XY數(shù)控工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）X-Y數(shù)控工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx摘要當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)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(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)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(jì)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。關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的基礎(chǔ)控制自

2、動化系統(tǒng)化1引言機(jī)電一體化是多學(xué)科領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程，它是融合檢測傳感技術(shù)，信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等多種技術(shù)于一體的新興綜合性學(xué)科。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，在世界范圍內(nèi)掀起的機(jī)電一體化熱潮，使機(jī)電一體化越來越顯示出強(qiáng)大的威力，它使機(jī)械產(chǎn)品向著高技術(shù)密集一一機(jī)電一體化的方向發(fā)展。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中占有重要位置，它關(guān)系到學(xué)生知識的綜合運(yùn)用和學(xué)生動手能力的培養(yǎng)及機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)的能力。因此設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇很重要?；谖⑿陀?jì)算機(jī)控制的X-Y工作臺是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，以此為設(shè)計(jì)內(nèi)容有較強(qiáng)的教學(xué)研究意義。培養(yǎng)

3、我們理論聯(lián)系實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的重要步驟，它起到了設(shè)計(jì)的作用。通過對X-Y工作臺的設(shè)計(jì)總體方案的擬定，進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)以及數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，使我們綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械.電子和微機(jī)的知識，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練。從而培養(yǎng)了我們具有加工編程1工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）能力，初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機(jī)電方面技術(shù)問題的能力。工作臺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它具有直線插補(bǔ)和圓弧平臺為基礎(chǔ)的數(shù)控X-Y本設(shè)計(jì)是以PC可靠控制精度相對較高，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，性、穩(wěn)定性和實(shí)用性都很好。工作臺總體方案的設(shè)計(jì)XY22.1

4、總體方案的分析X-Y精密工作臺的總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：A.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)。B.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)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。C.8031系列微機(jī)處理機(jī)的配套并行接口芯片，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。D.根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU,還應(yīng)包括擴(kuò)展程序存儲器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路；包括電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。E.縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動鏈，它們各自由各的步進(jìn)電動機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠螺母副組成。F.為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度

5、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。G.為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用矩形滾動直線導(dǎo)軌。2.2總體方案的確定由于設(shè)計(jì)要求X-Y工作臺具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)床要求，采用8位機(jī)。由于MCS51系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對于簡單的應(yīng)用場合，MCS-51系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片8031外2工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）的擴(kuò)展對于復(fù)雜的應(yīng)用場合，可以利用MCS-51擴(kuò)一片EPRO就能滿足功能

6、的要求，功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。所以應(yīng)選用單片機(jī)。8031為了保證為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠。一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖：微型機(jī)城動構(gòu)機(jī)傳機(jī)尿療梅機(jī)執(zhí)機(jī)圖1開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖機(jī)械傳動系統(tǒng)簡圖2.3軸的傳動系統(tǒng)簡圖都如圖所示軸與XY工作臺步進(jìn)電機(jī)減速器傳動系統(tǒng)簡圖圖23系統(tǒng)脈沖當(dāng)量和給定參數(shù)Y兩方向的脈沖當(dāng)量一樣，所以設(shè)計(jì)時(shí)只計(jì)算一個(gè)方向。X由于、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量3.1應(yīng)小于等于工作臺的位置精度，脈沖

7、當(dāng)量6是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺的位移量，p0.01mm由于定位精度為土因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm3工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）3.2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向工作臺承載重量怵口xW取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y導(dǎo)軌支撐鋼千勺中心距為400mm設(shè)計(jì)丫工作臺簡圖如下圖3數(shù)控工作臺簡圖X向拖板（上拖板）尺寸為：長寬高42041050重量:按重量=#積*材料比重估算為：32=WN1010671.587.842041050xY向拖板（下拖板）尺寸為:5042040032重量=WN104204005010655.27.8丫上導(dǎo)軌（含電機(jī)）重

8、量為23N101050）8002357.8487.978480（900夾具及工件重量：約155NX-Y工作臺運(yùn)動部分總重量為：N2000155671.58655.2487.97W工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)4滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇f=C/P,式中：和W計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)1g據(jù)給定的工作載荷F和估算的WSLyxzf=1.03.0(一般運(yùn)行狀況)為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷；工作載荷P=0.5(F+W);,Gl0z3.05.0(運(yùn)動時(shí)受沖擊、振動)。根據(jù)計(jì)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4.0fsLPfCyo,xsl)WFP0.5(yzxx，y，)=0.5(2000+671.58)=

9、1335.79N+WP=0.5(Fxz)=0.5(2000+655.2)=1327.6N=0.5(F+WPyzy1335.79=5343.16N=4C=fPxsLOx1327.6=5310.4N=4C=FPyoysl根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌：選擇漢機(jī)7T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)如表1所示：表1滾動直線導(dǎo)軌基本參數(shù)額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長度動載荷Ca靜載荷CoTaTbTcKgm/Kg17500260001981982880.603.1滑座個(gè)數(shù)單向行程長度每分鐘往復(fù)次數(shù)MlSn40.64L/(mm)760C17500N導(dǎo)軌的額定

10、動載荷avC(kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作(m/min)和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷依據(jù)使用速度a壽命L:n5工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)額定行程長度壽命3CfffaCHTKTSfFWF2000M500F一4M1,ff2,f0.811f,htwcR50K_d033Cfff0.811750011aHTC142409.58km50TKs5002fFw：導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命3310T10142409.58sh15000hTT494477h600.64n2l20導(dǎo)軌的工作壽命足夠5滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型珠絲杠滾副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊，雙螺母螺紋式預(yù)緊，雙螺母齒差式預(yù)緊，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以

11、及過盈滾珠預(yù)緊等幾種。5.1計(jì)算進(jìn)給牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切屑時(shí)的走刀抗力以及移動件的重量和切屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)?？v向進(jìn)給為三角形導(dǎo)軌GFkFfF(5-1)Ymz4150N500018000.0420001.15k1.15K：一考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù).三角形導(dǎo)軌取式中0.030.05:f一貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)200kg10N/kg2000N取,一溜板及刀架重力G6工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)計(jì)算最大動載荷5.2100選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值

12、即稱為該滾106萬(，計(jì)算如下：珠絲杠能承受的最大動負(fù)載C)(5-2FCfmw5-3)(/106nT)L(60(5-4)L)/n(1000Vos初選出查滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量表，L為滾珠絲杠導(dǎo)程，選絲杠名義直徑為40mm,=6mmLo此處為1/3,一最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2Vs0.15m/min;15000h;，按T使用壽命1.5;1.2一運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)f,如下表所示，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取w2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)表運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)1.01.2無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.21.5一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.52.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1L一壽命以轉(zhuǎn)106單位為5-4根據(jù)()公式可知：5-2)(5-3)min60.1512.5r/

13、V1000/L10000.555nos11.2515000/106/1066012.5L60nTfF1.2 1775 4772.7Nmw5.3滾珠絲杠螺母副的選型,圈2.5列1W1L400歲表，可采用外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為16400N,其額定動負(fù)載為3級7工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）傳動效率計(jì)算5.4/tantan5-5）（螺旋升角式中：442W1L4006,0.0040.003小一摩擦角取10',滾動摩擦系數(shù)5-5）公式可知：根據(jù)（0.9410/tan/tan244tan244tan穩(wěn)定性校核5.5.不需作穩(wěn)定性校核，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象

14、，滾珠絲杠兩端采用推力球軸承進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計(jì)算6）齒輪傳動比計(jì)算（縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算6.1初選步進(jìn)電機(jī)步距角,縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量滾珠絲杠導(dǎo)程6mmL0.01喇0，可計(jì)算出傳動比0.751.253600.75i6L0.01/3606-1）Ppob齒輪齒數(shù)及技術(shù)參數(shù)6.2因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞功率降速級數(shù)決定采用一對齒輪降速，i后，計(jì)算出傳動比。，銃床取m=2,一般取m=12,數(shù)控車床不大為了消除齒輪側(cè)隙，采用雙片齒輪。步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用7初選步進(jìn)電機(jī)7.1計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩7.1.12360pFT/）(7-1bmmcm141.26mmN0.990.990.980.723.1417750.

15、01360/2N(mm/step);式中一脈沖當(dāng)量p8工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)(N);一進(jìn)給牽引力Fm0.720；一步距角，初選雙拍制為b絲杠效率之積，分別為軸承，一電機(jī)-絲杠的傳動效率為齒輪，0.98,0.99,0.99;估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩7.1.2)(7-20.50.3/TTmqcm470.8NNmm4708.6Nmm1412.5/0.3計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩7.1.3其輸出當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，考慮到步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，來選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)K,則步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)=1.5滿足：

16、(7-3)cmNNcm706.2T1.51.5470.8jmax初選步進(jìn)電機(jī)型號7.1.4反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出BF根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax在國產(chǎn)考慮到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床有.130BF001最大靜轉(zhuǎn)矩為，可以滿足要求T931Ncm-x,另一方面，應(yīng)該選稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)以留有一定的余量.可能使用較大的切削用量.步進(jìn)電機(jī)，決定采用150BF002與國內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比根據(jù)草圖校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩7.2.;初選之后應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算7.2.1JZ3可由下式計(jì)算運(yùn)動件的轉(zhuǎn)動慣量2g/J2GL/JJ/ZZ2J)(7-402121s乙Z的

17、轉(zhuǎn)動慣量式中：J,J齒輪2112J一滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量s22cm2.62kg2kgem30.78J10dL0.781036.44111422cmkgcm284310LJ0.78103d0.78kg6.3922249工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)22cm33.95170kgkgcmJ0.7810344sN2000G齒輪慣量計(jì)算3剛材的密度為對于剛材:J=0.78D4LX10-3cm3kg/7.810（cm）;式中：D一圓柱體直徑；L一圓柱體長度（cm）3剛材的密度為cmkg/7.8103:）式代入（7-42g2LZ/Z/2JJ/JJG0212s122cm2/10kg0.6/2.62232/40200

18、06.3933.952cmkg29.64JJ12NM電機(jī)2cm29.659.2kg2J2J:電機(jī)慣量電機(jī)2cm88.8kgJ59.229.6JJ總慣量：電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算7.2.2下面分別按各階段計(jì)算：，在，機(jī)床在不同的工況下快速空載起動慣性矩1）ta60102TJJ/2n）(7-5 max慣360)n / ) (7-6bmaxmaxp,）式將前面數(shù)據(jù)代入（7-6minr/n833.3/0.75）/3603604000/0.01bpmaxmaxta=200ms起動加速時(shí)間ta21060/TJ2nmax慣cm387.31N0.2Ncm88.82833.3102/60快速空載起動TTTT7-7（）o

19、f慣1負(fù)T折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩門。工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）7-8)(Z/2FL/2ZfFG/LT2ooo1fYicm26.751.25N50002000N0.6/2cm0.80.04附加摩擦轉(zhuǎn)矩Toi/i22FTL/1/31FL12moopooo2ocmNN0.8/cm20.81/30.6177510.7410.920.8;一般可取0.70.85此處取“一傳動鏈總效率一一般取0.9;“一滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動效率。1傳動比；（N）;，一般取1/3Fm,Fm為進(jìn)給牽引力F一滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷po（N）;F一垂直方向的切削力丫cm424.8NT26.7510.74387.311負(fù)快速移動時(shí)所

20、需轉(zhuǎn)矩2）cm37.49N26.7510.74NcmTTTTof摩負(fù)2）切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩直線，勻速3）最大（2FLT后切cmN0.813000.60.8/2124.2cmcm161.69NTT124.237.49NT切摩負(fù)3加速切削TTTT切慣摩4負(fù)cm549N37.49387.31Ncm124.2,以加速切削所需轉(zhuǎn)矩最大四種工況下,TT萬和丁從上面計(jì)算可以看出4負(fù)13負(fù)2負(fù)負(fù).即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)T52T4負(fù)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩：貝U取2倍cmcm1098NT2549N電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為150BF002BFFA國產(chǎn)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出.,大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩以滿足此

21、項(xiàng)要求13.72N?m,完全可以滿型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性圖，當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時(shí)按150BF002150BF002，足要求所以初步選擇型步進(jìn)電機(jī)。11工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）8數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)8.1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：圖4數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖5 .2主控制器CPU的選擇MCS-51系列單片機(jī)是集中CPUI/O端口及部分RAM?為一體的功能性很強(qiáng)的控制

22、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(jì)選用803112工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)芯片作為主控芯片。6 .3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(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)，具作用是將數(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(jì)采用集成脈沖分配器YB013采用YB01刎件環(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

23、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：(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(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。這里采用的功率放大電路如下圖所示：圖5功率放大電路13工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)7 .4其它輔助電路設(shè)計(jì)(1) 8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)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,XTAL匐

24、腳上外接定時(shí)元件，如下圖所示。晶體可以在1.212之間任意選擇，耦合電容在530pF之間，對時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，可將XTAL1直接接地，XTAL2g外部時(shí)3031KT ALLXTAL2鐘源圖68031的時(shí)鐘電路（2）復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在RESEEI腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后CPUg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8031復(fù)位要求一致時(shí)，可以RF,R取C復(fù)位電路中取22200,時(shí)，當(dāng)晶振頻率選用。1000取直接相連。6MHzx實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示：cRESET11RT

25、8031Rxn圖78031復(fù)位電路14工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）3）越界報(bào)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，。當(dāng)口P1.08031的I/O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由低電平發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，任何一個(gè)行程開關(guān)被壓下的時(shí)候，可利用軟件設(shè)計(jì)成查詢的方法隨時(shí)檢查有無越界信號。也可接成變成高電平。8031,采用中斷方）INT0或INT1的外部中斷引腳（從光敏三極管的集電極輸出接至8031式檢查越界信號。9系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)1.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以參考本章第一節(jié)的車床數(shù)控系統(tǒng)，但在硬件電

26、路上需要考慮步進(jìn)電動機(jī)（編碼器）反饋信號的處理，在軟件上要實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)的控制算法。根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)主要考慮以下功能：(1)接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；(2)接受限位開關(guān)信號；(3)控制X,Y向步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動器；(4)與PC機(jī)的串行通信。CPU選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52采用8279,和W27C5126264芯片做為I/O和存儲器擴(kuò)展芯片。W27C51叫做程序存儲器，存放監(jiān)控程序；6264用來擴(kuò)展AT89S52的RAM#儲器存放調(diào)試和運(yùn)行的加工程序；8279用做鍵盤和LED顯示器借口，鍵盤主要是輸入工作臺方向，LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有超程報(bào)

27、警功能，并有越位開關(guān)和報(bào)警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路。進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖15圖8進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖1.2 驅(qū)動電路流程設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺直線行進(jìn)給0.01mm步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)CPU的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會將大的電壓加在CPU±使其燒壞。程序流程圖(如下圖所示)16工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)程序流程圖圖917工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖如下圖所示圖10步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖該電路中

28、的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng)A相得電時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組W體聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。9.3直線插補(bǔ)及圓弧插補(bǔ)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(gè)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(gè)方向運(yùn)動的工作臺，按照插補(bǔ)控制原理實(shí)現(xiàn)的。9.3.1 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：F0F0,從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏

29、差計(jì)偏差判別：判別偏差或mm算公式。坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個(gè)方向進(jìn)給。18工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）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)值來判斷，也可由一個(gè)方向的坐標(biāo)值來判斷。當(dāng)，可用X方向走的總步數(shù)作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，YXXeee如動點(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YXYXeeee依據(jù)。由此，直線插補(bǔ)程序的算法如圖：圖11逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)框圖9.3.2 圓弧插補(bǔ)程序的設(shè)計(jì)逐點(diǎn)比較法的圓

30、弧的插補(bǔ)計(jì)算過程和直線插補(bǔ)過程基本相同，也分為偏差判別、19工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)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IIIIIIIXYYX,則以，則以X是否等于判據(jù)。若Y是否等作為終點(diǎn)判據(jù);若Xeeeee于作為終點(diǎn)判據(jù)。Ye逆圓弧插補(bǔ)程序算法如圖：圖12第一象限逆圓插補(bǔ)程序框圖20工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）總結(jié)通過此次設(shè)計(jì)，讓我對于理論知識尤其是專業(yè)知識有了更深的了解和認(rèn)識，并能將其進(jìn)行一次比較全面系統(tǒng)的總結(jié)和應(yīng)用；使我學(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，進(jìn)一步加強(qiáng)了我綜合分析解決實(shí)際問題和獨(dú)立思考的能力。在這次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過查閱資料，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)將設(shè)計(jì)完成的比較合理且具有實(shí)際的意義。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。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。比如知識運(yùn)用的熟練程度不夠，知識面比較狹隘，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)中的一些問題無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。在此，我要感謝這三年里給我授課的所有老師。感謝你們傳給