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1、毕业设计论文内容：数控XY工作台与控制系统设计院(系)、部：学生#： 学 号: 专 业： 机 电 一 体 化班 级： 05机电班指导教师：完成时间： 摘要当今世界电子技术迅速开展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的开展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个根本要素：机械本体、动力与驱动局部、执行机构、传感测试局部、控制与信息处理局部。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合穿插的技术密集型系统工程。新一代的C系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以与轻
2、量、微型化方向开展。关键字：机电一体化的根底 根本组成要素 特点 开展趋势目录第一章 前言4第二章 课程设计的目的、意义与要求6第一节 课程设计的目的、意义6第三章 课程设计的内容7第一节 课程设计题目7第二节 课程设计内容7第四章 数控系统总体方案确实定8第五章 机械局部设计9第一节 确定系统脉冲当量9第二节 工作台外形尺寸与重量初步估算9第三节 滚动导轨副的计算、选择9第四节 滚珠丝杠计算、选择11第五节 齿轮计算、设计13第六节 步进电机惯性负载的计算14第七节 步进电机的计算选择15第六章机床数控系统硬件电路设计17第一节 设计内容17第二节 设计步骤17第三节 机床数控系统硬件电路设
3、计21第七章系统控制软件设计22第八章 完毕语与致谢29第九章参考文献30第一章 前言一、当今世界数控技术与装备开展的趋势与我国数控装备技术开展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下 ,开展我国数控技术与装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性 ,并从战略和策略两个层面提出了开展我国数控技术与装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术与装备是开展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最根本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进展控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代
4、表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术X围覆盖很多领域。一、数控技术的开展趋势。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ,使制造业成为工业化的象征 ,而且随着数控技术的不断开展和应用领域的扩大 ,他对国计民生的一些重要行业 IT、汽车、轻工、医疗等的开展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术与其装备开展的趋势来看 ,其主要研究热点有以下几个方面:(1)、 高速、高精加工技术与装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率 ,提高产品的质量和档次 ,缩短生产周期和提高市场竞争能力。从 EMO2001 展会情况来看 ,
5、高速加工中心进给速度可达 80m/ min ,甚至更高 ,空运行速度可达 100m/ min左右。目前世界上许多汽车厂 ,包括我国的#通用汽车公司 ,已经采用以高速加工中心组成的生产线局部替代组合机床。在加工精度方面 ,近 10 年来 ,普通级数控机床的加工精度已由 10m提高到 5m ,精细级加工中心那么从 35m ,提 高到 11.5m并且超精细加工精度已开场进入纳米级 0.1m 。为了实现高速、高精加工 ,与这配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的开展 ,应用领域进一步扩大。(2) 、5 轴联动加工和复合加工机床快速开展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工 ,可用刀具最正确几何形状
6、进展切削 ,不仅光洁度高 ,而且效率也大幅度提高。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因 ,其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍 ,加之编程技术难度较大 ,制约了 5 轴联动机床的开展。当前由于电主轴的出现 ,使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化 ,其制造难度和本钱大幅度降低 ,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床 含 5 面加工机床 的开展。(3) 、智能化、开放式、网络化成为当代数控系统开展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统 ,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化 ,
7、如加工过程的自适应控制 ,工艺参数自动生成;为提高驱动性能与使用连接方便的智能化 ,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上 ,面向机床厂家和最终用户 ,通过改变、增加或剪裁结构对象 数控功能 ,形成系列化 ,并可方便地将用户的特殊应用和技诀窍集成到控制系统中 ,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统 ,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放数控系统的体系结构规X、通信规X、配置规X、运行平台、数控系统功能库以与数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数
8、控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求 ,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的根底单元 ,反映了数控机床加工向网络化方向开展的趋势。二、对我国数控技术与其产业开展的根本估计我国数控技术起步于 1958 年 ,近 50 年的开展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年 ,即封闭式开展阶段。在此阶段 ,由于国外的技术封锁和我国的根底条件的制 ,数控技术的开展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五、“七五期间以与“八五的前期 ,即引进技术 ,消化吸收 ,初步建立起国产化体系阶段。在此阶段
9、 ,由于改革开放和国家的重视 ,以与研究开发环境和国际环境的改善 ,我国数控技术的研究、开发以与在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五的后期和“九五期间 ,即实施产业化的研究 ,进入市场竞争阶段。纵观我国数控技术近 50 年的开展历程 ,特别是经过 4 个 5 年计划的攻关 ,总体来看取得的成绩还是不小。三、对我国数控技术和产业化开展的战略思考(1) 、战略考虑。我国是制造大国 ,在世界产业转移中要尽量承受前端而不是后端的转移 ,所以 ,我们应站在国家平安战略的高度来重视数控技术和产业问题。首先从社会平安看 ,因为制造业是我国就业人口最多的行业 ,制造业开展不仅可提高人
10、民的生活水平 ,而且还可缓解我国就业的压力 ,保障社会的稳定;其次从国防平安看 ,西方兴旺国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质 ,对我国实现禁运和限制 ,“东芝事件和“考克斯报告就是最好的例证。(2)、开展策略。从我国根本国情的角度出发 ,以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向 ,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标 ,用系统的方法 ,选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业开展升级的关键技术以与支持产业化开展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容 ,实现制造装备业的跨跃式开展。强调市场需求为导向 ,即以数控终端产品为主 ,以整机如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性
11、能数控机床、曲型数字化机械、重点行业关键设备等 带动数控产业的开展。重点解决数控系统和相关功能部件 数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等 的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价值低廉而富有竞争力的产品;当然 ,没有规模中国的数控装备最终难有出头之日。第二章 课程设计的目的、意义与要求第一节 课程设计的目的,意义机电一体化系统设计课程设计是培养学生设计能力的重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过的机械、电子、自动控制、计算机等知识进展的根本设计训练。其目的是：1. 能够正确运用机电一体化系统设计课程的根本理论和相关知识，掌握机电一体化系统产
12、品的功能构成、特点和设计思想、设计方法，了解设计方案的拟定、比拟、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有机电一体化系统设计的初步能力；2. 通过机械局部设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件的计算、选型和结构设计方法和步骤；3. 通过测试与控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统的硬件组成、工作原理，和软件编程思想；4. 通过课程设计提高学生应用手册、标准与编写技术说明书的能力，促进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质的提高。第三章 课程设计的内容第一节 课程设计题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。条件：定位精度：0.01mm，滚珠丝杠与导
13、轨使用寿命：T=15000h，中等冲击工作台的有效行程为快速进给速度 和工作载荷第二节 课程设计的内容 1.数控装置总体方案确实定(1).数控装置设计参数确实定； (2).方案的分析，比拟，论证。 2.机械局部的设计(1).确定脉冲当量；(2).机械部件的总体尺寸与重量的初步估算；(3).传动元件与导向元件的设计，计算和选用；(4).确定伺服电机；(5).绘制机械结构装配图；(6).系统等效惯量计算；(7).系统精度分析。3.数控系统的设计(1).微机与扩展芯片的选用与控制系统框图的设计；(2).I/O接口电路与伺服控制电路的设计和选用；(3).系统控制软件的设计4.图纸(1).机械结构装配图
14、，见附图第四章 数控系统总体方案确实定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式确实定，执行机构与传动方案确实定，伺服电机类型与调速方案确定，计算机控制系统的选择。进展方案的分析、比拟和论证。1. 系统运动方式确实定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有准确的运动关系因此采用连续控制方式。2. 伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反响部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。.考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低本钱，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。3. 计算机系统的
15、选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机局部、键盘与显示器、I/O接口与光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。4. XY工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以与结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，应选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为到达分
16、辨率的要求，以与考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图如下:计算机光电隔离功率放大步进电机X向工作台光电隔离功率放大步进电机Y向工作台第五章机械局部设计机械局部设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动与导向元件的设计、计算与选择，绘制机械局部装配图等。第一节 确定系统脉冲当量脉冲当量p是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。第二节 工作台外形尺寸与重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。取X向导轨支撑钢球的中心距为410mm,
17、Y向导轨支撑钢球的中心距为400mm,设计工作台简图如下:工作台简图X向拖板(上拖板)尺寸为:长*宽*高=420*410*50重量:按重量=体积*材料比重估算为:= Y向拖板(下拖板)尺寸为: 重量=上导轨(含电机)重量为夹具与工件重量:约155NX-Y工作台运动局部总重量为:第三节 滚动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静平安系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的根本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0运动时受冲击、振动。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取根据计算额定静
18、载荷初选导轨:选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25根本参数如下:额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N依据使用速度vm/min和初选导轨的根本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命:导轨的额定工作时间寿命:导轨的工作寿命足够.第四节 滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC5860，导程：l0=5mm（1） 强度计算丝杠轴向力：(N)其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=
19、0.0030005；在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6)Fz，Fy=(0.150.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。取f=0.004,那么:寿命值：，其中丝杠转速(r/min)最大动载荷：式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH为硬度系数，HRC58时为1.0。查表得中等冲击时那么:根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为:CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其根本参数如下:其额定动载荷为14205N足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式.滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下
20、表名称计算公式结果公称直径20mm螺距mm接触角钢球直径3.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径19.365mm螺杆内径16.788mm螺杆接触直径17.755mm螺母螺纹外径23.212mm螺母内径外循环20.7mm（2） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中：=10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。（3） 稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。（4） 刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：(cm)Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差为E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m
21、。第五节 齿轮计算、设计因步进电机步距角滚珠丝杠螺距t=5mm,要实现脉冲当量,在传动系统中应加一对齿轮降速传动.齿轮传动比： ，初选步进电机步距角：= 1.5/step。取小齿轮齿数 那么大齿轮齿数因传递的扭距较小,取模数m=1mm那么:分度圆直径:齿顶圆直径:齿根圆直径:齿宽: 取中心距:分度圆压力角:大小齿轮均采用渐开线标准圆柱齿轮小齿轮采用两片薄齿轮错齿排列以消除间隙.双片齿轮错齿消隙结构图如下:1、2-薄齿轮, 3弹簧, 4、8凸耳, 5调节螺钉, 6、7螺母双片齿轮错齿消隙结构图第六节 步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有：1等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等
22、效负载转动惯量为：式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以按照下式进展估算：式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有：电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：第七节 步进电机的选用(步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。假设取，那么，且。所以：式中：为移动部件负载N，G为移动部件质量N，为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力N，为导轨摩
23、擦系数，为步进电机的步距角rad,T为电机轴负载力矩N.cm。取=0.3淬火钢滚珠导轨的摩擦系数，.8，=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有：考虑到启动时运动部件惯性的影响，那么启动转矩：取系数为.，那么： 对于工作方式为三相拍的步进电机：( 步进电机的最高工作频率为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个90BF001型三相反响式步进电机.电机有关参数如下:型号主要技术参数相数步距角电压(V)相电流(A)最大静转矩(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8
24、拍外形尺寸(mm)重量kg转子转动惯量Kg.m外直径长度轴直径9014594.51764第六章 数控系统硬件电路设计第一节 设计内容.按照总统方案以与机械结构的控制要求，确定硬件电路的方案，并绘制系统电气控制的结构框图；.选择计算机或中央处理单元的类型；.根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路；.根据控制对象以与系统工作要求设计扩展接口电路，检测电路，转换电路以与驱动电路等；.选择控制电路中各器件与电气元件的参数和型号；.绘制出一X清晰完整的电气原理图，图中要标明各器件的型号，管脚号与参数；.说明书中对电气原理图以与各有关电路进展详细的原理说明和方案论证。第二节 设计步骤.确定硬件电路的总体
25、方案。数控系统的硬件电路由以下几局部组成：1 主控制器。即中央处理单元CPU2 总线。包括数据总线，地址总线，控制总线。3 存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。4 接口。即I/O输入输出接口。数控系统的硬件框图如下所示：中央处理单元CPU存储器RAMROM外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯接口等输入/输出I/O接口信号变换控制对象.主控制器的选择系列单片机是集中，端口与局部等为一体的功能性很强的控制器。只需增加少量外围元件就可以构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强大，编程灵活，硬件资料丰富。本次设计选用芯片作为主控芯片。.存储器扩展电路设计(程序存
26、储器的扩展单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多采用芯片。其型号有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分别为k,4k,8k,16k32k。在选择芯片时要考虑与时序的匹配。所能读取的时间必须大于所要求的读取时间。此外，还需要考虑最大读出速度，工作温度以与存储器容量等因素。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择芯片作为本次设计的程序存储器扩展用芯片。单片机规定0口提供为位地址线，同时又作为数据线使用，所以为分时用作低位地址和数据的通道口，为了把地址信息别离出来保存，以便为外接存储器提上下位的地址信息，一般采用芯片作为地址锁存
27、器，并由发出允许锁存信号ALE的下降沿，将地址信息锁存入地址锁存器中。由以上分析，采用EPROM芯片的程序存储器扩展电路框图如下所示： A12 A8 2764A7A0 D7 D0 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 译码电路G74LS372扩展2764电路框图(数据存储器的扩展由于内部只有字节，远不能满足系统的要求。需要扩展片外的数据存储器。单片机应用系统数据存储器扩展电路一般采用6116,6262静态RAM数据存储器。本次设计选用芯片作为数据存储器扩展用芯片。其扩展电路如下所示： P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 A12 A8A7 6264A0D7
28、D0 D0译码电路G74LS372扩展6264电路框图(译码电路在单片机应用系统中，所有外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时的与各个外围芯片进展数据传送。故要进展片选控制。由于外围芯片与数据存储器采用统一编址，因此单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。可采用线选法和全地址译码法。线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的硬件结构简单，但它所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于和容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线的时候，多采用全地址译码法
29、。它将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进展译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。本设计采用全地址译码法的电路分别如下列图所示：4存储器扩展电路设计8031单片机所支持的存储系统起程序存储器和数据存储器为独立编址。该设计选用程序存储器2764和数据存储器6264组成8031单片机的外存储器扩展电路，单片机外存储器扩展电路如下：5扩展电路设计(a).通用可编程接口芯片单片机共有个位并行接口，但供用户使用的只有1口与局部3 口线。因此要进展口的扩展。与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的接口芯片。8155Y与8031的连接方式如下列图所示(b).键盘，显示器接口电路键盘，显示器是数控系
30、统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。通常，数控系统都采用行列式键盘，即用口线组成行，列结构，按键设置在行列的交点上。数控系统中使用的显示器主要有和。下列图所示为采用接口管理的键盘，显示器电路。它有键和位显示器组成。为了简化秒电路，键盘的列线与显示器的字位控制共用一个口，即共用的P口进展控制，键盘的行线由口担任，显示器的字形控制由8155的PB口担任。键盘显示器接口电路如下所示：4步进电机驱动电路设计(1脉冲分配器步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统
31、中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。本设计采用集成脉冲分配器YB013。采用YB013硬件环行分配器的步进电机接口线路图如下：2光电隔离电路在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。如果将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起电气干扰。因此在接口电路与功率放大器间加上隔离电路实现电气隔离，通常使用光电耦合器。光电耦合器接线图如下：3功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，必须将其输出信号放大产生足够大的功率，才能驱动步进电机正常运转。因此必须选用功率放大器，需根据步进电机容量选择功率放大器。本设计选用功率放大器。5其它辅助电路设计的时
32、钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。内部方式利用芯片的内部振荡电路，在XTAL1,XTAL2引脚上外接定时元件，如下列图所示。晶体可以在.之间任意选择，耦合电容在pF之间，对时钟有微调作用。采用外部时钟方式时，可将XTAL1直接接地，XTAL2接外部时钟源。8031XTAL1XTAL2时钟电路复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现。在时钟工作后，只要在引脚上出现ms以上的高电平，单片机就实现状态复位，之后便从单元开场执行程序。在实际运用中，假设系统中有芯片需要其复位电平与复位要求一致时，可以直接相连。当晶振频率选用z时，复位电路中取，取，取。实用复位电路图如下所示：越界报
33、警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。利用光电耦合电路，将行程开关接至发光二极管的阴极，光敏三极管的输出接至的口1.0。当任何一个行程开关被压下的时候，发光二极管就发光，使光敏三极管导通，由低电平变成高电平。可利用软件设计成查询的方法随时检查有无越界信号。也可接成从光敏三极管的集电极输出接至的外部中断引脚或，采用中断方式检查越界信号。第三节 机床数控系统硬件电路设计该系统选用系列的作为主控制器。扩展存储电路为一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存储器扩展为，数据存储器扩展为。的片选控制端直接接地，该电路始终处于选中状态。系统复位以后，CPU从0000H开场执行监控
34、程序。6264的片选端由译码器74LS138的Y2输出提供。所以6264的空间地址为4000。系统的扩展I/O接口电路选用通用可编程并行输入/输出接口芯片8155。8155的片选端接至译码器74LS138的Y4的输出端，故8155控制命令存放器与PA，PB，PC口的地址号分别为8000H与8001H，8002H，8003H。8155RAM区的地址为8000H80FFH。8155的A口为控制工作抬X，Y向电机的接口。为防止功率放大器高电压的干扰，不步进电机接口与功率放大器之间采用光电隔离。键盘与显示器设计在一起，8155的PC口担任键盘的列线与显示器的扫描控制；PB口的PB0PB3为键盘的行线。
35、8031的P1口为显示器的字形输出口。该系统采用4X6共24个行列式键盘和6位8段共阴极LED显示器。为了增加数码管显示亮度，分别在字形口和字位口加74LS07进展驱动。PB口剩余的I/O线PB4PB7分别作为工作台+X，+Y，-X，-Y四个方向的行程限位控制信号。在软件设计上8155的PA口，PC口设置为输出，PB口设置为输入。计算机随时巡回检测PB4PB7的电平，当某I/O线为0时，应立即停止X，Y向电机的驱动，并发出报警信号。另外，光电隔离器的输出端必须采用隔离电源。隔离电源选用7805三端集成稳压器设计。数控系统总的电气原理图以与图中各元件的参数和型号见参考书。第七章 系统控制软件的设
36、计(一).系统控制软件的主要内容数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个局部：1、系统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。其功能主要是承受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。2、零件加工源程序的输入处理程序。该程序完成从外部I/O设备输入零件加工源程序的任务。3、插补程序。根据零件加工源程序进展插补，分配进给脉冲。4、伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以与方向。诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等
37、功能。6、机床的自动加工与手动加工控制程序。7、键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工作状态、操作命令等信息。(二).软件设计1.系统控制功能分析数控X-Y工作台的控制功能包括：1、系统初始化。如对I/O接口8155，8255A进展必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。2、工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。3、输入和显示加工程序。4、监视按键，键盘与开关。如监视紧急停机键与行程开关，键盘扫描等功能。5、工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。6、工作台的自动控制。7、工作台的手动控制。8、工作台的
38、联动控制。2.系统管理程序控制 管理赞许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是承受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y工作台的根本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。根据以上分析，设计管理程序流程图如下所示：开场系统初始化加工程序输入键按下？机床复位 N加工数据输入自动加工手动加工键按下？自动加工键按下？N Y N手动调整Y Y N管理程序流程3.自动加工程序设计1机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位刀具快速进给加工退刀工作台运动到下一位置；2计算机在加工过程中的操作：读取
39、刀具轨迹，控制机床完成加工；3由以上分析，设计自动加工程序框图如下所示： 入口零件坐标地址指针读零件坐标调步进电机子程序工作台移动到位刀具快进加工快速退刀零件坐标地址指针加1零件加工完成 N Y 返回4.步进电机控制子程序设计步进电机的控制包括速度，转角与方向的控制。步进电机在突然启动或停止时，由于负载和惯性，会使电机失步，所以电机运行时有一个加，减速过程。通过确定进给脉冲数和脉冲时间间隔，即可实现步进电机转角与速度的控制。1时间常数确实定在步进电机控制程序中，利用单片机的定时器中断，延时产生进给脉冲的时间间隔。此间隔由送入定时器的时间常数决定。时间常数由下式计算：式中：T为脉冲时间间隔ms；
40、为单片机机器周期s，在时钟为6MHz时，=2s。2步进电机加，减速进给脉冲与脉冲时间间隔确实定设步进电机加，减速方式为直线加，减速。要使步进电机不失步，应满足：式中：为步进电机启动力矩；为负载力矩；为惯性力矩。由步进电机=3.92N.m，取步进电机的加速启动力矩那么使步进电机不失不的惯性力矩步进电机角加速度又式中：为上升到步进电机最高频率所需时间，所以有：加速脉冲个数：确定加减脉冲个数都为54个又因为：所以脉冲时刻结合可以算出对应各脉冲时刻的计数器时间常数。 EPROM存储器中，时间常数依次安排在首地址为1000H的存储单元中，每个时间常数占据两个字节，低位地址存放时间常数低8位，高位地址存放
41、时间常数高8位。在程序中，设置加速，恒速，减速脉冲计数器N0，N1，N2。以计数器的值是否为0作为相应过程是否完毕的标志。步进电机控制程序框图如下所示：步进电机控制子程序：开场中断初始化设时间常数地址指针首地址指向1000H加速减速 脉冲计数器赋初值恒速送时间常数至计数器中 N返回关中断？开中断启动定时器 Y步进电机控制中断效劳程序：中断效劳程序入口送时间常数步进电机进一步N0=0？N1=0？时间常数地址指针加1N1N1-1N2=0？N0N0-1时间常数地址指针加1关中断N2N2-1 中断返回5.编语言程序设计1内存地址分配 加速脉冲数计数器N0地址设为20H；恒速脉冲数计数器N1低8位字节地址为21H，高8位字节地址位22H；减速脉冲数计数器N2地址位23H。加速，减速，恒速脉冲总数存放器N低位字节地址位24H，高位字节地址位25H；步进电机进给控制子程序FEED首地址位0E80H。每调用一次该程序，步进电机按规定方向进给一步。2程序清单N0 EQU 20H ;
