XY工作臺與控制系統(tǒng)設(shè)計》培訓(xùn)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。XY工作臺與控制系統(tǒng)設(shè)計-目錄第一章前言第二章課程設(shè)計的目的、意義及要求第一節(jié)課程設(shè)計的目的、意義第二節(jié)課程設(shè)計的要求第三章課程設(shè)計的內(nèi)容第一節(jié)課程設(shè)計的內(nèi)容第二節(jié)課程設(shè)計的內(nèi)容第四章數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定第五章機(jī)械部分設(shè)計第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量第二節(jié)工作臺外形尺寸及重量初步估算第三節(jié)滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇第四節(jié)滾珠絲杠計算、選擇第五節(jié)齒輪計算、設(shè)計第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算第七節(jié)步進(jìn)電機(jī)的計算選擇第六章機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計第一節(jié)設(shè)計內(nèi)容第二節(jié)設(shè)計步驟第三節(jié)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計第七章系統(tǒng)控制軟

2、件設(shè)計第八章結(jié)束語與致謝第九章參考文獻(xiàn)第二章課程設(shè)計的目的、意義及要求第一節(jié)課程設(shè)計的目的,意義機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計訓(xùn)練。其目的是：1.能夠正確運用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點和設(shè)計思想、設(shè)計方法，了解設(shè)計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力；2.通過機(jī)械部分設(shè)計，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；3.通過測試及控制

3、系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；4.通過課程設(shè)計提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。第二節(jié)課程設(shè)計的要求：1.課程設(shè)計應(yīng)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立完成，嚴(yán)格地要求自己，不允許相互抄襲；2.認(rèn)真閱讀課程設(shè)計指導(dǎo)書，明確題目及具體要求；3.認(rèn)真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)；4.大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設(shè)計方案；5.機(jī)械部分和驅(qū)動部分設(shè)計思路清晰，計算結(jié)果正確，選型合理；6.微機(jī)控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；7.手工或電腦繪制機(jī)械系統(tǒng)裝配圖一張（A1）

4、，控制系統(tǒng)電氣原理一張（A1），圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)，布圖合理，內(nèi)容完整表達(dá)清晰；8.課程設(shè)計說明書一份（不少于8000字），包括：目錄，題目及要求，總體方案的確定，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，控制系統(tǒng)設(shè)計，參考文獻(xiàn)等。設(shè)計說明書應(yīng)敘述清楚、表達(dá)正確、內(nèi)容完整、技術(shù)術(shù)語符合標(biāo)準(zhǔn).第三章課程設(shè)計的內(nèi)容第一節(jié)課程設(shè)計題目：單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的多用XY工作臺。已知條件：定位精度：0.01mm，滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺的有效行程為Lx=400mmLY=400mm快速進(jìn)給速度和工作載荷FZ=2000N第二節(jié)課程設(shè)計的內(nèi)容1.數(shù)控裝置總體方案的確定(1).數(shù)控裝置設(shè)計參數(shù)的確定；(2).

5、方案的分析，比較，論證。2.機(jī)械部分的設(shè)計(1).確定脈沖當(dāng)量；(2).機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；(3).傳動元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計，計算和選用；(4).確定伺服電機(jī)；(5).繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；(6).系統(tǒng)等效慣量計算；(7).系統(tǒng)精度分析。3.數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(1).微機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計；(2).I/O接口電路及伺服控制電路的設(shè)計和選用；(3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計4.編寫課程設(shè)計說明書(1).說明書是課程設(shè)計的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個設(shè)計的內(nèi)容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動設(shè)計計算，電氣部分的設(shè)計說明，選用元器件參數(shù)的說明，軟件設(shè)計及其說明；(2

6、).說明書不少于84字，盡量用計算機(jī)完成。5.圖紙(1).機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙1張。要求視圖基本完整，符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少要有一個坐標(biāo)軸的完整剖視圖；第四章數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案確定，計算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。1.系統(tǒng)運動方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標(biāo)軸的運動有精確的運動關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。2.伺服系統(tǒng)的選擇開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在

7、速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。.考慮到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。3.計算機(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)的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、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鍵盤操作實現(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。4.XY工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運動部件

8、重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性?？紤]電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動。系統(tǒng)總體框圖如下:第五章機(jī)械部分設(shè)計機(jī)械部分設(shè)計內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運動部件慣性的計算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計、計算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量p是一個進(jìn)給指令時工作臺的位移量，應(yīng)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(dāng)量為0.01mm。第二節(jié)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

9、量WX和WY。取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計工作臺簡圖如下:工作臺簡圖X向拖板(上拖板)尺寸為:長*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為:Y向拖板(下拖板)尺寸為:42040050上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為夾具及工件重量:約155NX-Y工作臺運動部分總重量為:W=487.97+655.2+671.58+1552000N第三節(jié)滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)；fSL=1.03.0(一般

10、運行狀況)，3.05.0（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(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取fSL=4.0根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為:HJG-D25基本參數(shù)如下:導(dǎo)軌的額定動載荷Ca=17500N;依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷Ca(kN)驗算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：額定行程長度壽命:導(dǎo)軌的額定工作時間壽命:導(dǎo)軌的工作壽命足夠.第四節(jié)滾珠絲杠計算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC5860，導(dǎo)程：l0=5mm（1）強(qiáng)度計算絲杠軸向力：其中：K=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.0030005；在車床車削外

11、圓時：Fx=(0.10.6)Fz，F(xiàn)y=(0.150.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。取f=0.004,Fz=400則:式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.21.5；fH為硬度系數(shù)，HRC58時為1.0。查表得中等沖擊時,fW=1.2fH=1則:根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為:CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。其基本參數(shù)如下:其額定動載荷為14205NyQ足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表（2）傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為：式

12、中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。（3）穩(wěn)定性驗算絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。（4）剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差為絲杠允許的螺距誤差=15m/m。第五節(jié)齒輪計算、設(shè)計因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動.齒輪傳動比：，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：=1.5/step。取小齒輪齒數(shù)Z1=24則大齒輪齒數(shù)2Z=50因傳遞的扭距較小,取模數(shù)m=1mm則:分度圓直徑:d1=mz1=124=24mmd2=mz2=150=50mm齒頂圓直徑

13、:齒根圓直徑:分度圓壓力角:大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙.雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下:第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有：（1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為：式中：Jq為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；J0為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量；J1為齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；J2為齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；J3為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；為移動部件的質(zhì)量。對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：式中D為圓柱零件直徑，L為圓柱零件的長度。所以有：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有：第七節(jié)步進(jìn)電機(jī)的選用(）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計算設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)

14、載力矩為，負(fù)載力為，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取b=，則p，且。所以：式中：Ps為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），Pz為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，b為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），.8，Ps=PH=279.23?？紤]到重力影響，向電機(jī)負(fù)載較大，因此1200，所以有：考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩：取系數(shù)為.，則：對于工作方式為三相拍的步進(jìn)電機(jī)：(）步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率為使

15、電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率fmax,同時電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:第六章數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計第一節(jié)設(shè)計內(nèi)容.按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；.選擇計算機(jī)或中央處理單元的類型；.根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴(kuò)展電路；.根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴(kuò)展/接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號；.繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號，管腳號及參數(shù)；.說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進(jìn)行詳細(xì)

16、的原理說明和方案論證。第二節(jié)設(shè)計步驟.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(jī)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：.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)成一個完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用芯片作為主控芯片。.存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(）程序存儲器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片大多采用芯片。其型號

17、有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時要考慮與時序的匹配。所能讀取的時間必須大于所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)規(guī)定0口提供為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲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ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中

18、。由以上分析，采用EPROM芯片的程序存儲器擴(kuò)展電路框圖如下所示：擴(kuò)展2764電路框圖(）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展由于內(nèi)部只有字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計選用芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示：擴(kuò)展6264電路框圖(）譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。可采用線選法和全地址譯碼法。線

19、選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于和容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設(shè)計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計8031單片機(jī)所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。該設(shè)計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機(jī)的外存儲器擴(kuò)展電路，單片

20、機(jī)外存儲器擴(kuò)展電路如下：（5）擴(kuò)展電路設(shè)計(a).通用可編程接口芯片單片機(jī)共有個位并行接口，但供用戶使用的只有1口及部分3口線。因此要進(jìn)行口的擴(kuò)展。與微機(jī)接口較簡單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有和。下圖所示為采用接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有鍵和位顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及顯示器的字位控制共用一個口，即共用的P

21、口進(jìn)行控制，鍵盤的行線由口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(1）脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的各相繞組，實現(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)計采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，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

22、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(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)正常運轉(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)計選用功率放大器。5其它輔助電路設(shè)計（）的時鐘電路單片機(jī)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,XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體可以在.之間任意選擇，耦合電容在pF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。時鐘電路（）復(fù)位電路單片機(jī)

23、的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在引腳上出現(xiàn)ms以上的高電平，單片機(jī)就實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后便從單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與復(fù)位要求一致時，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用z時，復(fù)位電路中取，取，RK取。實用復(fù)位電路圖如下所示：（）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的口1.0。當(dāng)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(dǎo)通，由低電平變成高電平?？衫密浖O(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的外部中斷引腳

24、（或），采用中斷方式檢查越界信號。越界報警電路如下圖所示第三節(jié)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計該系統(tǒng)選用系列的作為主控制器。擴(kuò)展存儲電路為一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存儲器擴(kuò)展為，數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展為。的片選控制端CE直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端CE由譯碼器（74LS138）的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為4000。系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155。8155的片選端CE接至譯碼器（74LS138）的Y4的輸出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號分別為8

25、000H及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H80FFH。8155的A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，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示器設(shè)計在一起，8155的PC口擔(dān)任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制；PB口的PB0PB3為鍵盤的行線。8031的P1口為顯示器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6共24個行列式鍵盤和6位8段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口和字位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動。PB口剩余的I/O線PB4PB7分別作為工作臺+X，+Y，-X，-Y四個方向的行程限位控制信號。在軟件設(shè)計上8

26、155的PA口，PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計算機(jī)隨時巡回檢測PB4PB7的電平，當(dāng)某I/O線為0時，應(yīng)立即停止X，Y向電機(jī)的驅(qū)動，并發(fā)出報警信號。另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計。數(shù)控系統(tǒng)總的電氣原理圖以及圖中各元件的參數(shù)和型號見附（二），附（三）。第七章系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(一).系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個部分：1、系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的

27、環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。2、零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。3、插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。4、伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。6、機(jī)床的自動加工及手動加工控制程序。7、鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。(二).軟件設(shè)計1.系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺的控制功能包括：（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始

28、化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。（2）、工作臺復(fù)位。開機(jī)后工作臺應(yīng)該自動復(fù)位，亦可手動復(fù)位。（3）、輸入和顯示加工程序。（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。（5）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應(yīng)該立即停止工作臺的運動，并顯示相應(yīng)的指示字符。（6）、工作臺的自動控制。（7）、工作臺的手動控制。（8）、工作臺的聯(lián)動控制。2.系統(tǒng)管理程序控制管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計管理程序時，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控

29、制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機(jī)等。根據(jù)以上分析，設(shè)計管理程序流程圖如下所示:3.自動加工程序設(shè)計（1）機(jī)床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位刀具快速進(jìn)給加工退刀工作臺運動到下一位置；（2）計算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；（3）由以上分析，設(shè)計自動加工程序框圖如下所示：4.步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計步進(jìn)電機(jī)的控制包括速度，轉(zhuǎn)角及方向的控制。步進(jìn)電機(jī)在突然啟動或停止時，由于負(fù)載和慣性，會使電機(jī)失步，所以電機(jī)運行時有一個加，減速過程。通過確定進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時間間隔，即可實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度的控制。（1）時間常數(shù)的確定在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時器中斷，

30、延時產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時間間隔。此間隔由送入定時器的時間常數(shù)決定。時間常數(shù)由下式計算：式中：T為脈沖時間間隔（ms）；te為單片機(jī)機(jī)器周期（s），在時鐘為6MHz時，te=2s。（2）步進(jìn)電機(jī)加，減速進(jìn)給脈沖及脈沖時間間隔的確定設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足：式中：Tm為步進(jìn)電機(jī)啟動力矩；Tg為負(fù)載力矩；TI為慣性力矩。由步進(jìn)電機(jī)Tjmax=3.92N.m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動力矩則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩步進(jìn)電機(jī)角加速度式中：tm為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時間，所以有：加速脈沖個數(shù)：確定加減脈沖個數(shù)都為54個又因為：所以脈沖時刻結(jié)合可以算出對應(yīng)各脈沖時刻的計

31、數(shù)器時間常數(shù)。EPROM存儲器中，時間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個時間常數(shù)占據(jù)兩個字節(jié)，低位地址存放時間常數(shù)低8位，高位地址存放時間常數(shù)高8位。在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計數(shù)器N0，N1，N2。以計數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過程是否結(jié)束的標(biāo)志。步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖如下所示：步進(jìn)電機(jī)控制子程序：步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序：5.編語言程序設(shè)計（1）內(nèi)存地址分配加速脈沖數(shù)計數(shù)器N0地址設(shè)為20H；恒速脈沖數(shù)計數(shù)器N1低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址位22H；減速脈沖數(shù)計數(shù)器N2地址位23H。加速，減速，恒速脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)地址位24H，高位字節(jié)地址位25H；步

32、進(jìn)電機(jī)進(jìn)給控制子程序FEED首地址位0E80H。每調(diào)用一次該程序，步進(jìn)電機(jī)按規(guī)定方向進(jìn)給一步。（2）程序清單第八章結(jié)束語與致謝結(jié)束語整個系統(tǒng)采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)采用了CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。以提高整個系統(tǒng)的精神要求。伺服系統(tǒng)采用了直流伺服電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠連接驅(qū)動絲杠傳動，而且其實軸承采用的是角接觸軸承保證其主軸不竄動，采用一個深溝來保證其徑向的圓跳動。用PWM脈寬調(diào)制電路來實現(xiàn)伺服電機(jī)電壓的平均值，電路中采用了阻容滯后電路，來防止H型橋式功率放大器中兩對IGBT功率管同時導(dǎo)通造成短路現(xiàn)象，能夠有效的控制伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速，同時為了保證一定的精度的要求，系統(tǒng)又采用了光電編碼器作為位置檢測器，來檢測伺服電機(jī)的位置，通過單片機(jī)對光電編碼器反饋信號處理來達(dá)到預(yù)期的精度要求。在設(shè)計中我們兼顧經(jīng)濟(jì)性，考慮滿足精度的要求，因此對于設(shè)備及元件的選擇都要求具有高精度，因此設(shè)計的成本較高。致謝畢業(yè)設(shè)計是我在大學(xué)里的最后一門課程。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)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(jìn)并加入自己的想法與