畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)控制的X-Y工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)題題目：基于單片機(jī)控制的X-Y工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文題目：BasedonsinglechipmicrocomputercontroloftheX-Yworkbenchmechanicalandelectricalsystemdesign學(xué)生姓名學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：機(jī)械電子工程系別：機(jī)電工程系指導(dǎo)教師：職稱講師二零XX年六月東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要Fmax在銑床進(jìn)行立銑的時(shí)候，工作臺(tái)所受絲杠軸線方向的載荷，所受縱向的載荷，所受垂直方向的載荷，已算出工件總重量為619.5N。通過(guò)查表可知：矩形導(dǎo)軌的顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1；滾動(dòng)導(dǎo)軌的滑動(dòng)摩擦因數(shù)=0.005。因此通過(guò)最大工作載荷計(jì)算公式可算出：3.4.2最大動(dòng)載荷FQ當(dāng)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最高移動(dòng)速度時(shí)，選取絲杠的導(dǎo)程，那么可以算出絲杠轉(zhuǎn)速。因?yàn)橐话銛?shù)控機(jī)床的及一般機(jī)電設(shè)備的使用壽命約為15000h，所以這里我也取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入滾珠絲杠副的壽命計(jì)算公式得：（）；根據(jù)查表以及結(jié)合銑床在實(shí)際加工時(shí)的情況，這里我選取載荷系數(shù)，滾道的硬度為60HRC，硬度系數(shù)，代入最大動(dòng)載荷公式可得：3.4.3滾珠絲桿副的型號(hào)選擇及傳動(dòng)效率根據(jù)已初步選取的導(dǎo)程和計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，再經(jīng)過(guò)查表之后，我選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)制造的G系列3205—3型滾珠絲杠副，它的公稱直徑為=32mm，導(dǎo)程為=5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2列，額定動(dòng)載荷為10678N，大于計(jì)算的最大動(dòng)載荷，所以該滾珠絲杠副能滿足要求。再根據(jù)該滾珠絲桿副的參數(shù)代入傳動(dòng)效率公式，可以算出：又因?yàn)椋耗Σ两撬詡鲃?dòng)效率為：3.4.4滾珠絲桿的剛度驗(yàn)算本次設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)的工作方式有兩種，上層為Y向運(yùn)動(dòng)，下層為X向運(yùn)動(dòng)，都是使用滾珠絲桿副進(jìn)行支承，絲杠兩端都使用兩個(gè)推力角接觸球軸承。左右支承的中心距離約，鋼的彈性模量是E=2.1×MPa。又通過(guò)查表可知，G系列3205-3系列的滾珠絲杠副的滾珠直徑為=3.175mm，絲杠底徑為=28.2mm，那么可求得：（1）絲杠截面積：（2）絲杠在工作載荷作用下的拉/壓變形量：（3）單圈滾珠數(shù)：因此可知該絲杠是單螺母的，又查表得知，循環(huán)滾珠是3圈×2列；（4）代入滾珠總數(shù)量公式：=Z×圈數(shù)×列數(shù)=192（5）絲杠預(yù)緊時(shí)的軸向預(yù)緊力：（6）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量：因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力作用，所以實(shí)際變形量約為理論數(shù)據(jù)的一半，所以實(shí)際變形量；（7）580mm跨度的絲杠總變形量：經(jīng)查表可知：4級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在580mm時(shí)的行程偏差允許值為15，遠(yuǎn)大于所求的絲杠總變形量，滿足使用；（8）因?yàn)閄-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲桿副采用的支承都是采用單推-單推的方式，所以查表可知支承系數(shù)，代入截面慣性矩公式：絲杠臥式水平安裝的壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K=3，同時(shí)滾動(dòng)螺母至軸向固定出的最大距離=580mm，代入滾珠絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算公式：遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作載荷=1695N，所以該絲桿穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)狀況。因此本設(shè)計(jì)選用濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3205-3型滾珠絲桿副可行。3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算及型號(hào)選擇3.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也叫脈沖電動(dòng)機(jī)，，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移與輸入的脈沖個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。所以只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序，就可以得到想要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在無(wú)脈沖的輸入的情況下，在繞組電流的激勵(lì)下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以鎖相。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉。它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)塊、起停容易，正反轉(zhuǎn)和無(wú)級(jí)變速也容易實(shí)現(xiàn)。它的缺點(diǎn)主要有：低頻時(shí)有振蕩、速度不夠均勻、在高速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩減小。3.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選擇在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上裝配一個(gè)齒輪減速箱，不僅可以有效的增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，而且也能讓工作臺(tái)和滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳遞到電動(dòng)機(jī)軸上盡量的小些。同時(shí)考慮到應(yīng)該有消除間隙機(jī)構(gòu)，所以應(yīng)該采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。根據(jù)給定的參數(shù)可知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量，滾珠絲桿的導(dǎo)程，再經(jīng)過(guò)查表先預(yù)選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角。可求得減速比為：經(jīng)查表之后我選JBF—3型齒輪減速箱。大小齒輪的模數(shù)都是1mm，齒數(shù)比是，材料選45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后能有55HRC。減速箱中心距為[（75+36）1/2]mm=55.5mm,小齒輪厚度為15mm，雙片大齒輪厚度均為15mm。3.5.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jep的計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)55動(dòng)慣量是伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，它對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇有重要的意義。的主要參數(shù)包括：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減速裝置和滾珠絲杠以及移動(dòng)部件等這算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性等。根據(jù)前面給定和選取的參數(shù)有：滾珠絲桿的總長(zhǎng)=580mm，公稱直徑=32mm，導(dǎo)程=5mm，材料密度，移動(dòng)部件的總重力G=619.5N，小齒輪寬度取15mm，直徑36mm；大齒輪寬度也取15mm，直徑=75mm；傳動(dòng)比是25/12。根據(jù)這些參數(shù)可算出：滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：拖板這算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：再選擇常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)的型號(hào)為110BC380F的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相六拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步矩角為，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。因此可求的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是：3.5.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tep1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下是不一樣的。一般情況下只考慮兩種情況：一種是快速空載啟動(dòng)（負(fù)載為0），另一種是承受最大的工作負(fù)載。（1）空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=其中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：式中：為傳動(dòng)鏈的總效率，因?yàn)樵诓竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)需要考慮的存在，這里取0.7；為對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)素的的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，單位是r/min；為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，單位是s；為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，數(shù)值選取。移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)這算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：式中：為導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，其中滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)為0.005；為垂直方向的銑削力，當(dāng)工作臺(tái)空載運(yùn)行時(shí)為0。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)軸所承受負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸在最大工作負(fù)載狀態(tài)時(shí)承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩其中：；；相對(duì)于和來(lái)說(shuō)很小，可以忽略不計(jì)。則：（3）確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩結(jié)合和可知加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸最大的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該是：3.5.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇在選取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的時(shí)候，要考慮安全系數(shù)K的選擇，這里我選擇K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩：，而通過(guò)查表3-1可知選取的110BC380F型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，遠(yuǎn)大于計(jì)算得出的最大靜轉(zhuǎn)矩，因此該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)滿足工作要求。型號(hào)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)110BC380F相數(shù)步距角電壓電流最大靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量30.75/1.580~300V6A11.76N.m1200Hz12000Hz9表3-1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表3.5.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核（1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核：參數(shù)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=500mm/min，脈沖當(dāng)量脈沖，可以得出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從110BC380F電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩6.6Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.840Nm，滿足要求。（2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核：參數(shù)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=2500mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率。在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=2.4Nm，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.440Nm，滿足要求。（3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核：與快速空載移動(dòng)速度=2500mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查表知110BC380F電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)10000，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。（4）起動(dòng)頻率的計(jì)算：已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用110BC380F步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。3.5.7電動(dòng)機(jī)特性分析及細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的控制方式是通過(guò)脈沖分配器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其主要作用是將數(shù)控裝置傳送的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序傳輸給步進(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)中通常都使用軟件脈沖分配器和集成脈沖分配器。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況決定采用集成脈沖分配器YB013。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)采用的工作方式是三相六拍（三個(gè)線圈A、B、C），其正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AB-B-BC-C-CA-A，其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AC-C-CB-B-BA-A。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不但要取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器的好壞，也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的自身性能。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)來(lái)自控制器的脈沖信號(hào)時(shí)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步矩角，它的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)固定的步矩角一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)運(yùn)行的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接通直流或交流電源工作，必須使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。脈沖信號(hào)發(fā)生器可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，這樣可以進(jìn)行準(zhǔn)確定位；同時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度和加速度可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制可，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3.5.8步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源選用本設(shè)計(jì)中X、Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為110BC380F型，工作方式為三相六拍，與其相匹配的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓為220VAC，相電流為6A。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件選擇4.控制系統(tǒng)的硬件選擇4.1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：包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3、存儲(chǔ)器：包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4、I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖4-1所示：存儲(chǔ)器RAMROM中央處理單元CPU存儲(chǔ)器RAMROM中央處理單元CPU外設(shè)：外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機(jī)，磁盤機(jī)，通訊接口等輸入/輸出I/O接口輸入/輸出I/O接口信號(hào)變換信號(hào)變換控制對(duì)象控制對(duì)象圖4-1數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖4.2主控制器CPU的選擇MCS-51系列單片機(jī)是集中CPU，它有如下特點(diǎn)：1.可靠性高因?yàn)樾酒前垂I(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，故抗干擾的能力優(yōu)于PC機(jī)。系統(tǒng)軟件(如：程序指令，常數(shù)，表格)固化在ROM中，不易受病毒破壞。許多信號(hào)的通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。2.控制功能強(qiáng)具有豐富的控制指令，如：條件分支轉(zhuǎn)移指令，I/O口的邏輯操作指令，位處理指令。3.便于擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有很多供擴(kuò)展用的(總線，并行和串行的輸入/輸出)管腳，很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。4.實(shí)用性好體積小，功耗低，價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。綜合考慮之后，我選用8051芯片作為主控芯片。4.3存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)4.3.1程序存儲(chǔ)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(chǔ)器芯片大多采用EPROM芯片。其型號(hào)有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為2k，4k，8k，16k，32k。在選擇芯片時(shí)要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。8051所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM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2764芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。于8051芯片的P0口是分時(shí)傳送低8位地址線和數(shù)據(jù)線的，故8051擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器，常用的地址鎖存器芯片是74LS373。4.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于8051芯片內(nèi)部RAM只有128字節(jié)供用戶使用，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)需要，因此需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有6116、6264、62128等，這里選用6264。4.3.3I/O擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8051單片機(jī)共有4個(gè)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為多功能的可編程接口芯片，內(nèi)部包含有256字節(jié)RAM，兩個(gè)可編程8位并行口、一個(gè)6位并行口和一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器。8155是8051單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最適用的外圍器件。數(shù)據(jù)存貯器是256x8位靜態(tài)RAM。I/O由三個(gè)通用口組成，其中的6位口可編程為狀態(tài)控制信號(hào)?？删幊痰?4位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器用于給單片機(jī)系統(tǒng)提供方波或計(jì)數(shù)脈沖。8155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。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)5.數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用的控制器是以MCS-51系列8051單片機(jī)為主。擴(kuò)展存儲(chǔ)器電路選1片2732EPROM和1片6264RAM。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為4K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為8K。2732的片選控制直接接地，在系統(tǒng)復(fù)位后，CPU從0000H開(kāi)始執(zhí)行監(jiān)控程序，6264的片選端將由74LS138譯碼器的Y2輸出提供，所以6264的空間地址為4000H~5FFFH，系統(tǒng)的擴(kuò)展借口I/O電路選用通用的可編程并行輸入/輸出借口芯片8155。8155的片選端接到74LS138譯碼器的Y4輸出端。所以8155控制命令寄存器及PA口、PB口、PC口的地址信號(hào)分別是8000H、8001H、8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H~80FFH。8155的A口為控制工作臺(tái)X、Y向電機(jī)的接口。本系統(tǒng)X、Y方向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都用110BC380F型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，軟件環(huán)形分配器控制，高低壓驅(qū)動(dòng)電路。為了防止功率放大器高電壓的干擾，步進(jìn)電機(jī)借口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示控制電路設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口（PC0~5）擔(dān)任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制（字位線）；PB口的PB0~PB3為鍵盤的行線；8051的P1口為顯示器的字形輸出口（數(shù)據(jù)緩沖）。本系統(tǒng)采用4×6共24個(gè)行列式鍵盤和六位八段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口與字位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。PB口剩余的I/O線PB4~PB7分別為工作臺(tái)+X、－X、+Y、－Y四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。在軟件設(shè)計(jì)上8155的PA口、PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)限時(shí)巡回檢測(cè)PB4~PB7的電平，當(dāng)某I/O口線為“0”此外，廣電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。隔離電源選用的是7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)6.系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)6.1系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺(tái)的控制功能包括：（1）系統(tǒng)初始化：對(duì)I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)先設(shè)置接口工作方式控制字。（2）工作臺(tái)復(fù)位：開(kāi)機(jī)后工作臺(tái)應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，亦可手動(dòng)復(fù)位。（3）輸入和顯示加工程序。（4）監(jiān)視按鍵，鍵盤及開(kāi)關(guān)：例如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵和行程開(kāi)關(guān)，鍵盤掃描等功能。（5）工作臺(tái)的超程顯示和處理：工作臺(tái)位移超過(guò)規(guī)定值時(shí)應(yīng)該馬上停止工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，并立刻顯示相應(yīng)的指示字符。6.2系統(tǒng)管理程序控制管理程序是系統(tǒng)的主程序，開(kāi)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(jì)管理程序時(shí)，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(tái)的基本操作功能有：輸入加工程序，自動(dòng)加工，刀位控制，工作臺(tái)位置控制，手動(dòng)操作，緊急停機(jī)等。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)管理程序流程圖如圖6-1所示：加工程序輸入鍵按下加工程序輸入鍵按下機(jī)床復(fù)位開(kāi)始系統(tǒng)初始化自動(dòng)加工鍵按下手動(dòng)加工鍵按下加工數(shù)據(jù)輸入自動(dòng)加工手動(dòng)調(diào)整NNNYYY圖6-1管理程序流程圖6.3自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)（1）機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序：工作臺(tái)移動(dòng)到位→刀具快速進(jìn)給→加工→退刀→工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到下一位置；（2）計(jì)算機(jī)在加工過(guò)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(jì)自動(dòng)加工程序框圖如圖6-2所示：入口入口零件坐標(biāo)地址指針讀零件坐標(biāo)調(diào)步進(jìn)電機(jī)子程序工作臺(tái)移動(dòng)到位刀具快進(jìn)加工快速退刀零件坐標(biāo)地址指針加一零件加工完成NY返回圖6-2自動(dòng)程序加工框圖6.4步進(jìn)電機(jī)子程序控制設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制主要包括速度、轉(zhuǎn)角和方向的控制。步進(jìn)電機(jī)在突然啟動(dòng)或者停止的時(shí)候，因?yàn)樨?fù)載及慣性會(huì)使得電機(jī)失步，所以在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候應(yīng)該要有一個(gè)加減速的過(guò)程。在通過(guò)確定步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時(shí)間間隔，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)角的控制。以下是控制系統(tǒng)的時(shí)間常表6-1。脈沖時(shí)間間隔/ms時(shí)間常數(shù)脈沖時(shí)間間隔/ms時(shí)間常數(shù)6.2246.2440C32H24.1840.820019AH8.8322.587050DH24.9770.793018CH10.8161.98503E0H25.7460.4690180H12.4891.6730344H26.4930.7460175H13.9631.47402E1H27.2190.726016AH15.2961.333029AH27.9260.7070161H16.5211.2260264H28.6150.6900158H17.6621.414023AH29.2890.6730150H17.7731.0710217H29.9470.6580149H19.7461.01301FAH30.5910.6440142H20.7101.96401E1H31.2220.931013BH21.6310.92101CCH31.8400.6180135H22.5140.88301B9H32.4470.607012FH23.3640.85001A3H表6-1控制系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)表在EPROM中，時(shí)間常數(shù)依次存儲(chǔ)在首地址為1000H的存儲(chǔ)單元中。每個(gè)時(shí)間常熟占用兩個(gè)字節(jié)，地位存放的時(shí)間常數(shù)的低8位，高位存放的時(shí)間常數(shù)的高8位。在程序中，設(shè)置加速、恒速和減速脈沖計(jì)數(shù)器。用計(jì)數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過(guò)程的結(jié)束標(biāo)志。步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖見(jiàn)圖6-3：開(kāi)始開(kāi)始送時(shí)間常數(shù)送時(shí)間常數(shù)步進(jìn)電機(jī)走一步步進(jìn)電機(jī)走一步時(shí)間常數(shù)地址指針+1時(shí)間常數(shù)地址指針+1時(shí)間常數(shù)地址指針+1時(shí)間常數(shù)地址指針+1關(guān)中斷關(guān)中斷返回返回圖6-36.5內(nèi)存地址分配加速脈沖計(jì)數(shù)器的地址為20H。恒速脈沖計(jì)數(shù)器低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址為22H減速脈沖計(jì)數(shù)器地址為23H，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給控制程序FEED的首地址為0E80H。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)論結(jié)論X-Y數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合了機(jī)械設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)，需要對(duì)大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行一個(gè)綜合的應(yīng)用。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我又重新鞏固了以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，主要包括了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、數(shù)控技術(shù)及裝備和機(jī)電一體化等課程，同時(shí)也鍛煉了理論在實(shí)際中的運(yùn)用和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這次設(shè)計(jì)我的思路大概是這樣的：先確定總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行初步規(guī)劃，其中主要是對(duì)工作臺(tái)需要用的的一些主要零件進(jìn)行選擇和分析，并繪制總體方案圖；然后就是對(duì)機(jī)械傳動(dòng)需要用的零件進(jìn)行初步選型和驗(yàn)算，其中包括導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置等等一些零件，這是這次設(shè)計(jì)最為重要的一步，需要進(jìn)行大量的驗(yàn)算和分析，所以必須非常的嚴(yán)謹(jǐn)；最后是對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)，并繪制電路原理圖。在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多的問(wèn)題，比如在對(duì)滾珠絲桿螺母副和電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選擇時(shí)，一開(kāi)始初選的滾珠絲桿螺母副和電動(dòng)機(jī)的型號(hào)往往在驗(yàn)算過(guò)程中被檢驗(yàn)出達(dá)不到要求，使得自己不得不一次又一次的重新選擇型號(hào)，又再進(jìn)行驗(yàn)算，總算最后在老師的細(xì)心指導(dǎo)下