X-Y工作臺(tái)總體方案教學(xué)文稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。X-Y工作臺(tái)總體方案-前言工作臺(tái)是機(jī)床上必不可少的部件，工作臺(tái)的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)在生產(chǎn)實(shí)踐中還有很多現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的許多普通機(jī)床和閑置設(shè)備，經(jīng)過(guò)數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且能有效的適應(yīng)多品種，小批量的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。X-Y數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車(chē)床的縱-橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。因此

2、，選擇X-Y數(shù)控工作臺(tái)作為機(jī)電綜合課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，具有普遍意義?？傮w方案的確定2.1機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇導(dǎo)軌副的選用常用的導(dǎo)軌副有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌。下面我們大概對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行一下對(duì)比如下表所示。電機(jī)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和維修方便導(dǎo)向精度不高普通機(jī)床滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度高、精度高、摩擦系數(shù)小、運(yùn)動(dòng)靈活抗震性差、接觸應(yīng)力大精密機(jī)床、測(cè)量?jī)x器要設(shè)計(jì)的數(shù)控銑床作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度不高，因此選用直線(xiàn)滑動(dòng)矩形導(dǎo)軌副，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和維修方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高等特點(diǎn)。2.1.2絲杠螺母副的選用本次課程設(shè)計(jì)所要求設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)單的經(jīng)

3、濟(jì)型x-y數(shù)控工作臺(tái)，可用于數(shù)控鉆床上，提高工作效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)要求中，工作臺(tái)尺寸并不大，切削力小，重復(fù)定位精度也不高。工作臺(tái)行程也比較小，經(jīng)比較傳動(dòng)部分選滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)更有利于結(jié)構(gòu)的緊湊性。2.2控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、I/O接口、步進(jìn)電機(jī)、脈沖分配器、功率放大器電路及光電隔離電路等組成。設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線(xiàn)插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。2.3總體方案的擬定考慮到定位精度要求不高和經(jīng)濟(jì)性的原因，以及目前國(guó)內(nèi)外很多機(jī)床廠生產(chǎn)的此類(lèi)機(jī)床均采了開(kāi)環(huán)控并制取得了很好的效果，因此本次設(shè)計(jì)采用開(kāi)

4、環(huán)控制系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)部件采用滾珠絲杠傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作可靠穩(wěn)定性好，選用MCS-51-8031單片機(jī)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)兩個(gè)三相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，又由于工作負(fù)載很小，可以由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)而不需要中間減速裝置，初步擬定總體方案如圖2-1所示：圖2-1X-Y工作臺(tái)總體方案機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型31基本參數(shù)預(yù)置3.1.1導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算重量：按重量=體積材料比重估算（灰鑄鐵HT200的密度為7.2g/cm3）工作臺(tái)面尺寸：250mm250mm20mm工作臺(tái)重量=25mm25mm2mm7.2g/cm31010-3=90N。上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：600N負(fù)載重量:G=500

5、N；X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量G約為：1200N3.1.2銑削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳素鋼。則由表2-1得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為：其中：側(cè)吃刀量=15mm，每齒進(jìn)給量=0.1mm/Z，銑刀直徑d=15mm，銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min，銑刀齒數(shù)Z=3，背吃刀量=8mm。直接帶入計(jì)算得：=1463N采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可查表2-1得出，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：=1609.3N；=624.34N；=365.75N。現(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為縱向銑削力（絲杠軸線(xiàn)

6、方向），徑向銑削力32滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)與直徑的選擇滾珠絲杠的選擇包括其精度選擇、尺寸規(guī)格(包括導(dǎo)程與公程直徑)、支承方式等幾個(gè)方面的內(nèi)容。滾珠絲杠副的承載能力用額定動(dòng)載荷或額定靜載荷來(lái)表示,在加工中心的設(shè)計(jì)中一般按額定動(dòng)載荷來(lái)確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，對(duì)細(xì)長(zhǎng)而又承受壓縮載荷的滾珠絲杠作壓桿穩(wěn)定性核算。3.2.1最大工作載荷的計(jì)算在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線(xiàn)平行）為=1609.3N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線(xiàn)垂直）為=365.75N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）為=624.34N。已知移動(dòng)部件的總重量G=1200N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表2-9，取傾覆力矩影

7、響系數(shù)K=1.1，滑動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷為：=1.11609.3(624.34+365.75+1200)=3960.32N3.2.2最大動(dòng)載荷的計(jì)算工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程ph=6mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速=66.7r/min滾珠絲杠副壽命的計(jì)算公式：，單位：，（其中T為使用壽命：普通機(jī)械取T=500010000h，數(shù)控機(jī)床及一般機(jī)電設(shè)備取T=15000h，n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）所以取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得絲杠壽命系數(shù)=60.03。最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算公式：查表2-4、2-8，取載荷系數(shù)，滾道硬度為60

8、HRC時(shí)，取硬度系數(shù)，所以滾珠絲杠副的最大動(dòng)載荷=18608.05N3.2.3初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選擇G系列4006-4型滾珠絲杠副，精度等級(jí)取5級(jí)，其額定動(dòng)載荷為20440N，大于，滿(mǎn)足要求。其幾何參數(shù)如下：3.2.4傳動(dòng)效率的計(jì)算滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，一般大于90%。將滾珠絲杠副的公稱(chēng)直徑d0=40mm，導(dǎo)程Ph=6mm，代入，得絲杠螺旋升角。根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：。滾珠絲杠副的摩擦系數(shù)，其。代入，得傳動(dòng)效率，所以該滾珠絲杠副合格。3.2.5絲杠工作長(zhǎng)度滾珠絲桿副的左、右支承的中心距離約為：取則mmmm33滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算3.

9、3.1絲杠的支承方式及軸承的選擇由于絲杠主要承受軸向力，大多采用推力軸承作支承，又因?yàn)楣ぷ髋_(tái)的負(fù)載不大，根據(jù)各滾珠絲杠副支承方式的特點(diǎn)，采用“單推-單推”的支承方式作為上下兩層滾珠絲杠副的支承方式，絲杠的兩端各采用一個(gè)推力球軸承。軸承名稱(chēng)軸承型號(hào)公稱(chēng)直徑結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)記額定動(dòng)載荷數(shù)量推力球軸承5120735mmd=35mm,T=18mm,D=62mm滾動(dòng)軸承51207GB/T301199539.2KN23.3.2剛度的驗(yàn)算左、右支承的中心距離約為a=600mm；鋼的彈性模量E=2.1105MPa；滾珠直徑DW=3.969mm，絲杠底徑d2=35.2mm，絲杠截面積。1、絲杠的拉伸或壓縮變形量1在總

10、變形量中的比重較大，可按下式計(jì)算：式中：Fm絲杠的最大工作載荷，單位為Na絲杠兩端支承間的距離，單位為mmE絲杠材料的彈性模量，鋼的E=2.1105MPaS絲杠按底徑d2確定的截面積，單位為mm2M轉(zhuǎn)矩，單位為NmmI絲杠按底徑d2確定的截面積慣性矩（），單位為mm4忽略式中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量為2、滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量2有預(yù)緊時(shí)式中DW滾珠直徑，mmZ滾珠總數(shù)量，=Z圈數(shù)列數(shù)Z單圈滾珠數(shù)，（內(nèi)循環(huán)）FYJ預(yù)緊力，單位N根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=27；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為42，代入公式：Z=Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z=216。絲杠預(yù)緊時(shí)

11、，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3=1320.11N。則由式2-7，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量：mm因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小1/3，2=0.000035mm。3、將以上算出的和代入。絲杠的有效行程為300mm，由表3-27【3】35知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。3.3.3壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠是屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)校核其壓桿穩(wěn)定性，失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)滿(mǎn)足：式中Fk臨界載荷，單位Nfk絲杠支承系數(shù)，如表所示K壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時(shí)取

12、小值；a滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm。查表，取fk=1；由絲杠底徑d2=35.2mm，求得截面慣性矩：；壓桿穩(wěn)定系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值600mm。代入式，得臨界載荷，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=3960.32N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求。34滾珠絲杠副的預(yù)緊力F的確定為了消除軸向間隙，增加絲杠副的剛性和定位精度，在絲杠螺母間加以預(yù)緊力。過(guò)大的值將引起滾珠絲杠壽命下降及摩擦力矩增大，而偏小，會(huì)產(chǎn)生軸向載荷作用下出現(xiàn)間隙影響定位精度。因此，一般情況下取：所以：35滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力F的確定為減小或消除絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲

13、變形，補(bǔ)償因工作溫度和六螺角母溫度升高而引起的絲杠伸長(zhǎng)，保證滋珠絲杠在正常使用時(shí)的定位精度和提高滾珠絲杠的系統(tǒng)剛性，對(duì)有快速驅(qū)動(dòng)并有定位精度要求的滾珠絲杠副其絲杠副軸、需要進(jìn)行預(yù)拉伸力，決定拉伸力時(shí)還應(yīng)考慮到絲杠兩端支承軸承允許的預(yù)緊力的大小。一般情況下?。核裕?6機(jī)械傳動(dòng)剛度的計(jì)算和校核3.6.1絲杠軸支承剛度的確定絲杠軸的支承剛度計(jì)算公式為：式中，d為絲杠名義直徑（mm），為絲杠作用長(zhǎng)度（mm），。由于選用的兩根絲杠為同一類(lèi)型，且直徑大小一樣，故此處只計(jì)算最長(zhǎng)一根絲杠。當(dāng)拖板處于最兩端為時(shí)，即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端，此時(shí)，滾珠絲杠副具有最大的拉伸剛度：當(dāng)拖板處于中間位置時(shí)，（在

14、時(shí)），即滾珠絲杠的螺母中心位于滾珠絲杠兩支承距離的中心，此時(shí)，滾珠絲杠副具有最小的拉伸剛度：3.6.2滾珠絲杠與螺母間的接觸剛度的確定滾珠絲杠與螺母間的接觸剛度的計(jì)算公式為：式中：為預(yù)緊力（N），為滾珠直徑（mm），為滾珠數(shù)量，取，代人公式得:3.6.3軸承軸向接觸剛度的確定推力球軸承軸承軸向接觸剛度：式中：為軸承承受的的軸向工作載荷（N），Z為軸承的滾動(dòng)體數(shù)，為軸承的滾動(dòng)體直徑（mm）因?yàn)?，代人公式?jì)算得：3.6.4機(jī)械傳動(dòng)綜合抗壓剛度，的計(jì)算在忽略支承座和螺母座剛度的情況下機(jī)械傳動(dòng)部的剛度主要為：絲杠軸的支承剛度、滾珠絲杠螺母副的接觸剛度和軸承載的軸向接觸剛度。分別以、代表。則機(jī)械傳動(dòng)的綜

15、合拉伸剛度為：所以：37計(jì)算電機(jī)軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩，選取步進(jìn)電機(jī)并校核3.7.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算計(jì)算電機(jī)軸上的慣量由兩部分組成：一部分是做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量，另一部分是做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量。1、絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由式得絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：2、工作臺(tái)上的負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由公式得工作臺(tái)上的負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：因?yàn)橛刹竭M(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)而不需要中間減速裝置，所以傳動(dòng)比，所以絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：絲杠傳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算1.加速轉(zhuǎn)矩：(1)當(dāng)時(shí)，（2）當(dāng)時(shí)，2.摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為：其中，為進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效

16、率，絲杠與電動(dòng)機(jī)直接相連時(shí)，取，則：3.切削轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為：其中，則：4.附加摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為：其中，一般取所以，快速空載啟動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩：最大切削負(fù)載時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩：綜上計(jì)算，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：頻率的計(jì)算任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快加工進(jìn)給速度，脈沖當(dāng)量，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率，即最高運(yùn)行頻率為：任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的頻率

17、，最高啟動(dòng)頻率為：步距角的計(jì)算由公式可得電動(dòng)機(jī)的步距角為：步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核1、步進(jìn)電機(jī)的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩、步距角、最高工作頻率、最高啟動(dòng)頻率等查表選擇110BYG350CH-O5O1型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其性能參數(shù)如下：最大靜轉(zhuǎn)矩：，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：步距角：，相數(shù)：三相，分配方式：3相6拍相電流：5A，空載啟動(dòng)頻率：24000（步/S），空載運(yùn)行頻率：8000（步/S）電阻：0.76，電感：45mH。重量：外形尺寸：2、步進(jìn)電機(jī)的校核由表2-48給出的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可得：則該電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩：，大于，可以再規(guī)定的時(shí)間里正常啟動(dòng)，故滿(mǎn)足要求。為

18、了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿(mǎn)足式（2-67），即因?yàn)?，故滿(mǎn)足慣量匹配要求。綜上所訴，110BYG350CH-O5O1型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。第四章工作臺(tái)電氣控制部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1工作臺(tái)電氣控制部分整體方案設(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2764EPROM和一片6264RAM。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展均為。擴(kuò)展電路為一片8155。8155的PA0PA7和PB0口接LED反映當(dāng)前運(yùn)行的9個(gè)狀態(tài)：LED1燈亮表示X軸負(fù)方向禁止通行，LED2燈亮表示X軸正方向禁止通行，LED3燈亮表示Y軸負(fù)方向禁止通行，LE

19、D4燈亮表示Y軸正方向禁止通行，LED5燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向X軸負(fù)方向通行，LED6燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向X軸正方向通行，LED7燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向Y軸負(fù)方向通行，LED8燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向Y軸正方向通行，LED9亮表示系統(tǒng)通電運(yùn)行。PA口高四位反映觸發(fā)中斷0的4個(gè)行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。PA口低4位和PB0口反映了X+運(yùn)行、X-運(yùn)行、Y+運(yùn)行、Y-運(yùn)行、系統(tǒng)通電運(yùn)行的狀態(tài)。PC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，步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。8031的P1口為鍵盤(pán)形輸入口，這8個(gè)按扭意義如下：符號(hào)含義符號(hào)含義A系統(tǒng)啟動(dòng)EY軸加速B系統(tǒng)停止FY軸減速C

20、X軸加速GX軸停止DX軸減速HY軸停止其總體設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示：圖4-1電氣部分總體控制圖42數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路總體設(shè)計(jì)4.2.1數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路數(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(xiàn)。包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)，地址總線(xiàn)，控制總線(xiàn)。（3）存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。（4）接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖4-2所示：圖4-2數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成框圖4.2.2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

21、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3芯片作為主控芯片。4.2.3存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)（1）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展：?jiǎn)纹瑱C(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：2716，2732，2764，27128，27256，27512，其容量分別為2k,4k,8k,16k，32k，64k。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(mǎn)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(xiàn)，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)

22、線(xiàn)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2764EPROM芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如圖4-3所示：圖4-38031擴(kuò)展8KBEPROM的接線(xiàn)圖（2）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(mǎn)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6116，6264，61256靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其容量分別為2k，8k，32k。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)展電路如圖4-

23、4所示：圖4-48031擴(kuò)展8KBRAM的接線(xiàn)圖4.2.4擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)單片機(jī)共有個(gè)位并行接口，但供用戶(hù)使用的只有1口及部分3口線(xiàn)。因此要進(jìn)行口的擴(kuò)展。通用可編程接口芯片與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155與8031的連接方式如下圖4-5所示：圖4-58031擴(kuò)展I/O口的接線(xiàn)圖43驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路一般包括脈沖分配器、功率放大器和光電隔離電路。其框圖結(jié)構(gòu)如圖4-6所示:圖4-6驅(qū)動(dòng)電路組成框圖(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)。實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方

24、法有三種：集成脈沖分配器、軟件脈沖分配器和專(zhuān)用脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用軟件脈沖分配器。其分配狀態(tài)如下表所示：三相六拍分配狀態(tài)表（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。光電耦合器接線(xiàn)圖如圖4-7所示：圖4-7光電隔離電路接線(xiàn)圖（3）功率放大器：脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)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。步進(jìn)電機(jī)所使用的慣量放大電路有單電壓型

25、、高低壓型。高低壓型效率高，高速性能好，所以本設(shè)計(jì)選用高低壓型功率放大電路。如圖4-8所示。圖4-8高低壓功率放大電路4.3.1驅(qū)動(dòng)回路的時(shí)間常數(shù)三相六拍工作方式的工作脈沖，每相工作兩拍改變一次通電狀態(tài)，為使每一拍都能正常工作，每拍脈沖寬度的2/3時(shí)間內(nèi)相電流上升至額定電流的60%，即：負(fù)載回路的時(shí)間常數(shù)為：若選用線(xiàn)路簡(jiǎn)單的串聯(lián)電阻法改善電流上升沿，其時(shí)間常數(shù)為,則（其中），需要串聯(lián)這么大的電阻，在該電阻上損失的功率為2793.5W，顯然很不合理，所以采用雙電源電路，如圖所示：在控制脈沖2/3寬度時(shí)間內(nèi)相電流達(dá)到額定電流的60%，即，這個(gè)時(shí)間內(nèi)也就是高壓電路工作時(shí)間，即單穩(wěn)翻轉(zhuǎn)時(shí)間，其值為從式

26、可得高壓電源電壓元器件的確定1、選用復(fù)合管由以上計(jì)算的時(shí)間常數(shù)，并為使電路簡(jiǎn)單、緊湊、功率放大級(jí)的選用復(fù)合管YZ26D（虛擬），其性能參數(shù)如下表所示：YZ26D性能表（V）（V）（V）（mA）（V）（V）（A）（W）（C）48048094.567.560001000015403002、確定、由性能數(shù)據(jù)可知，故，而負(fù)載，取，的基極的電流，式中，電流放大倍數(shù)。因此等效輸入電阻為：，光耦合器光敏三極管的輸出等效電路見(jiàn)圖4.9：圖4.9光耦合器光敏三極管的輸出等效電路圖從等效電路可得，選用耦合器輸入電流：，（最大電流為50mA），電流傳輸比，所以有：解以上方程組得：3、確定（或）前面已經(jīng)選定光電耦合器

27、輸入電流，根據(jù)資料的光電耦合器輸入正向壓降為1.3V，所以4、確定、等效圖與圖4.9類(lèi)似，可得電流上升沿陡，希望工作處于飽和狀態(tài)，首先確定其基級(jí)電流（1）負(fù)載的平均阻抗：（2）的飽和電流：基極電流應(yīng)為：光耦合器輸入電流，所以,取，光耦合器輸出級(jí)電流，因此（3）求在期間，是變化的，變化范圍近似為至，取平均值：（4）的等效輸入電阻為、分別為,取（5）確定為提供給單穩(wěn)和驅(qū)動(dòng)門(mén)足夠的輸入電流（各5mA），所以（6）、選擇、選用大昌電子6A4G型普通塑封整流二極管，其性能參數(shù)見(jiàn)下表2CZ56B性能表最高反向電壓（V）正向整流電流（A）不重復(fù)正向浪涌電流（A）正向壓降（V）頻率（KHz）40064001.

28、12.5（7）單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74221反轉(zhuǎn)時(shí)間的確定當(dāng)單穩(wěn)74221的清除端加高電平、A端加低電平時(shí)，B端正躍變可使單穩(wěn)的Q端從低電平變?yōu)楦唠娖?，?jīng)一段時(shí)間自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑謴?fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。Q端輸出一個(gè)脈沖，脈沖寬度由外接電阻和決定。如圖所示，脈沖寬度，所以，取,則圖4.1044系統(tǒng)相關(guān)控制程序流程設(shè)計(jì)限位檢測(cè)模塊程序流程圖如圖4.11所示:圖4.11限位檢測(cè)模塊程序流程圖45零件加工程序設(shè)計(jì)用16的立銑刀銑如圖4.12所示的輪廓：圖4.12O0000N01G92X50Y70Z50；N20G90G00X40Y60；N30Z-5M03S900；N40G01G42D16X20F80；N50G03X

29、-20R20；N60G01X-40；N70Y0；N80G01X40；N90Y60；N100M05；N110M30；第五章結(jié)論該設(shè)計(jì)的工作臺(tái)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控X-Y工作臺(tái)，大小250mmX250mm，行程X方向300mm，Y方向120mm，主要用于小型數(shù)控銑床。該種工作臺(tái)能適應(yīng)多品種、小批量的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本工作臺(tái)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)本X-Y數(shù)控工作臺(tái)的切削力較小，重復(fù)定位精度不高，屬于經(jīng)濟(jì)型機(jī)床設(shè)備，主要用于加工結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度要求不是很高的零件。2）控制系統(tǒng)是以單片機(jī)MCS51-8031為核心，單電壓驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈敏。

30、3)工作臺(tái)位置控制采用90BF006反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定，步距角比較小，步距精度比較高。4)機(jī)械傳動(dòng)采用滾珠絲杠傳動(dòng)，滾珠絲杠等級(jí)為5級(jí)，精度較高，傳動(dòng)比較平穩(wěn)，導(dǎo)軌為矩形導(dǎo)軌，且有相應(yīng)的調(diào)隙措施。在允許的負(fù)載內(nèi)能夠保證其傳動(dòng)精度要求。另外，此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)還存在很多不足，還有許多需要改進(jìn)的地方，在以后設(shè)計(jì)中我們一定要統(tǒng)籌大局，把理論設(shè)計(jì)放在實(shí)際的實(shí)踐生產(chǎn)中去，理論切實(shí)緊密聯(lián)系實(shí)際，這樣才能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不僅在原理上結(jié)構(gòu)上符合設(shè)計(jì)的要求，而且在經(jīng)濟(jì)上也符合實(shí)際生產(chǎn)的需求。參考文獻(xiàn)【1】張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京理工大學(xué)出版社.2012.5【2】HYPERLINK/view

31、/70d7ed8571fe910ef12df8c2.html/view/70d7ed8571fe910ef12df8c2.html【3】數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)【4】/view/7b4940c108a1284ac85043a1.html滾珠絲杠副的型號(hào)選擇【5】濮良貴.紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).第八版.高等教育出版社.2006.5【6】張建鋼.胡大澤.數(shù)控技術(shù).華中科技大學(xué)出版社.2000.8【7】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).（新版）.第2卷【8】周元康.林昌華.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).重慶大學(xué)出版社.2011.1【9】HYPERLINK/p-398380731.html/p-398380731.html電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇【1

32、0】趙全利.肖興達(dá).單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.第二版.機(jī)械工業(yè)出版社.2011.3致謝本設(shè)計(jì)是在楊綠和楊文杰老師的指導(dǎo)下完成的，他們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程中很細(xì)心，也很耐心，當(dāng)我把設(shè)計(jì)書(shū)給他們檢查的時(shí)候，設(shè)計(jì)書(shū)中的錯(cuò)別字他們都給指了出來(lái)；當(dāng)我們問(wèn)問(wèn)題時(shí)，他們總是很耐心的給我們講解；指導(dǎo)老師淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，平易近人的性格都是我學(xué)習(xí)的楷模?？傊@次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，感謝老師的指導(dǎo)，感謝學(xué)校能給我們這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)來(lái)培養(yǎng)我們的動(dòng)手能力。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示忠心的感謝和崇高的敬意。年月日附錄A原代碼#include#include/*I/O口分配*/sbitcp_x=PC2

33、;/驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)輸出xsbitcp_y=PC4;/驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)輸出ysbitfx_x=PC3;/x軸方向信號(hào)sbitfx_y=PC5;/y軸方向信號(hào)sbitx_xianwei1=PA4;/x軸限位sbitx_xianwei2=PA5;/x軸限位sbity_xianwei1=PA6;/y軸限位sbity_xianwei2=PA7;/y軸限位unsignedcharx_speed=8,y_speed=8;/給定x,y軸初始化轉(zhuǎn)速u(mài)nsignedcharcount_x=0,count_y=0;/記錄x,y軸給定脈沖數(shù)變量unsignedintcollect_x=0,collect_y=0;/x,y軸

34、測(cè)速脈沖數(shù)存儲(chǔ)變量unsignedintx_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;/定義數(shù)組變量unsignedinty_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;#defineSMG_1LHJ_C=A;#defineSMG_2LHJ_C=B;#defineSMG_3LHJ_C=C;#defineSMG_4LHJ_C=D;#defineSMG_5LHJ_C=E;#defineSMG_6LHJ_C=F;#defineSMG_7LHJ_C=G;#defineSMG_8LHJ_C=H;voidkeyscan(void);/掃描鍵盤(pán)voiddelay(void)/延時(shí)子函數(shù)，5個(gè)空

35、指令_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();voidinit()fx_x=1;fx_y=1;fx_z=1;TL1=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL0=(65536-1)%256;TH0=(65536-1)/256;TMOD=0 x15;T2MOD=0 x00;T2CON=0 x00;EX0=1;/開(kāi)外部中斷0TR0=1;ET0=1;TR1=1;voidmain()init();while(1)if(x_xianwei1=0)/限位開(kāi)關(guān)控制fx_x=fx_x;while(x_xianwei1=0);if(

36、x_xianwei2=0)fx_x=fx_x;while(x_xianwei2=0);if(y_xianwei1=0)fx_y=fx_y;while(y_xianwei1=0);if(y_xianwei2=0)fx_y=fx_y;while(y_xianwei2=0);/if(y_xianwei=0)/fx_y=fx_y;/if(z_xianwei=0)/fx_z=fx_z;/*給定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)*/x_tmpdate1=15/10/x_speed;/百位x_tmpdate0=60000000/1000(T2初值)/200/x_speed/2/100 x_tmpdate2=15/1/x_speed/

37、1%10;/十位x_tmpdate1=60000000/1000/200/x_speed/2/10%10 x_tmpdate3=150/1/x_speed%10;/個(gè)位x_tmpdate2=60000000/1000/200/x_speed/2%10y_tmpdate1=15/10/y_speed/1;/百位y_tmpdate2=15/1/y_speed/1%10;/十位y_tmpdate3=150/1/y_speed%10;/個(gè)位z_tmpdate1=15/10/z_speed/1;/百位z_tmpdate2=15/1/z_speed/1%10;/十位z_tmpdate3=150/1/z_speed%10;/個(gè)位keyscan();/掃描鍵盤(pán)if(t2_flag=1)/當(dāng)1s時(shí)間到達(dá)時(shí)t2_flag=0;/標(biāo)志位置0/*分辨率360時(shí)測(cè)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)*/x_tmpdate5=1*collect_x/6/100;/百位60*collect_x/360/100;x_tmpdate6=1*collect_x/6/10%10;/十位x_tmpdate7=1*collect_x/6%10;/個(gè)位y_tmpdate5=1*collect_y/6/100;/百位y_tmpdate6=1*collect_y/