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文檔簡介

1、目 錄一、設(shè)計(jì)說明(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)工作臺尺寸確定:(六)滾珠絲杠長度確定(七)絲杠傳動效率計(jì)算(八)絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算(九)絲杠剛度驗(yàn)算(十)計(jì)算減速器傳動比(十一)齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(十二)傳動系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算(十三)步進(jìn)電動機(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)動電路設(shè)計(jì)(四)運(yùn)動控制器控制原理四、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)說明本設(shè)計(jì)是以PC平臺為基礎(chǔ)

2、的數(shù)控X-Y工作臺實(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)簡單,操作方便,控制精度相對較高, 可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性都很好。X、Y兩方向的運(yùn)動各由一臺步進(jìn)電機(jī)控制。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個信號,步進(jìn)電機(jī)就走一步,并通過中間傳動機(jī)構(gòu)帶動兩方向的絲杠旋轉(zhuǎn),分別使得X、Y工作臺進(jìn)給。數(shù)控系統(tǒng)由單片機(jī)、鍵盤、變頻檢測系統(tǒng)構(gòu)成,具有間隙補(bǔ)償、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、斷絲自動處理等主要功能。線切割的適用對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)一個數(shù)控X-Y工作臺及其控制系統(tǒng),該工作臺可安裝在銑床上,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 : 碳鋼工作臺加工范圍:X=250,Y=180最大移動速度: 3 m/min(二)總體方案的確定數(shù)控XY工作臺的總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):1工作臺應(yīng)具有沿縱向和橫向往復(fù)運(yùn)動、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)簡單,以求降低成本。因此進(jìn)給伺服統(tǒng)采用伺服電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。3縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動鏈,它們各自由各的伺服電

4、動機(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)的傳動精度和平穩(wěn)性,選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副,并應(yīng)有預(yù)緊裝置,以提高傳動剛度和消除間隙。5為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力,選用滾動直線導(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)電動機(jī)。其特點(diǎn)是:步距角小,運(yùn)行頻率高,價格較低,但功耗較大。BF反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)參數(shù)(指導(dǎo)書表2-18)電機(jī)型號相數(shù)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩最高空載啟動頻率運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量分配方式90BF00142000HZ800

5、0HZ四相八拍(1)步進(jìn)電動機(jī)的脈沖頻率計(jì)算典型工況下,步進(jìn)電動機(jī)的脈沖頻率fx和fy分別為(2)90BF001啟動矩頻特性(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)給工作臺工作載荷的計(jì)算進(jìn)給工作載荷沿銑床工作臺運(yùn)動方向可分解為三個力:工作臺縱向進(jìn)給方向載荷,工作臺垂直進(jìn)給方向載荷,工作臺橫向進(jìn)給方向載荷。(3)工作臺載荷與銑削力的經(jīng)驗(yàn)比算(指導(dǎo)書表2-4)銑削條件比值不對稱銑削

6、逆銑順銑圓柱銑,立銑,盤銑,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:每天開機(jī)8小時;每年300 個工作日;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)速為工作臺最大移動速度一半時所對應(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 級精度。表2-6 載荷系數(shù)載荷性質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動運(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C,DE,FGHK A1.01.11.251.43(3)額定動載荷計(jì)算Ca計(jì)算(4)滾珠絲杠副初選假設(shè)選用C1 型號,按滾珠絲杠副的

8、額定動載荷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)工作臺尺寸確定:工作臺的行程為X250mm,Y180mm。工作臺尺寸一般為工作臺行程的1.1倍。所以:X250×1.1275mm, Y180×1.1198mm。圓整,取X270mm,Y190mm。其厚度初定為30mm選擇工作臺的型槽為T型槽,查袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊表3-25可得所選T型槽的參數(shù):AHBCA12mm B21mmC9mmH20mm間距取50mm一取工作臺厚度為T型槽厚度的2倍,即2×2040mm。工

9、作臺質(zhì)量:0 ,即縱向絲杠所承受的質(zhì)量。因工作臺有T型槽,故取015kg。(減去3個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)量為工作臺質(zhì)量加上拖板質(zhì)量,一般以工作臺質(zhì)量的3.5倍計(jì)。即52.5kg(六)滾珠絲杠長度確定根據(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)絲杠傳動效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 見機(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絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計(jì)時應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(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,對于鋼,E=206GPa;l 為絲杠工作長度(m);Ia 為絲杠危險截面的軸慣性矩(m4);為長度系數(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 ,剛該滾珠絲杠不會失穩(wěn). 一般取,考慮絲杠

11、自重對水平滾珠絲杠的影響可?。ň牛┙z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)小于其傳動精度的1/2,滿足傳動精度要求(十)計(jì)算減速器傳動比減速器傳動比:由所選電機(jī)型號和絲杠副參數(shù)可求得傳動比如下:(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,以

12、后各步的計(jì)算可省略。并采用經(jīng)驗(yàn)法來設(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、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)確定為簡化結(jié)構(gòu)選, 模數(shù)m取1.5, 則齒寬 (十二)傳動系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算傳動系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動慣量是一種慣性負(fù)載,在電機(jī)選用時必須加以考慮。由于傳動系統(tǒng)的各傳動部件并不都與電機(jī)軸同軸線,還存在各傳動部件轉(zhuǎn)動慣量

13、向電機(jī)軸折算問題。最后,要計(jì)算整個傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量,即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。本設(shè)計(jì)需要對電機(jī)轉(zhuǎn)子,聯(lián)軸節(jié),絲杠,工作臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算。兩齒輪轉(zhuǎn)動慣量:滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量的折算:工作臺轉(zhuǎn)動慣量折算到絲杠上:由電機(jī)參數(shù)可知:傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計(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)空載啟動時所選電機(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個滑塊.考慮到切削工件時工作臺受力不均產(chǎn)生起顛覆力矩初步確定選用燕尾形直線滾動導(dǎo)軌.滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列公式計(jì)算:滾動體為球時 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,1.0;為溫度系數(shù),當(dāng)工作溫度不超過1000C時,1;為接觸系數(shù),每根導(dǎo)軌條上裝二個滑塊時0.81;為載荷/速度系數(shù),無沖擊振動或時,1-1.5取=1.5。求,其中F為絲杠工作臺的重力: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)書表2-16,選擇型號的燕尾形導(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)的控制對象主要包括各種機(jī)床。在使用中各種控制對象各不相同,但其控制系統(tǒng)硬件組成的基本原理是一致的。控制系統(tǒng)的硬件基本組成圖如下鍵盤顯示控制微機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制對象(設(shè)備)輔助控制檢測如果是開環(huán)控制系統(tǒng),則沒有反饋電路,不帶檢測裝置。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,可以通過軟件來設(shè)置芯片的工作方式,所以,用8255A連接外設(shè)時,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)換器又可將工作臺的位置及速度參數(shù)變換成數(shù)字量,通過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,用來向x,y向步進(jìn)電機(jī)輸出8位脈沖信號。端口B工作在方式1,完成輸入功能,用來接受由模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的8位脈沖信號。端

17、口C作控制用,PC7用作模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的啟動信號,PC2用作輸入的STB信號,PC0用作中斷請求信號,INTR,通過中斷控制器8259A可向CPU發(fā)中斷請求,這些都要由初始化程序來定義。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)過調(diào)整可達(dá)到,當(dāng)CPU輸出的數(shù)字量從00H-FFH時,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)動與速度。通過8255A并行接口和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器電路連接,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)電路對微處理器的干擾,驅(qū)動電路由復(fù)合功率放大,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的三個繞組A相,B相,C相,D相。(1)人機(jī)接口A、采用鍵盤或BCD 碼盤作為輸入。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)電動機(jī)驅(qū)動電路的接口,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:開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。若在“機(jī)械傳動”機(jī)構(gòu)中引出反饋給控制部分,再經(jīng)過比較放大的則為“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)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動,一般情況下多采用開環(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,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,因此采用開環(huán)控制。(2)系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)中采用鍵盤實(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??删幊滩⑿薪涌?255A 是一種應(yīng)用廣泛的并行接口擴(kuò)展器件。它具有三個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)動電路設(shè)計(jì)(1)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)主要涉及脈沖分配器的選擇問題和驅(qū)動電路

20、的選則問題。時下脈沖分配器主要有兩種:一種是硬件脈沖分配器(國內(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)行時間,但是在該設(shè)備中計(jì)算機(jī)有足夠的資源來擔(dān)當(dāng)脈沖分配任務(wù)。該系統(tǒng)采用軟件來進(jìn)行脈沖分配更為合理。單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路見圖3-5步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路采用斬波限流驅(qū)動方式,這種電路采用單一高壓電源供電,以加快電流的上升速度,并通過對繞組電流的檢測,控制功放管的開和關(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,電機(jī)正轉(zhuǎn),為1時則反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時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)存儲單元20H27H中,28H中存放結(jié)束標(biāo)志00H,在29H2EH的存儲單元內(nèi)反轉(zhuǎn)時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MOV R4, #N ;設(shè)步長計(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)動控制器控制原理運(yùn)動控制器由基卡和接口卡組成,如圖4-1所示。單卡可以同時控制1-4軸伺服電機(jī)的運(yùn)動?;闪薖C機(jī)與DSP通信電路,DSP輔助電路,存儲器擴(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62針接頭與基卡相連。伺服使能、報警清除等輸出信號經(jīng)過光電隔

24、離后通過25針接頭對電機(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)編碼器反饋信號經(jīng)過差分處理和光電隔離后輸入基卡,伺服使能、伺服報警信號,回零信號、限位信號和通用I/O信號等也通過光隔進(jìn)行輸入輸出。運(yùn)行過程中,PC機(jī)把粗插補(bǔ)的數(shù)據(jù)通過PC機(jī)與DSP通訊電路傳遞給DSP進(jìn)行時間分割精插補(bǔ)。在每一個伺服周期中,CPLD器件EPM7128和DSP各處理兩路反饋的正交編碼信號進(jìn)以獲取實(shí)時位置和速度,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)動器以控制電機(jī)。外部的伺服報警信號、通用輸入信號、回零信號、限位輸入信號在CPLD中進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸入DSP的XINT1,只要有一個信號輸入就引起中斷,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)動控制卡有以下優(yōu)勢:1)友好界面:PC平臺控制系統(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、鼠標(biāo)、通訊端口、硬盤、軟驅(qū)等)具有無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)所無法應(yīng)付的無數(shù)高級功能。3)開發(fā)便利:用戶可使用V

26、B、VC、C+Buider等高級編程語言,快速開發(fā)人機(jī)界面、調(diào)用成熟可靠的運(yùn)動函數(shù),在幾天或幾周時間內(nèi)完成強(qiáng)大控制軟件的開發(fā)。修改和添加功能十分便利,而且開發(fā)好的軟件極易移植到類似的機(jī)器中。4)成本優(yōu)勢: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)動控制場合中具有良好的綜合成本優(yōu)勢。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/時鐘 控制器原理框圖PC-DSP通訊電路控制器基卡 差分信號處理 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 回零信號 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,必須通過兩個方向運(yùn)動的合成來完成。在數(shù)控機(jī)床中,這是由X、Y兩個方向運(yùn)動的工作臺,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 , ,電動機(jī)上電 , ,2: 延時子程序 , 取偏差的高位 , 偏差< 0,去 ,調(diào)電動機(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)電動機(jī)正轉(zhuǎn)子程序 ,計(jì)算新偏差值,e , , , , , 3: ,取X電動機(jī)當(dāng)前狀態(tài)字 移位法 : ,屏蔽無關(guān)位 ,保存電動機(jī)狀態(tài)字,作為下次轉(zhuǎn)動的基準(zhǔn) ,保存電動機(jī)原狀態(tài)不變: , , : , : , : , , , : , 說明: )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,電動機(jī)狀態(tài)字,電動機(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

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