畢業(yè)設(shè)計--數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)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(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)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

2、機(jī)械技術(shù)等多學(xué)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(jī)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。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點(diǎn) 發(fā)展趨勢</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Now the world electroni

3、c technology rapidly expands, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various are a of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integra

4、tion of machinery system should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integ

5、ration of machinery is the system tec</p><p>　　Key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.</p><p><b>　　目 錄</b></

6、p><p><b>　　第一章 前言4</b></p><p>　　第二章 課程設(shè)計的目的、意義及要求6</p><p>　　2.1 課程設(shè)計的目的、意義6</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的要求6</p><p>　　2.3 課程設(shè)計的內(nèi)容7</p><p

7、>　　2.4 課程設(shè)計的內(nèi)容7</p><p>　　2.5 課程設(shè)計的內(nèi)容7</p><p>　　第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定8</p><p>　　第五章 機(jī)械部分設(shè)計9</p><p>　　5.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量9</p><p>　　5.2 工作臺外形尺寸及重量初步估算9<

8、/p><p>　　5.3 滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇9</p><p>　　5.4 滾珠絲杠計算、選擇11</p><p>　　5.5 齒輪計算、設(shè)計13</p><p>　　5.6 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算14</p><p>　　5.7 步進(jìn)電機(jī)的計算選擇15</p><p>　　

9、第六章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計17</p><p>　　6.1 設(shè)計內(nèi)容17</p><p>　　6.2 設(shè)計步驟17</p><p>　　6.3 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計21</p><p>　　第七章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計22</p><p><b>　　結(jié)束語與致謝29</b&

10、gt;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　在我國對外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。</p>

11、;<p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。</p><p>　　1.數(shù)控

12、技術(shù)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個方面:</p><p>　　(1)高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢</p

13、><p>　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從 EMO2001 展會情況來看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/ min ,甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ min左右。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通

14、級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密級加工中心則從 3～5μm ,提 高到 1～1.5μm并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級 0.1μm 。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　　(2)5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展</p><p>　　采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工 ,可

15、用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床 含 5 面加工機(jī)床 的發(fā)展。</

16、p><p>　　(3)智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢</p><p>　　21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成

17、為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上 ,面向機(jī)床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年

18、國際著名機(jī)床博覽會的一個新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。</p><p>　　2.對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計</p><p>　　我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從 195

19、8 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。在此階段 ,由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化

20、的研究 ,進(jìn)入市場競爭階段。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過 4 個 5 年計劃的攻關(guān) ,總體來看取得的成績還是不小。</p><p>　　3.對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考</p><p>　　(1)戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會安全看 ,因?yàn)?/p>

21、制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。</p><p>　　(2)發(fā)展策略。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為

22、目標(biāo) ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問

23、題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會有價值低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當(dāng)然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。</p><p>　　第二章 課程設(shè)計的目的、意義及要求</p><p>　　2.1 課程設(shè)計的目的,意義</p><p>　　《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(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動控

24、制、計算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計訓(xùn)練。其目的是：</p><p>　　能夠正確運(yùn)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(diǎn)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；</p><p>　　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

25、、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；</p><p>　　通過測試及控制系統(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；</p><p>　　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。</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的要求：</p><p>

26、;　　課程設(shè)計應(yīng)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，嚴(yán)格地要求自己，不允許相互抄襲；</p><p>　　認(rèn)真閱讀《課程設(shè)計指導(dǎo)書》，明確題目及具體要求；</p><p>　　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)；</p><p>　　大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設(shè)計方案；</p><p>　　機(jī)械部分和驅(qū)動部分設(shè)計思路清晰，計算結(jié)果正

27、確，選型合理；</p><p>　　微機(jī)控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；</p><p>　　手工或電腦繪制機(jī)械系統(tǒng)裝配圖一張（A1），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； </p><p>　　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

28、。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)。</p><p>　　第三章 課程設(shè)計的內(nèi)容</p><p>　　3.1 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。</p><p>　　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</p><p>　　工作臺的有效

29、行程為 快速進(jìn)給速度 和工作載荷</p><p>　　3.2 課程設(shè)計的內(nèi)容</p><p>　　1.數(shù)控裝置總體方案的確定</p><p>　　(1)數(shù)控裝置設(shè)計參數(shù)的確定；</p><p>　　(2)方案的分析，比較，論證。</p><p><b>　　2.機(jī)械部分的設(shè)計</b><

30、/p><p>　　(1)確定脈沖當(dāng)量；</p><p>　　(2)機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；</p><p>　　(3)傳動元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計，計算和選用；</p><p>　　(4)確定伺服電機(jī)；</p><p>　　(5)繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；</p><p>　　(6)系統(tǒng)等效慣量計

31、算；</p><p>　　(7)系統(tǒng)精度分析。</p><p><b>　　3.數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　(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；</p><p>　　(2)I/O接口電路及伺服控制電路的設(shè)計和選用；</p><p>　　(3)系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計</

32、p><p>　　4.編寫課程設(shè)計說明書</p><p>　　(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；</p><p>　　(2)說明書不少于84字，盡量用計算機(jī)完成。</p><p><b>　　5.圖

33、紙</b></p><p>　　(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；</p><p>　　第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)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

34、較和論證。</p><p>　　1.系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定</p><p>　　該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動有精確的運(yùn)動關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。</p><p><b>　　2.伺服系統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　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

35、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，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　.考慮到運(yùn)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。</p><p>　　3.計算機(jī)系統(tǒng)的選擇</p><p>　　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

36、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(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。</p><p>　　4.X—Y工作臺的傳動方式</p><p>　　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)。</p

37、><p>　　由于工作臺的運(yùn)動部件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(yùn)動平穩(wěn)性。</p><p>　　考慮電機(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。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖如下:</b></p><p>　　圖4

38、-1系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　第五章 機(jī)械部分設(shè)計</p><p>　　機(jī)械部分設(shè)計內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)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。</p><p>　　5.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　脈沖當(dāng)量δp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

39、置精度，由于定位精度為±0.01mm因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。</p><p>　　5.2 工作臺外形尺寸及重量初步估算</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p

40、>　　X向拖板(上拖板)尺寸為:</p><p>　　長*寬*高=420*410*50</p><p>　　重量:按重量=體積*材料比重估算為:</p><p><b>　　= </b></p><p>　　Y向拖板(下拖板)尺寸為: </p><p><b>　　重量=<

41、/b></p><p>　　上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為</p><p>　　夾具及工件重量:約155N</p><p>　　X-Y工作臺運(yùn)動部分總重量為:</p><p>　　5.3 滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇</p><p>　　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

42、導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)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：</p><p>　　因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取</p><p>　　根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:</p><p>　　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</

43、p><p>　　基本參數(shù)表5-1如下:</p><p><b>　　導(dǎo)軌的額定動載荷N</b></p><p>　　依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：</p><p><b>　　額定行程長度壽命:</b></p><p>　

44、　導(dǎo)軌的額定工作時間壽命: </p><p>　　導(dǎo)軌的工作壽命足夠.</p><p>　　5.4 滾珠絲杠計算、選擇</p><p>　　初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm</p><p><b>　　（1）強(qiáng)度計算</b></p><p><b>　　絲

45、杠軸向力：(N)</b></p><p>　　其中：K=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。</p><p>　　取f=0.004,則:</p><p>　　壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)</p>

46、<p>　　式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。</p><p>　　查表得中等沖擊時則:</p><p>　　其基本參數(shù)表5-2 如下:</p><p>　　其額定動載荷為14205N> 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.</p><p&

47、gt;　　滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表5-3</p><p><b>　?。?）傳動效率計算</b></p><p>　　絲杠螺母副的傳動效率為：</p><p>　　式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。</p><p><b>　?。?）穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p>

48、<p>　　絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p><b>　?。?）剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)</p><p>　　Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算</p><p>　　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Δ為

49、</p><p>　　E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。</p><p>　　5.5齒輪計算、設(shè)計</p><p>　　因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實(shí)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.</p><p>　　齒輪傳動比： ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：α= 1.5?/step。</p><p

50、>　　取小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù)</p><p>　　因傳遞的扭距較小,取模數(shù)m=1mm則:</p><p>　　分度圓直徑: </p><p><b>　　齒頂圓直徑: </b></p><p><b>　　齒根圓直徑: </b></p><

51、;p>　　齒寬: 取 </p><p><b>　　中心距: </b></p><p><b>　　分度圓壓力角: </b></p><p>　　大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪</p><p>　　小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙.</p><p>　　

52、雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下:</p><p>　　1、2--薄齒輪, 3—彈簧, 4、8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 6、7—螺母</p><p>　　雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.6 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算</p><p>　　根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有：</p><p>　?。?）等效轉(zhuǎn)動慣量的計

53、算</p><p>　　折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為：</p><p>　　式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量；</p><p>　　為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。</p><p>　　對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：</p><p

54、>　　式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。</p><p><b>　　所以有：</b></p><p>　　電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有：</p><p>　　5.7 步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計算</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩

55、為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，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：</p><p>　　式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：</p><p>　　式中：為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），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)，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）。<

56、/p><p>　　取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ。考慮到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：</p><p>　　考慮到啟動時運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　取系數(shù)為０.３，則： </p><p>　　對于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)：</p><

57、p>　　. 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率</p><p>　　為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運(yùn)行頻率,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).</p><p>　　電機(jī)有關(guān)參數(shù)表5-3如下:</p><p>　　第六章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p><b>　　6.1 設(shè)計內(nèi)容

58、</b></p><p>　　1.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；</p><p>　　2.選擇計算機(jī)或中央處理單元的類型；</p><p>　　3.根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴(kuò)展電路；</p><p>　　4.根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴(kuò)展Ｉ／Ｏ接口電路，檢測電路

59、，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；</p><p>　　5.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號；</p><p>　　6.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)；</p><p><b>　　6.2 設(shè)計步驟</b></p><p>　　1.確定硬件電路的總體方案</p>&l

60、t;p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：</p><p>　?。?）中央處理單元CPU</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。</p><p>　?。?）包括只讀可編程序存儲器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　（4）I/O輸入輸出接口。</p><p><b>　　2

61、.主控制器CPU</b></p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是集中CPU，I/O端口及部分RAM等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。本次設(shè)計選用8031 芯片作為主控芯片。</p><p>　　3.存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計</p><p>　?。?）程序存儲器的擴(kuò)展</p><p>　　采用2764EPROM芯片的程序存儲器擴(kuò)展電路框

62、圖6-1如下所示</p><p>　　圖6-1 2764電路框圖</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展</p><p>　　其擴(kuò)展6264電路圖6-2如下所示：</p><p>　　圖6-2 擴(kuò)展6264電路框圖</p><p><b>　　（3）譯碼電路</b></p>&l

63、t;p>　　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?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)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

64、，芯片之間的地址不連續(xù)。對于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ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。</p><p>　　本設(shè)計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：</p><p>　?。?）儲器擴(kuò)展電路設(shè)計</p><p>　　8031單片機(jī)所

65、支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨(dú)立編址。</p><p>　　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，</p><p>　　單片機(jī)外存儲器擴(kuò)展電路如下：</p><p>　?。?）Ｉ／Ｏ擴(kuò)展電路設(shè)計</p><p>　?、偻ㄓ每删幊探涌谛酒福保担?lt;/p><p>

66、;　?。福埃常眴纹瑱C(jī)共有４個８位并行Ｉ／Ｏ接口，但供用戶使用的只有Ｐ1口及部分Ｐ3 口線。因此要進(jìn)行Ｉ／Ｏ口的擴(kuò)展。８１５５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</p><p>　　②鍵盤，顯示器接口電路</p><p>　　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

67、行列式鍵盤，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有ＬＥＤ和ＬＣＤ。下圖所示為采用８１５５接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有４Ｘ８鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及ＬＥＤ顯示器的字位控制共用一個口，即共用８１５５的PＡ口進(jìn)行控制，鍵盤的行線由８１５５Ｃ口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。</p><p

68、>　　4.鍵盤顯示器接口電路如下所示：</p><p><b>　?。?）脈沖分配器</b></p><p>　　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)計采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配

69、器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下：</p><p><b>　?。?）光電隔離電路</b></p><p>　　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。光電耦合器接線圖如下：</p><p>

70、;<b>　?。?）功率放大器</b></p><p>　　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(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)計選用功率放大器。</p><p>　　5．其它輔助電路設(shè)計</p><p>　?。?）8051的時鐘電路

71、</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p><b>

72、;　　圖6-3時鐘電路</b></p><p><b>　?。?）復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)</p><p>　?。保癿s以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后ＣＰＵ便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與８０３

73、１復(fù)位要求一致時，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用６ＭＨz時，復(fù)位電路中Ｃ?。玻玻?，Ｒ取２００，?。保埃埃?。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示：</p><p><b>　?。?）越界報警電路</b></p><p>　　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(dāng)任何一個行程開

74、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。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。越界報警電路如下圖所示</p><p>　　6.3 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　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

75、片8155。8155的片選</p><p>　　端接至譯碼器（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8000H及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H—80FFH。</p><p>　　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。&

76、lt;/p><p>　　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PB0—PB3為鍵盤的行線。</p><p>　　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。</p><p>　　PB口剩余的I/O線PB

77、4—PB7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8155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PB4—PB7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。</p><p>　　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

78、（三）。</p><p>　　第七章 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計</p><p>　　7.1 系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)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：</p><p>　　1.統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)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

79、，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。</p><p>　　2.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)。</p><p>　　3.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。</p><p>　　4.服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)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。&

80、lt;/p><p>　　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。</p><p>　　6.床的自動加工及手動加工控制程序。</p><p>　　7.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。</p><p><b>　　7.2 軟件設(shè)計</b>&

81、lt;/p><p>　　1.系統(tǒng)控制功能分析</p><p>　　數(shù)控X-Y工作臺的控制功能包括：</p><p>　　（1）系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?

82、）輸入和顯示加工程序。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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(yùn)動，并顯示相應(yīng)的指示字符。</p><p>　?。?）工作臺的自動控制。</p><p>　?。?）工作臺的手動控制。</p&g

83、t;<p>　　2.系統(tǒng)管理程序控制</p><p>　　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，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機(jī)等。</p><p>　　根據(jù)以上分析，設(shè)計管理程序流程圖如下7-1所示：

84、</p><p><b>　　開始</b></p><p>　　圖7-1 管理程序流程</p><p>　　3.自動加工程序設(shè)計</p><p>　?。?）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(yùn)動到下一位置；</p><p>　?。?）計算機(jī)在加工過程中的操

85、作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；</p><p>　　（3）由以上分析，設(shè)計自動加工程序框圖如7-2所示：</p><p><b>　　入口</b></p><p><b>　　返回</b></p><p>　　4.步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控

86、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(yùn)行時有一個加，減速過程。</p><p>　　通過確定進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時間間隔，即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度的控制。</p><p>　?。?）時間常數(shù)的確定</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時器中斷，延時產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時間間隔。此間隔由送入定時器

87、的時間常數(shù)決定。時間常數(shù)由下式計算：</p><p>　　式中：T為脈沖時間間隔（ms）；為單片機(jī)機(jī)器周期（s），在時鐘為6MHz時，=2s。</p><p>　　（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</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。</p><p>　　要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足：</p>

88、<p>　　式中：為步進(jìn)電機(jī)啟動力矩；為負(fù)載力矩；為慣性力矩。</p><p>　　由步進(jìn)電機(jī)=3.92N.m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動力矩</p><p>　　則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)角加速度</b></p><p><b>　　加速脈沖個數(shù)：</b&

89、gt;</p><p>　　確定加減脈沖個數(shù)都為54個</p><p><b>　　又因?yàn)椋?lt;/b></p><p><b>　　所以脈沖時刻</b></p><p>　　結(jié)合可以算出對應(yīng)各脈沖時刻的計數(shù)器時間常數(shù)。</p><p>　　在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計數(shù)

90、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：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制子程序：</p><p>　　圖7-3 步進(jìn)電機(jī)控制子程序</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序：</p><p><b>　　中斷服務(wù)程序入口</b></p><

91、;p><b>　　中斷返回</b></p><p>　　圖7-4 步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　5.編語言程序設(shè)計</b></p><p><b>　?。?）內(nèi)存地址分配</b></p><p>　　加速脈沖數(shù)計數(shù)器N0地址設(shè)為20H；</p

92、><p>　　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；</p><p>　　減速脈沖數(shù)計數(shù)器N2地址位23H。</p><p>　　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；</p><p>　　步進(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

93、一步。</p><p><b>　?。?）程序清單</b></p><p>　　N0 EQU 20H ;加速</p><p>　　N1L EQU 21H ;恒速</p><p>　　N1H EQU 22H </p><p>　　N2 EQU 23H

94、 ;減速</p><p>　　NL EQU 24H ;脈沖總數(shù)寄存器</p><p>　　NH EQU 25H</p><p>　　DS EQU 26H ；地址指針偏移量</p><p>　　FEED EQU 0E80H</p><p>　　ORG 0E00H</p&g

95、t;<p>　　0E00 758160 START： MOV P，#60H</p><p>　　0E03 758901 MOV TMOD，#01H ；設(shè)計數(shù)器工作方式為1，16位定時器</p><p>　　0E06 75201B MOV N0，#01A4H ；設(shè)N0為320</p>

96、<p>　　0E09 75231B MOV N2， #1A4H</p><p>　　0E0C E520 MOV A ， N0 ；計算2XN0</p><p>　　0E0E 23 RL A</p><p>　　0E0F F8

97、 MOV R0， A</p><p>　　0E10 C3 CLR C ；計算N1=N-2N0</p><p>　　0E11 E524 MOV A， NL</p><p>　　0E13 98 SUBB

98、A， R0</p><p>　　0E14 F521 MOV N1L， A</p><p>　　0E16 E525 MOV A， NH</p><p>　　0E18 9400 SUBB A，#00H</p><p>　　0E1A F5

99、22 MOV N1H，A</p><p>　　0E1C 901000 MOV DPTR， #1000H ；設(shè)時間常數(shù)指針初值為1000H</p><p>　　0E1F 752600 MOV DS， #00H ；設(shè)地址偏移量初值為00H</p><p>　

100、　0E22 93 MOVC A, @A+DPTR ；從EPROM中讀時間常數(shù)</p><p>　　0E23 F58A MOV TL0， A ；送時間常數(shù)至定時器0中</p><p>　　0E25 0526 INC DS</p><p&

101、gt;　　0E27 E526 MOV A，DS</p><p>　　0E2 93 MOVC A，@A+DPTR </p><p>　　0E2A F58C MOV TH0，A</p><p>　　0E2C 0526 IN

102、C DS</p><p>　　0E2E D2AF SETB EA ；開中斷允許</p><p>　　0E30 D2A9 SETB ET0 ；允許定時器0中斷</p><p>　　0E32 D28C SETB

103、 TR0 ；啟動定時器0開始計算</p><p>　　0E34 20AFFD WAIT：JB EA，WAIT ；中斷允許返回</p><p>　　0E37 22 RET</p><p>　　中斷服務(wù)程序： ORG 000BH</p>

104、<p>　　000B 02F00 LJMP 0F00H</p><p>　　0F00 93 MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　0F03 F58A MOV TL0， A</p><p>　　0F05 0526

105、 INC DS</p><p>　　0F07 E526 MOV A，DS</p><p>　　0F09 93 MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　0F0A F58C MOV TH0， A</p><p>　　0F0

106、C 0526 INC DS ；修改地址偏移量指針</p><p>　　0F0E D180 ACALL FEED ；調(diào)FEED子程序</p><p>　　0F10 E520 MOV A， N0 ；判斷N0是否為0</p><p>

107、;　　0F12 B400 CJNE A， #00H， LOOP1</p><p>　　0F15 E52 MOV A， N1H ；判斷N1是否為0 </p><p>　　0F17 B40010 CJNE A，#00H， LOOP2</p><p>　　0F1A

108、 E522 MOV A，N1H</p><p>　　0F1C B4000B CJNE A，#00H，LOOP2</p><p>　　0F1F E523 MOV A，N2 判斷N2是否為0 </p><p>　　0F21 B40014

109、 CJNE A，#00H，LOOP3</p><p>　　0F24 C2AF CLR EA ；N2為0 ，減速結(jié)束，關(guān)中斷</p><p>　　0F26 32 RETI</p><p>　　0F27 1520 LOOP1：DEC N0 ；N0不為0，

110、則N0←N0-1</p><p>　　0F29 32 RETI</p><p>　　0F2A E521 LOOP2：MOV A，N1L ；N1不為0，則N1←N1-1</p><p>　　0F2C C3 CLR C</p><p>　　0F2D

111、 9401 SUBB A， #01H</p><p>　　0F2F F521 MOV N1L， A</p><p>　　0F31 E522 MOV A， N1H</p><p>　　0F33 9400 SUBB A，#00H&

112、lt;/p><p>　　0F35 F522 MOV N1H，A</p><p>　　0F37 32 RETI</p><p>　　0F38 1523 LOOP3：DEC N2 ；N2不為0，則N2←N2-1</p><p>　　0F3A

113、 32 RETI</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　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(shí)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

114、證其徑向的圓跳動。用PWM脈寬調(diào)制電路來實(shí)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

115、的成本較高。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　《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觀點(diǎn)，使之成為自己的東西。并且結(jié)合生產(chǎn)知識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際以及分析和解決工程實(shí)際問題的才能，并使大學(xué)三年所學(xué)的知識得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。在此，我對我

116、的論文指導(dǎo)老師表示衷心的感謝，感謝他對我的嚴(yán)格要求，感謝他的監(jiān)督和指導(dǎo)。其次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(xiàn)中所列書籍、文章及資料的作者。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　【1】 高鐘毓．機(jī)電控制工程．北京：清華大學(xué)出版社，2002．</p><p>　　【2】 劉助

117、柏．知識創(chuàng)新思維方法論．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　【3】 宋云奪. 宋云奪. 光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的未來[J]. 光機(jī)電信息, 2003,(12).</p><p>　　【4】丁連紅. 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀分析[J]. 中國科技信息, 2007,(12)</p><p>　　【5】張鵬萬,孫劍峰,李占平. 機(jī)電一體化中的接口技術(shù)[J]礦