中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！1中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！數(shù)控車床 XY 軸工作臺和控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要我設(shè)計的是車床 XY 軸工作臺和控制系統(tǒng)，采用單片機控制步進電動機驅(qū)動工作臺。首先確定設(shè)計的總體方案，然后對車床的機械部分進行設(shè)計，其中包括工作臺、滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠、步進電動機的設(shè)計和選用，最后對數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類典型機電一體化產(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)鍵詞：數(shù)控車床 XY 工作臺 控制系統(tǒng)中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！2中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！前 言一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國對外開放進一步深化的新環(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)及裝備的幾點看法。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)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(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)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。（一） 、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。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 ,其主要研究熱點有以下幾個方面:(1) 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(2) 5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展(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（二） 、對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計我國數(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 1958 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 ,由于中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！3中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！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步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進入市場競爭階段?？v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。（三） 、對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考(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 ,因為制造業(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) ,對我國實現(xiàn)禁運和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。(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 ,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(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、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。中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！4中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！一、畢業(yè)設(shè)計的目的、意義《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》畢業(yè)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)過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設(shè)計訓(xùn)練。其目的是：能夠正確運用《機電一體化系統(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)生具有機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力；通過機械部分設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；通過畢業(yè)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。中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！5中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！二、畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容（一）畢業(yè)設(shè)計題目：單片機控制步進電機驅(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 40Lxm? 40YLm?快速進給速度 max20/inv? max20/inyv?和工作載荷 2ZFN中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！6中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！三、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)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。進行方案的分析、比較和論證。（一）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。（二）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電機作為伺服電機.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，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用?？紤]到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！7中國機械加工網(wǎng) 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3-1四、機械部分設(shè)計機械部分設(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，選擇步進電機，傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計、計算與選擇，繪制機械部分裝配圖等。（一 ）確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量 δp 是一個進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，由中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！9中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！于定位精度為±0.01mm 因此選擇脈沖當(dāng)量為 0.01mm。（二）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 WX 和 WY。取 X 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?410mm,Y 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?400mm,設(shè)計工作臺簡圖如下:圖 4-1X 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:xW= 324201507.816.58N?????Y 向拖板(下拖板)尺寸為: 4重量 = 32??上導(dǎo)軌(含電機)重量為 239048205)7.810487.N??????夾具及工件重量:約 155N工作臺簡圖中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！10中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 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中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！額定行程長度壽命: ()HTCaWffSFTK?（4-1）2045MF1,,.81,,oTWCHRdffffK??3 310.817502()5()4209.58HTCaWffSF km??導(dǎo)軌的額定工作時間壽命: 3102SoTHln??(4-2)3 310249.58104971506SoTln hTh?????導(dǎo)軌的工作壽命足夠.（四）滾珠絲杠計算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMn 鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm強度計算絲杠軸向力： )(,,maxyxzyxWFfKF??(N) (4-3)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。取 f=0.004, 40ZF?則:maxX0.5.2161(67.58)104.6042YZNNF????中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！12中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！壽命值： 610nTL?，其中絲杠轉(zhuǎn)速 0maxlvn?(r/min) (4-4)max06524/i103ThvnrlL???最大動載荷： FfLQWH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。查表得中等沖擊時 1.2,ff?則:360.4568709.5.4XY NQ??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:中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！13中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！圖 4-2其額定動載荷為 14205N yQ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)的計算如下表表 4-2名稱 計算公式 結(jié)果公稱直徑 0d―― 20mm螺距 t ―― ５mm接觸角 ?―― 045鋼球直徑 bd―― 3.175mm中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！14中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！螺紋滾道法向半徑 R0.52bd?1.651mm偏心距 e()sine???0.04489mm螺紋升角 ?0tarcgd???0'43螺桿外徑 d(.2~5)b?19.365mm螺桿內(nèi)徑 110eR??16.788mm螺桿接觸直徑 2d2cosbd?17.755mm螺母螺紋外徑 D0e?23.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1(.~25)bd??20.7mm傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為： )(?????tg(4-5)式中：φ=10’ ，為摩擦角；γ 為絲杠螺旋升角。 0'''43()(1)0.96ggt tt????????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。剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： ESFll01???(cm) (4-6)Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數(shù)計算中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！15中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！60622 21.5615.80.241.5.(/)3.40YFNlcmECMSRL????????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0 6 4110.56.22.102.[]lL um??????????E 級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。（五）齒輪計算、設(shè)計因步進電機步距角 1.5ob??滾珠絲杠螺距 t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量 0.1/pstep??,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動.齒輪傳動比： pli??360 ，步進電機步距角：α= 1.5?/step。 (4-7)128.215.360Zilp????取小齒輪齒數(shù) 14 則大齒輪齒數(shù) 250Z?大小齒輪材料均為 45 鋼由于軟齒面齒輪工藝簡單、生產(chǎn)率高，故選擇軟齒面齒輪。因傳遞的扭距較小,取模數(shù) m=1mm 則:分度圓直徑: 124dmz?? 2150dmz??齒頂圓直徑: ()()16a?250z中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 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2230.78256.710.03.4.J kgcm? ?? ??????電機軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有： 22 2224 0.16.4710()16.537.4)10()0.793.3458dJ kgcm? ?????????（七）步進電機的選用(１）步進電機啟動力矩的計算設(shè)步進電機的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：TPs???式中 為電機轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移， ?為機械傳動的效率。若取 b???，則中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！18中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)?。樱?p?，且 ()szPGP???。所以：36[()]2pszbT???(4-10)式中： sP為移動部件負(fù)載（N） ，G 為移動部件質(zhì)量（ N） ， zP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?為步進電機的步距角（rad）,T 為電機軸負(fù)載力矩（N.cm） 。取 ?=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)） ， ?＝０.8， sP= H=279.23Ｎ。考慮到重力影響，Ｙ向電機負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有： 360.1[25.80.3(20180)]3.14.5.865.2.T ncm?????? ?考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩： 0.3~.5QT?(4-11)取系數(shù)為０.３，則： 65.2163.204qTncm?對于工作方式為三相６拍的步進電機： max 163.20.86088.36.qTj nc??(２） 步進電機的最高工作頻率 maxax1167600.pvf????為使電機不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率 maxf,同時電機最大靜轉(zhuǎn)矩要足中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！19中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！夠大,查表選擇兩個 90BF001 型三相反應(yīng)式步進電機.電機有關(guān)參數(shù)如下: 表 4-3主要技術(shù)參數(shù)型號相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjT(n.m)空載啟動頻率空載運行頻率分配方式90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4 相 8 拍外形尺寸(mm)外直徑 長度 軸直徑重量kg轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Kg.m90 145 9 4.5 1764中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！20中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！五、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計（一）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 5-1（二）主控制器ＣＰＵ的選擇ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！21中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用８０３１芯片作為主控芯片。（三）存儲器擴展電路設(shè)計（1）程序存儲器的擴展單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時序的匹配。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ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２７６４芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴展用芯片。于 8031 芯片的 oP口是分時傳送低 8 位地址線和數(shù)據(jù)線的，故 8031 擴展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器，常用的地址鎖存器芯片是 742S373。（2）數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于 8031 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，因此需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 。常用的數(shù)據(jù)存儲器有 6116(2Kx8)，6264(8Kx8)等，這里我選用 6264(8Kx8)。（3）譯碼電路由于這里擴展的容量較大，擴展多個外圍芯片。因此，這里使用譯碼法來進行編址。譯碼電路可使用現(xiàn)有的譯碼芯片，這里我們選用 3-8 譯碼器（74LS138） 。這種芯片，輸入端占用 3 根最高位地址線，剩余的 13 根低位地址線可作為片內(nèi)地址線，74LS138 譯碼器的8 根輸出線分別對應(yīng) 8 個 8K 字節(jié)的地址空間。（4）Ｉ／Ｏ擴展電路設(shè)計(a).通用可編程接口芯片８１５５８０３１單片機共有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。因此要進行Ｉ／Ｏ口的擴展。８１５５與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。（四）步進電機驅(qū)動電路設(shè)計中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！22中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)?。?）脈沖分配器步進電機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電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(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。（2）光電隔離電路在步進待年紀(jì)驅(qū)動電路中，一般在接口電路與功率放大器之間家上光電隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電偶合器作為光電隔離電路。（3）功率放大器環(huán)型分配器的輸出脈沖很小，還遠(yuǎn)不能滿足步進電機的要求，不許將它放大，以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn)，這里采用的功率放大電路如下圖所示：圖 5-2 功率放大器（五）其它輔助電路設(shè)計（１）８０３１的時鐘電路單片機的時鐘可由內(nèi)部方式產(chǎn)生，內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTA 1L，XTA2L引腳上外接定時元件。如下圖所示中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！23中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！圖 5-3 時鐘電路（２）復(fù)位電路單片機的復(fù)位電路都是靠外部電路實現(xiàn)，在時鐘電路工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn) 10ms 以上高電平，單片機便實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機便從 0000Ｈ單元開始執(zhí)行程序圖 5-4 復(fù)位電路中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！24中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！六、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）插補程序。根據(jù)零件加工源程序進行插補，分配進給脈沖。（4）伺服控制程序。根據(jù)插補運算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機的速度，轉(zhuǎn)角以中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！25中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！及方向。（5）診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。（6）機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、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。（二）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 進行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。（2） 、工作臺復(fù)位。開機后工作臺應(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。（三）系統(tǒng)管理程序控制管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入管理程序。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，緊急停機等。（四）自動加工程序設(shè)計（1）機床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位→刀具快速進給→加工→退刀→工作臺運動到下一位置；（2）計算機在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機床完成加工；中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！26中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！結(jié)束語《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、如何通過改進并加入自己的想法與觀點，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)系實際以及分析和解決工程實際問題的才能，并中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！27中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！使大學(xué)三年所學(xué)的知識得到進一步鞏固、深化和擴展。在此，我對我的論文指導(dǎo)老師沈丁琦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中所列書籍、文章及資料的作者。參考資料中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！28中國機械加工網(wǎng) http://www.cnjijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)網(wǎng)站！中國機械加工社區(qū) http://www.51jijia.com ： 中國最專業(yè)的機械加工行業(yè)社區(qū)！1、 高鐘毓 《機電控制工程[M]》 清華大學(xué)出版社 2002．2、 劉助柏 《知識創(chuàng)新思維方法論[J]》機械工業(yè)出版社 19993、 宋云奪 宋云奪 《光機電一體化產(chǎn)業(yè)的未來[J]》 《光機電信息》 2003 (12)4、 丁連紅 《機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀分析[J]》 《中國科技信息》 2007 (12)5、 張鵬萬 孫劍峰 李占平 《機電一體化中的接口技術(shù)[J]礦業(yè)工程》 2005 (06)6、 王寶敏 《談機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢[J]》 《大眾科技》 2006 (05)7、 王維剛 《淺談機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢[J]》 《黑龍江科技信息》 2007 (02)8、 楊春光 《我國機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]》 《科技促進發(fā)展》 2007 (03)9、 毅剛 《單片機原理與應(yīng)用[M]》高等教育出版社 200310、 張大明 彭旭昀 《尚靜基.單片微機控制應(yīng)用技術(shù)[M]》機械工業(yè)出版社 200611、 付家才 《單片機控制工程實踐技術(shù)[M]》化學(xué)工業(yè)出版社 200412、 陳小忠 黃寧 趙小俠 《單片機接口技術(shù)實用子程序[M]》 人民郵電出版社 2005