X－Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文說(shuō)明書

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1、 河南科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （機(jī)電一體化工程） 題 目： X－Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí)： 機(jī)制0804 河南省高等教育自學(xué)考試 X－Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) 摘 要 數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電等多學(xué)科各種高科技的綜合性組合，特別是以電子、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)為基石，必須具有鞏固的技術(shù)基礎(chǔ)，互相配套，缺一不可。當(dāng)

2、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(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)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(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)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(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)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。 本文的設(shè)計(jì)主要分為兩部分即電氣控制和機(jī)械傳動(dòng)部分，電氣控制部分采用89C51系列單片即作為CPU，機(jī)械部分的傳動(dòng)元件主要有齒輪副、滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副，其中滾珠絲杠較螺紋傳動(dòng)效率更高，且精度也大大的提高了，滾動(dòng)導(dǎo)軌是直線

3、移動(dòng)部件中最優(yōu)的，也是效率最高的，主要是因?yàn)槭悄Σ料禂?shù)小，且維護(hù)簡(jiǎn)單，并且能精確地定位。系統(tǒng)整體的精度、效率、可靠性都得到了很大的提高，能保證加工的順利進(jìn)行。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 滾珠絲杠 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 滾動(dòng)導(dǎo)軌 ABSTRACT CNC machine tools is the mechanical, electrical and other multi-disciplinary comprehensive combination of various high-tech, especially

4、 on electronics, computers and other advanced technology as the cornerstone of modern, must have a solid technological foundation, supporting each other, are indispensable. If not available, then the smooth development of CNC machine tools is difficult. This paper is divided into two parts, the de

5、sign of electrical control and mechanical drive that is part of the electric control part adopts the 89C51 family as a single CPU, using the direct control of stepper motor P1 port, eliminating the hardware unit ring distributor, making the system more simple of a large number of optical isolators,

6、the strength and weaknesses of the system separate electrical system, so that it can be their own work independently, without causing strong electricity system weak system interference. Other components using the 8255 expansion of the system to meet the needs of users, but also not enough to solve t

7、he contradiction between the port and improve the efficiency of the system, using software instead of hardware to implement the circular distribution, so that the compilation process easier. Mechanical transmission components mainly gears, ball screw and rolling guide vice, which threaded ball screw

8、 drive more efficient, and also greatly improved the precision, linear motion guide is the best moving parts in is also the most efficient, mainly because of friction coefficient is small, and simple maintenance, and can accurately locate. Overall system accuracy, efficiency, reliability have been g

9、reatly improved, to ensure the process goes smoothly. KEY WORDS： microcontroller ball screws stepping motor Rolling guide 目 錄 1.前言.......................................................5 1.1設(shè)計(jì)目的..................................................5 1.2現(xiàn)實(shí)意義.......................

10、...........................5 2.總體方案的確定............................................7 2.1設(shè)計(jì)參數(shù)..................................................8 2.2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和絲杠......................................8 2.3初定工作臺(tái)尺寸............................................8 2.4系統(tǒng)組成框圖..................................

11、............9 3.機(jī)械部分的設(shè)計(jì)............................................10 3.1傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算..................................10 3.1.1機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.........................................11 3.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.........................................11 3.1.3工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.......................................11 3.

12、1.4總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算.........................................11 3.2工作載荷分析及計(jì)算.........................................11 3.3進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算.....................................12 3.4滾珠絲杠螺母副的選型和校核.................................12 3.4.1最大工作載荷的計(jì)算......................................12 3.4.2最大動(dòng)負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸.....

13、........................13 3.4.3傳動(dòng)效率計(jì)算............................................13 3.4.4剛度驗(yàn)算................................................13 3.4.5壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算.........................................14 3.5導(dǎo)軌的選型和計(jì)算..........................................14 3.6驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用............................

14、................15 3.6.1步距角的選擇...........................................15 3.6.2步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的選擇.................................15 3.6.2.1加速度力矩 .........................................15 3.6.2.2空載摩擦力矩........................................15 3.6.3啟動(dòng)矩頻特性校核.......................................16

15、 3.6.4工進(jìn)運(yùn)行矩頻特性校核...................................17 4.數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)............................................18 4.1硬件設(shè)計(jì)..................................................18 4.2步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服原理......................................19 4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制框圖......................................19 4.4軟件程序設(shè)計(jì).......

16、.......................................20 5.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..........................................23 5.1 CPU板設(shè)計(jì)................................................23 5.1.1 CPU接口設(shè)計(jì)...........................................25 5.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)..............................................26 5.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理.

17、..........................26 5.2.2電磁鐵的驅(qū)動(dòng)...........................................27 5.2.3 LED顯示電路...........................................28 5.3傳感器和人機(jī)界面設(shè)計(jì)......................................29 6.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).........................................31 6.1總體設(shè)計(jì)...................................

18、...............31 6.2主流程圖設(shè)計(jì)..............................................31 6.3 INTO中斷服務(wù)流程設(shè)持續(xù)...................................32 6.3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序.....................................33 6.3.2步進(jìn)電動(dòng)環(huán)形分配程序...................................34 6.4 INT1中斷服務(wù)流程設(shè)計(jì).....................................35

19、6.4.1復(fù)位程序...............................................35 6.4.2正轉(zhuǎn)程序...............................................36 6.4.3電機(jī)進(jìn)一步程序.........................................37 6.4.4延時(shí)程序...............................................38 6.4.5 LED顯示程序...........................................38 7.結(jié)

20、論.......................................................41 8.參考書目...................................................42 1.前 言 1.1設(shè)計(jì)目的 通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面的，系統(tǒng)的了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其思想知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定，分析和比較方法 通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向原件的工作原理，設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式 通過(guò)對(duì)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理，計(jì)算控制方法與控制驅(qū)動(dòng)方式 培養(yǎng)學(xué)

21、生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，查閱文獻(xiàn)資料及撰寫科技論文的能力 1.2現(xiàn)實(shí)意義 制造技術(shù)是各國(guó)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的重要支柱之一，經(jīng)濟(jì)的成功在很大程度上得益于先進(jìn)的制造技術(shù)，而機(jī)床是機(jī)械制造技術(shù)重要的載體，它標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。機(jī)床工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要先行部門，擔(dān)負(fù)這為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，以1994年為例，全世界基礎(chǔ)的消費(fèi)額達(dá)261.7億美元。其中美國(guó)的消費(fèi)額56億美元、中國(guó)33.6億美元。所以，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，機(jī)床工業(yè)起著重要的作用。然而在機(jī)械制造業(yè)中，大批大量生產(chǎn)時(shí)采用專用機(jī)床、組合機(jī)床、專

22、用自動(dòng)線等并配以相應(yīng)的工裝，這些設(shè)備的初期投資費(fèi)用大、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，并且不適應(yīng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。單件小批生產(chǎn)時(shí)，由于產(chǎn)品多變而不宜采用專用機(jī)床，特別是在國(guó)防、航空、航天和深潛的部門，其零件的精度要求非常高，幾何形狀也日趨復(fù)雜，且改型頻繁，生產(chǎn)周期短，這就要求迅速適應(yīng)不同零件的加工。書空機(jī)床就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化機(jī)床，它較好的解決了小批量、品種多變化、形狀復(fù)雜和精度高的零件的自動(dòng)化加工問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，機(jī)床數(shù)控技術(shù)正從普通數(shù)控向計(jì)算機(jī)數(shù)控發(fā)展。一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的擁有量（相對(duì)值），標(biāo)志著這個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)代化程度。

23、數(shù)控銑床因其特有的加工方式及其加工范圍廣在數(shù)控機(jī)床中占有重大的比例，因此研究數(shù)控銑床具有重大意義。 當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高質(zhì)量、高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以後加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入WTO后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今後如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。 數(shù)控

24、機(jī)床出現(xiàn)至今的50年，隨科技、特別是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。 數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電、液、氣、光多學(xué)科各種高科技的綜合性組合，特別是以電子、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)為基石，必須具有鞏固的技術(shù)基礎(chǔ)，互相配套，缺一不可。如不齊備，則數(shù)控機(jī)床難以順利發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是由主機(jī)、各種元部件(功能部件)和數(shù)控系統(tǒng)三大部分組成，還需先進(jìn)的自動(dòng)化刀具配合，才能實(shí)現(xiàn)加工，各個(gè)環(huán)節(jié)在技術(shù)上、質(zhì)量上必須切實(shí)過(guò)關(guān)，確保工作可靠、穩(wěn)定，才能保證數(shù)控機(jī)床加工的精度、效率和自動(dòng)化，否則，難以在實(shí)際生產(chǎn)中使用。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的

25、技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來(lái)源主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，且外方在許多高新產(chǎn)品的核心技術(shù)上具有掌控地位，我們對(duì)國(guó)外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒(méi)有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精度、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能實(shí)用數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴進(jìn)口。 與國(guó)外產(chǎn)品相比，我國(guó)的差距主要是機(jī)床的高速高效化和精密化上。對(duì)高速加工技術(shù)，國(guó)外已進(jìn)行了多年的研究，對(duì)高速加工的機(jī)理、機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床剛度和精度的影響等都有了系統(tǒng)的研究，并開發(fā)生產(chǎn)了各種高速銑削中心、高速加工中心，廣泛應(yīng)用于航空器鋁

26、合金零件和模具加工上。 2. 總體方案的確定 一般來(lái)講，普通銑床的數(shù)控改造主要有兩部分，一是設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易微機(jī)數(shù)控X-Y工作臺(tái)，固定在銑床的工作臺(tái)上。二是將控制銑刀上、下運(yùn)動(dòng)的手柄拆去，改用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一級(jí)減速裝置使銑頭上下運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)只對(duì)X-Y工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。取銑床步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量可選為0.01mm/脈沖，步進(jìn)電機(jī)的步距角0.9。 方案 1．系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削，可選用點(diǎn)位控制方式。數(shù)控銑床在工作臺(tái)移動(dòng)過(guò)程中銑頭并不進(jìn)行銑孔

27、加工，因此數(shù)控裝置可采用點(diǎn)位控制方式。對(duì)點(diǎn)位系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。 2．伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)3種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著控制精度不能達(dá)到較高水平的基本問(wèn)題，但是步進(jìn)電機(jī)具有角位移與輸入脈沖的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，使步距誤差不會(huì)積累；轉(zhuǎn)速和輸入脈沖頻率嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化的特點(diǎn)。并且步進(jìn)電機(jī)控制的開環(huán)系統(tǒng)由于不存在位置檢測(cè)與反饋控制的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。并且隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，在改善步進(jìn)電機(jī)控制性能方面也取得了可喜的發(fā)展。因此，在一定

28、范圍內(nèi)，這種采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)伺服系統(tǒng)可以滿足加工要求，適宜于在精度要求不很高的一般數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)控制為實(shí)現(xiàn)高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在具體的系統(tǒng)中，增加了位置檢測(cè)、反饋比較及伺服放大等環(huán)節(jié)，除了在安裝調(diào)試增加工作量和復(fù)雜性外，從控制理論的角度看，要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也將大為提高。為此，考慮到在普通立式銑床上進(jìn)行改造，精度要求不是很高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)。 3．執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝配時(shí)，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高

29、諧振以及有適宜阻尼比的要求。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 1）盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。 2）盡量消除傳動(dòng)間隙。如步進(jìn)電機(jī)上的傳動(dòng)齒輪采用偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。 3）縮短傳動(dòng)鏈?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。如應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定，并加預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等提高傳動(dòng)剛度。X-Y工作臺(tái)傳動(dòng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 4．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)一般由微機(jī)部分、I/O接口電路、光電隔離電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾部分所組成。在簡(jiǎn)易數(shù)控系

30、統(tǒng)中，大多采用8位微處理器的微型計(jì)算機(jī)。如何采用Z80CPU或MCS-51單片機(jī)組成的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 Z80CPU有芯片價(jià)廉，通用性強(qiáng)，維修方便等特點(diǎn)。MCS-51單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快和很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)。通過(guò)比較，對(duì)于簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。 5．實(shí)施 保留原機(jī)床主傳動(dòng)鏈，保留銑床工作臺(tái)和控制工作臺(tái)移動(dòng)手柄，在原工作臺(tái)上安裝一套微機(jī)數(shù)控的X-Y工作臺(tái)。由于X-Y工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和切削力不大，因此選用有預(yù)加載荷的滾珠導(dǎo)軌。采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減小兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)?？紤]到電機(jī)步距角

31、和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率0.01mm要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。 綜上所述，本文改造的總體方案確定為：采用MCS-51單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為了防止意外事故，保護(hù)微機(jī)及其它設(shè)備，還設(shè)置報(bào)警，急停電路等， 2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。 最大銑刀直徑 最大銑削寬度ae 最大銑削深度ap 加工材料 工作臺(tái)加工范圍（mm） 最大移動(dòng)速度 16mm 5mm 2mm 碳鋼 X=200,y=150 3m/min 工作臺(tái)草圖

32、 2.2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和絲杠 當(dāng)傳動(dòng)比i=1時(shí)，可用聯(lián)軸器直接將電機(jī)與絲杠連接，這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。由 i=，θb為步進(jìn)電機(jī)步距角Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程、為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。 選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為55BF009，其步矩角= 選絲杠規(guī)格為2004-3(FYND)　其導(dǎo)程為4mm, 由傳動(dòng)比公式得 故可用聯(lián)軸器將電機(jī)與絲杠直接連接。 2.3初定工作臺(tái)尺寸　 查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù)(GB/T 158-1996)選工作臺(tái)T型槽尺寸如下： 深度H=15mm 槽低寬度B＝12mm 槽寬A＝6mm C＝6mm 槽數(shù)＝5，間隔＝40mm

33、 由工作臺(tái)加工范圍200*150選工作臺(tái)尺寸 240 20 20 20 200 20 初定滾珠絲杠長(zhǎng)度L＝340mm B B 50~60 Lx+B+10~20 35~45 2.4系統(tǒng)組成框圖 3.機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 3.1傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 3.

34、1.1機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查《指導(dǎo)書》表面2-18得 3.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 由《指導(dǎo)書》公式2-3有得 3.1.3工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 由于工作臺(tái)材料為碳鋼，故其質(zhì)量為 由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小故可忽略不計(jì) 3.1.4總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 3.2工作載荷分析及計(jì)算 銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給(鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給).銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼.查《金屬切削手冊(cè)》P398常用銑刀介紹表，選擇細(xì)齒錐柄立銑刀， 其尺寸參數(shù)如下：D=16mm,齒

35、數(shù)Z=4。 3.2.1 查《金屬切削手冊(cè)》P417細(xì)齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度 查《銑工》表2－4，初選＝0.03mm 因此可得 查《機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號(hào)X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為 實(shí)際切削速度為 故實(shí)際 3.2.2 根據(jù)《指導(dǎo)書》表2-2得高速鋼銑刀銑削公式為 查《指導(dǎo)書》表2-3得銑削力系數(shù) 有 3.3進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算 查《指導(dǎo)書》表2-4，有如下表格參數(shù) 比值 不對(duì)稱銑削 逆銑 順銑 1．2 0．9 0．3 0．8 0．4 0．4 故

36、有縱向進(jìn)給方向 工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向 3.4滾珠絲杠螺母副的選型和校核 3.4.1最大工作載荷的計(jì)算 滾珠絲杠上的工作載荷 為走刀抗力，移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。 由于選擇的導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，故選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，在此設(shè)計(jì)中還要求導(dǎo)軌能承受一定的顛覆力矩，所以選擇燕尾導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，由式2-11 將所得數(shù)據(jù)代入公式有： 3.4.2最大動(dòng)負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸 滾珠絲杠最大運(yùn)載荷 由《指導(dǎo)書》中可知 3.4.3傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率

37、為 查得（或可由算出） 3.4.4剛度驗(yàn)算 絲杠的拉壓變形量的計(jì)算 滿載時(shí)拉壓變形量： 　 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 由《指導(dǎo)書》式2-17得 式中為滾珠直徑， 為滾珠總數(shù)量 滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算 絲杠總變形量 變形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005 =0.00369<0.005 因此符合設(shè)計(jì)要求。 3.4.5壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 由《指導(dǎo)書》式2-18 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 絲杠截面慣量矩 查《指導(dǎo)書》表2-11得 穩(wěn)定性安全系數(shù) 故絲杠符合要求 3.5導(dǎo)軌的選型和計(jì)算

38、 由于選擇的導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由《指導(dǎo)書》式2-20 L＝50（） 每個(gè)滑塊的的工作載荷 取硬度系數(shù)＝0.53、=1、＝0.81、＝2 預(yù)設(shè)導(dǎo)軌壽命L=50KM 則根據(jù)此壽命可算出 ＝ 3267kN 故選導(dǎo)軌型號(hào)GDA20SV符合要求，查《指導(dǎo)書》表2－16可知其=12.4KN 3.6驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選擇電機(jī) 3.6.1步距角的選擇 已知脈沖當(dāng)量 由公式2-23 3.6.2步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的選擇 查《指導(dǎo)書》表2-17得 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系有 3.6.2.1加速度力矩 3.6.2.2空載摩擦力

39、矩（取傳動(dòng)系統(tǒng)總效率） .、 , 3.6.2.2附加摩擦力矩 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 故電機(jī)空載啟動(dòng)力矩 作用在工作臺(tái)的合力的計(jì)算，逆銑的時(shí)候合力大 作用在工作臺(tái)上的合力折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩 運(yùn)動(dòng)部件正常工作時(shí)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 故運(yùn)動(dòng)部件正常運(yùn)行時(shí)需的最大靜轉(zhuǎn)矩 此處取0.5代入得 按步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇要求 所以， 查表2-18選擇步進(jìn)電機(jī)55BF009 3.6.3啟動(dòng)矩頻特性校核 查《指導(dǎo)書》圖2-21步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性曲線 當(dāng)啟動(dòng)力矩時(shí)對(duì)應(yīng)的允許啟動(dòng)頻率，而由表2-18查得電機(jī)的啟動(dòng)頻率 ，保證了電機(jī)快速

40、啟動(dòng)時(shí)不丟步。 運(yùn)行矩頻特性校核 快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性校核： 由式2-34得，快進(jìn)力矩 查《指導(dǎo)書》2-22得，允許快進(jìn)頻率 由式2-33得電機(jī)最高快進(jìn)頻率 ，故電機(jī)快速進(jìn)給時(shí)不丟步。 3.6.4工進(jìn)運(yùn)行矩頻特性校核 工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率為 工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需力矩 工作負(fù)載力矩 查《指導(dǎo)書》圖2-22得 允許工進(jìn)運(yùn)行力矩 滿足設(shè)計(jì)要求，故可選用此電機(jī)。 4.數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1硬件設(shè)計(jì)（硬件詳細(xì)接線圖見(jiàn)圖紙3） 8031 ＋ 存儲(chǔ)

41、器接口 輸入顯示 接口 MCX311 INT 限 位 X向編碼器控制 Y向編碼器控制 I/O 擴(kuò)展 接口 光耦 功放 X向電機(jī) 光耦 功放 Y向電機(jī) 4.2步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服原理 分配后的 脈沖信號(hào) D C B A 脈沖 信號(hào)源 脈沖分配器YBO14 功率 放大 脈沖信號(hào) 放大后的 脈沖信號(hào) 4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制框圖 N Y 設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

42、 轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1 置正轉(zhuǎn)控制字指針 輸出控制字 是結(jié)束標(biāo)志 延時(shí)、控制字地址指針＋1 返回 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 總步數(shù)為零 置反轉(zhuǎn)控制字 4.4軟件程序設(shè)計(jì)（逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)） 4.4.1 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： 偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。 坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個(gè)方向進(jìn)給。 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)數(shù)器減1。若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)；不為零，則返回到第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)數(shù)判別可用兩個(gè)方

43、向坐標(biāo)值來(lái)判斷，也可由一個(gè)方向的坐標(biāo)值來(lái)判斷。當(dāng)XE>YE，可用X方向走的總步數(shù)XE作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，如動(dòng)點(diǎn)X等于終點(diǎn)XE則停止。當(dāng)XE=0

44、？ Y方向進(jìn)給 ＝＋X Y＝Y(jié)＋1 ＝—Y X＝X＋1 X＝？ Y＝？ 返 回 X方向進(jìn)給 4.4.2程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)程序時(shí)，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點(diǎn)坐標(biāo)值XE，YE，動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值X，Y，偏差FM。對(duì)8位機(jī)，一般可用2字節(jié)，而行程較大時(shí)則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長(zhǎng)度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進(jìn)行初始值、X、Y向步進(jìn)電機(jī)初態(tài)（控制字）。 插補(bǔ)程序所用的內(nèi)存單元如下： 28H 29H 2AH 2BH 2CH 70H XE YE X Y FM 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為： D7 D6 D5 D4

45、 D3 D2 D1 D0 D1D0為X向電機(jī)控制位。D0=1運(yùn)行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D3D2為Y向電機(jī)控制位。D2=1運(yùn)行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。 第一象限直線插補(bǔ)的程序： ORG 2000H MAIN：MOV SP, #60H LP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AH LP

46、3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2 LP1: MOV A, 70H SETB

47、 ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28H LP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; RET 5. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) X-Y數(shù)控工作臺(tái)硬件控制系統(tǒng)包括CPU，控制電路，傳感器，人機(jī)交互界面。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是應(yīng)注意幾點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，響應(yīng)性

48、能好，造價(jià)低，可維護(hù)性，人機(jī)交互界面可操作性比較好。 5.1 CPU板設(shè)計(jì) AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種

49、高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖89C51單片機(jī) 其主要特性： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電

50、流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)

51、容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存

52、儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指

53、令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 X

54、TAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 5.1.1 CPU接口設(shè)計(jì) CPU接口包括傳感器部分，傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分，人機(jī)交互接口三部分組成，示意圖如下所示： CPU要完成的任務(wù): (1) 講行程開關(guān)和傳感器的信號(hào)輸入CPU，進(jìn)行中斷處理，發(fā)出控制信號(hào)。 (2) 通過(guò)程序的實(shí)時(shí)控制使系統(tǒng)正常運(yùn)行。 (3) 接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，同時(shí)將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示到LED上，供操作人員參考。 由于AT89C51單片機(jī)的P和P口是復(fù)用端口，各口都有第二功能，因此系統(tǒng)直接采用這些端口的第二功能來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以是系統(tǒng)的電路盡量的簡(jiǎn)單，并且可靠性提高，在實(shí)際中通常使用系統(tǒng)自帶的內(nèi)部存儲(chǔ)器，各口的使用分配如下

55、： 圖 CPU外部接口示意圖 （1）P～P用來(lái)控制X-Y方向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的A-B-C的通電，完成A-AB-B-BC-C-CA三相六拍的正轉(zhuǎn)同時(shí)還要完成A-AC-C-CB-B-BA的反向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模式。 （2）P輸出控制電磁鐵的吸合。 （3）P和P兩個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)最高，它讀入各行程開關(guān)的狀態(tài)并請(qǐng)求中斷，同時(shí)輸出點(diǎn)動(dòng)，復(fù)位，回復(fù)各行程開關(guān)的狀態(tài)中斷。 （4）P～P為I/O/擴(kuò)展的輸入輸出。 圖 系統(tǒng)示意圖 PA、PB口接LED顯示器，顯示系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)， X+禁止，X-禁止，Y+禁止，Y-禁止。 PC口接受行程開關(guān)的狀態(tài)和中斷請(qǐng)求狀態(tài)。 PC口接受X+運(yùn)行

56、，X-運(yùn)行，Y+運(yùn)行，Y－運(yùn)行的信息，并顯示到LED上。 5.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電磁鐵，使用89C51單片機(jī)作為CPU提供系統(tǒng)所需要的信號(hào)，控制工作臺(tái)的工進(jìn)、快進(jìn)和復(fù)位，使用擴(kuò)展接口8255，是單片機(jī)的輸入輸出口增加，以實(shí)現(xiàn)CPU就口不夠的需要。 5.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，可以采用單片機(jī)給不同的脈沖，頻率的快慢來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度，設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電隔離器，是微機(jī)系統(tǒng)與強(qiáng)電系統(tǒng)隔離，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行不會(huì)干擾微機(jī)系統(tǒng)的工作，其具體的控制電路圖如圖所示： 圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

57、的驅(qū)動(dòng) 這個(gè)電路圖中的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一相繞組的控制圖，當(dāng)A相通電時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電路中的二極管起到保護(hù)繞組的作用，同時(shí)也是消耗繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，以免電流沖擊而損壞電動(dòng)機(jī)。 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的采用的是三相六拍工作方式，三相繞組A、B、C的通電順序由單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)，應(yīng)軟件來(lái)?yè)?dān)任旋轉(zhuǎn)編碼器，正轉(zhuǎn)時(shí)：A-AB-B-BC-C-CA-A，反轉(zhuǎn)時(shí)：A-AC-C-CB-B-BA-A。電動(dòng)機(jī)的時(shí)序圖如下： 圖 三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)序圖（正轉(zhuǎn)） 5.2.2電磁鐵的驅(qū)動(dòng) 電磁鐵的驅(qū)動(dòng)同樣采用了光電隔離器，是微機(jī)系統(tǒng)與強(qiáng)電系統(tǒng)隔開，以避免干擾，也使電路比較簡(jiǎn)單。信號(hào)端采用５Ｖ

58、直流電源作為驅(qū)動(dòng)，控制光電隔離器的工作，進(jìn)一步來(lái)控制電磁鐵的工作。 圖 電磁鐵驅(qū)動(dòng) 5.2.3 LED顯示電路 利用8255擴(kuò)展口也可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示及鍵盤處理。這樣，不經(jīng)可以節(jié)省單片機(jī)的并行接口資源，并且在大多數(shù)不適用串行口的系統(tǒng)中，可以節(jié)省資源。在這種設(shè)計(jì)中，穿行口工作于方式0，數(shù)據(jù)的輸入輸出都通過(guò)引腳RxD一位脈沖則由TxD發(fā)出。每次傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。每輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，單片機(jī)就自動(dòng)使串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志IT置位。通過(guò)測(cè)試該狀態(tài)，即可測(cè)試一個(gè)字節(jié)是否發(fā)送完畢。串行輸入口Ａ、Ｂ具有允許和禁止的功能。如下圖所示： 圖 LED顯示電路 5.3傳感器和人機(jī)界面設(shè)計(jì) 人機(jī)

59、界面(HCI)設(shè)計(jì)涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多領(lǐng)域。在過(guò)去傳統(tǒng)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，人機(jī)界面變得愈來(lái)愈重要，以致評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)更多的取決于其人機(jī)界面而不是它的功能。人機(jī)界面設(shè)計(jì)不僅要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，還要依托于心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、通信技術(shù)以及戲劇、音樂(lè)、美術(shù)多方面的理論和方法。 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不需要檢測(cè)電路，于是要注意工作臺(tái)的最大行程，因此，在工作臺(tái)的末端應(yīng)該安裝行程開關(guān)，在X、Y正負(fù)兩個(gè)方向各安裝一個(gè)，其主要作用有2個(gè)，（1）防止工作臺(tái)超過(guò)最大行程，損壞電動(dòng)機(jī)。（2）行程開關(guān)也可以準(zhǔn)確的定位，充當(dāng)傳感器的作用。 人機(jī)界面設(shè)計(jì)有良好的人機(jī)交互功能，一般要求簡(jiǎn)單、明了，主要有9個(gè)LED，燈變亮表

60、示系統(tǒng)執(zhí)行的是當(dāng)前等所指示的狀態(tài)，LED1～LED4的燈分別表示X負(fù)向禁止通行，X正向禁止通行禁止，Y負(fù)向禁止通行禁止，Y正向禁止通行禁止，LED5～LED8表示X負(fù)向允許通行，Y負(fù)向允許通行，Y正向允許通行，Y正向允許通行，LED9表示通電運(yùn)行。 另外面板上有7個(gè)接觸鍵，1表示系統(tǒng)電源總開關(guān)，2、3、4、5表示手動(dòng)X、Y方向的運(yùn)行鍵，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制，6是系統(tǒng)復(fù)位鍵，7是系統(tǒng)繪圖功能鍵。 圖 人機(jī)界面 6. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6.1總體設(shè)計(jì) 對(duì)于AT89C51的程序設(shè)計(jì)，由于滿足需要的程序比較簡(jiǎn)單，采用匯編

61、語(yǔ)言編寫，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率12MHz，該系列單片機(jī)既能使用匯編語(yǔ)言編程，也支持C語(yǔ)言編程，也有程序調(diào)試功能。 6.2主流程圖設(shè)計(jì) CTL EQU 3FFAH PA EQU 3FFAH PB EQU 3FFAH PC EQU 3FFAH CMD EQU 82H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP AGIN0 ;外部中斷0入口 ORG 000BH AJMP TIME0 ；定時(shí)器0入口 ORG 0013H AJMP AGIN1 ；外部中斷1入口

62、ORG 001BH AJMP TIME1 ；定時(shí)器1入口 ORG 0000H MAIN: ANL P1 0FFH SETB ET1 SETB EA MOV A CTL MOV DPTR A MOVX @DPTR, CMD ；A口輸入，B口輸出，C口輸入 SETR EX0 ；允許外部中斷0 SETR EX1 ；允許外部中斷1 SETR PX0 ；允許定時(shí)器中斷0 SETR PX1 ；允許定時(shí)器中斷1 SETR EA ；開總中斷 LOOP: AJMP LOOP

63、 ；等待中斷 圖 主程序流程圖 中斷服務(wù)有6個(gè)中斷源，這6各中斷源分別是手動(dòng)X正向運(yùn)行，手動(dòng)X負(fù)向運(yùn)行，手動(dòng)Y正向運(yùn)行，手動(dòng)Y負(fù)向運(yùn)行。 6.3 INTO中斷服務(wù)流程設(shè)持續(xù) 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 6.3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序 當(dāng)在鍵盤上輸入命令后，人機(jī)界面上的LED等就點(diǎn)亮，然后將該等所對(duì)應(yīng)的端口置位，等待CPU讀取，跟據(jù)讀入的數(shù)據(jù)發(fā)出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方向。 START：PUSH ACC PUSH DPTL PUSH DPTH PUSH PSW

64、 MOV A, PA MOV DPTL, A MOVX A, @DPTR MOV R2, A MOV A, PA MOV DPTR, A MOV @DPTR R2 MOV A, R2 CPL A ANL A, @DPTR JZ A, TMIC SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 TMIC: MOV A, R2 CPL A ANL A, 0CH JZ

65、A, KSIN SETB P1.3 SETB P1.4 SETB P1.5 KSIN: POP PSW POP DPTH POP DPTL POP ACC RETI 6.3.2步進(jìn)電動(dòng)環(huán)形分配程序 所謂環(huán)形程序，就是把環(huán)形節(jié)拍的控制模型按順序存放在內(nèi)存單元中，然后逐一從單元中取出控制模型并輸出。如此可簡(jiǎn)化程序，節(jié)拍越多，優(yōu)越性愈顯著，下面為三相六拍環(huán)形非配程序： ORG 8100H ROUTN2: MOV R2, COUNT ；步進(jìn)電機(jī)的步數(shù) LOOP0: M

66、OV R3, #00H MOV DPTR, #PIONT ；送控制模型指針 JNB 00H, LOOP5 ；反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)LOOP5 LOOP4: MOV A, R3 ；取控制模型 MOVC A, @A+DPTR JZ LOOP0 ；控制模型為00，轉(zhuǎn)LOOP0 MOV P1, A ；輸出控制模型 ACALL DELAYS ；延時(shí) INC R3 ；控制步數(shù)加1 DJNZ R2, LOOP4 ；步數(shù)未完，繼續(xù) RET LOOP5: MOV A, R3 ；求反向控制模型的偏移量 ADD A, #07H MOV R3, A PIONT DB 01H ；正向控制模型 DB 03H DB 02H DB 06H DB 04H DB 05H DB 00H DB 01H ；反向控