的內(nèi)存單元如下：28H29H2AH2BH2CH70HXY電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為：D0D1D2D3D4D5D6D7D1D0為X向電機(jī)控制位。D0=1運(yùn)行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D2D3為Y向電機(jī)控制位。D2=1運(yùn)行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。第一象限直線插補(bǔ)

27、的程序如下：ORG 2000HMIAN: MOV SP, #60H;LP4: MOV 28H,#0C8H; MOV 29H,#0C8H; MOV 2AH,#00H; X MOV 2BH,#00H; Y MOV 2EH,#00H; F MOV 70H,#0AH; LP3: MOV A,2EH; JB ACC.7,LP1 MOV A,70H MOV 70H,A; LCALL MOTR; LCALL DELAY; MOV A,2EH;SUBB A,29;INC 2AH;AJMP LP2;LP1: MOV A,70H LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A,2EH ADD A,28H

28、LP2: MOV 2EH,A MOV A,28H CJME A,2AH,LP3 RET程序中MOTR為步進(jìn)電機(jī)的控制子程序。4.3.2 圓弧插補(bǔ)程序的設(shè)計(jì)逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法的圓弧的插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程和直線插補(bǔ)過(guò)程基本相同，也分為偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算和終點(diǎn)判別四個(gè)步驟。不同點(diǎn)在于：（1）偏差計(jì)算公式步進(jìn)與前一點(diǎn)偏差有關(guān)，還與前一點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)，在計(jì)算偏差的同時(shí)要進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算。（2）終點(diǎn)的判別是以一個(gè)方向的坐標(biāo)值與終點(diǎn)坐標(biāo)值相比較判斷其是否相等為判據(jù)。若，則以X是否等于作為終點(diǎn)判據(jù)；若，則以Y是否等于作為終點(diǎn)判據(jù)。第一象限逆圓弧插補(bǔ)程序算法如圖：程序設(shè)計(jì)和直線插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)一樣，也在內(nèi)存中開(kāi)辟存儲(chǔ)

29、單元用以存放有關(guān)數(shù)據(jù)。在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放懂點(diǎn)坐標(biāo)X和Y，其初始值為起點(diǎn)坐標(biāo)值，其后依據(jù)坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果而變化，存放終點(diǎn)坐標(biāo)值，以及存放偏差飛存儲(chǔ)單元。第一象限逆圓弧插補(bǔ)程序如下： XL EQU 18H XH EQU 19H YL EQU 28H YH EQU 29H L EQU 1AH H EQU 1BH L EQU 2AH H EQU 2BH FL EQU 2CH FH EQU 2DHORG 2400HMAIN: MOV SP,#60H; MOV 70H,#08H; MOV XL,#80H;XL MOV XH,#0CH;XH MOV L,#80H; L MOV H,#0CH; H MOV L,#00H; L MOV H,#00H; H MOV YL,#00H; YL MOV YH,#00H; YH MOV FL,#00H; FL MOV FH,#00H; FHLP3: MOV A,FH JNB ACC.7,LP1 MOV A,70H LCALL MOTR MOV R1,#28H MOV R0,#1CH MOV R7,#0