x-y工作臺(tái)課程設(shè)計(jì)--步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的xy二維工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p><b>　　課程名稱(chēng)： </b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題</b></p><p><b>　　專(zhuān) </b></p><p><b>　　班 </b&g

2、t;</p><p><b>　　姓 名</b></p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　指導(dǎo)教</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的題目及要求1</p>

3、<p><b>　　1、題目1</b></p><p><b>　　2、要求1</b></p><p>　　二、總體方案的確定2</p><p>　　三、XY二維工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　1、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì)3</p><p>　　2、

4、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定3</p><p>　　3、滾珠絲桿計(jì)算、選擇4</p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)的選擇7</p><p>　　5、齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)7</p><p>　　6、步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載計(jì)算8</p><p>　　7、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝配11</p><p>　　四、XY二維工作臺(tái)

5、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　1、硬件電路總體方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　2、主控制器的選擇13</p><p>　　3、鍵盤(pán)、顯示接口電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　5、其它輔助電路設(shè)計(jì)15</p><p>

6、　　五、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)16</p><p>　　1、開(kāi)發(fā)環(huán)境和設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介16</p><p>　　2、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容18</p><p>　　3、鍵盤(pán)、顯示子程序的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)控制子程序的設(shè)計(jì)20</p><p>　　六、課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)22</p>

7、;<p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的題目及要求</p><p>　　題目：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的XY二維工作臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　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，各題目的有效行程、快速進(jìn)給速度和工作載荷見(jiàn)下表：</p&

8、gt;<p>　　表1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求表</p><p><b>　　2、要求</b></p><p>　　1.程設(shè)計(jì)應(yīng)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，嚴(yán)格地要求自己，不允許互相抄襲。</p><p>　　2.認(rèn)真閱讀《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》，明確題目及具體要求；</p><p>　　3.認(rèn)真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文

9、獻(xiàn)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　4.大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　5.機(jī)械部分和驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算結(jié)果正確，選型合理；</p><p>　　6.微機(jī)控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；</p><p>　　7.繪制機(jī)械系統(tǒng)零件圖一張（A3）、裝配圖一張（A3），控制系統(tǒng)硬件電路原理圖

10、一張（A3），編寫(xiě)軟件代碼一份，圖紙符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，布圖合理，內(nèi)容完整表達(dá)清晰； </p><p>　　8.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于5000字），包括：目錄，題目及要求，總體方案的確定，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參考文獻(xiàn)等。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)敘述清楚、表達(dá)正確、內(nèi)容完整、技術(shù)術(shù)語(yǔ)符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　總體方案的確定</b></p><

11、p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)確定系統(tǒng)的總體機(jī)械和控制系統(tǒng)方案：進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類(lèi)型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。</p><p>　　1、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與控制方式</p><p>　　采用連續(xù)控制系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制方式?？紤]到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，建議大多數(shù)同學(xué)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。</p>

12、<p><b>　　2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　建議采用教科書(shū)上的MSC-51系列單片機(jī)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)該包括微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等。系統(tǒng)的工作程序和控制指令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)碼管顯示加工和工作狀態(tài)等信息。</p><p>　　XY二維工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p&g

13、t;　　1、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　脈沖當(dāng)量δp是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，一般為0.01~0.005mm，本次設(shè)計(jì)取值0.005mm.</p><p>　　1.2、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，如下：<

14、;/p><p><b>　　圖1 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖</b></p><p>　　估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量WX和WY， 取x向?qū)к壷武撉虻闹行木?00mm，y向?qū)к壷武撉虻闹行木?80mm,工作臺(tái)的材料為號(hào)鋼，其密度為，（?。?。</p><p>　　工作臺(tái)重量的估算如下：</p><p>　　X向拖板（工作臺(tái)上拖板）的尺寸為

15、：</p><p><b>　　重量:</b></p><p>　　Y向拖板（工作臺(tái)下拖板）的尺寸為：</p><p><b>　　重量:</b></p><p>　　導(dǎo)軌座的尺寸依據(jù)XY向的行程選?。?lt;/p><p>　　上導(dǎo)軌的重量主要包括了導(dǎo)軌座、導(dǎo)軌副以及電機(jī)的重量，

16、查閱南京工藝裝備制造有限公司的導(dǎo)軌副型號(hào)及其質(zhì)量，得到上導(dǎo)軌的重量為：</p><p>　　另外，包括滾珠絲杠、電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器等一些部件約重100N</p><p>　　X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量為:</p><p>　　2、滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C

17、0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)；fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：</p><p>　　依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷C(kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：</p><p><b>　　(hour)</b></p>

18、<p>　　由設(shè)計(jì)的要求知道，工作臺(tái)工作時(shí)收到的是中等沖擊，故靜安全系數(shù)取4.0</p><p>　　由以上算出來(lái)的額定靜載荷初選導(dǎo)軌，選擇型號(hào)為GGC128AK（南京工藝裝備制造有限公司制造）。</p><p>　　表2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副相應(yīng)參數(shù)</p><p><b>　　由公式計(jì)算得：</b></p><p

19、>　　由以上計(jì)算驗(yàn)證該導(dǎo)軌滿足使用的要求。</p><p>　　3、滾珠絲桿計(jì)算、選擇</p><p>　　初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm。</p><p><b>　　3.1、強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p><b>　　絲杠軸向力：</b></p&g

20、t;<p><b>　　(N)</b></p><p>　　式中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車(chē)床車(chē)削外圓時(shí)：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(jì)算。</p><p>　　取f=0.004，受到垂直載荷=1200N,則：</p><p>

21、;　　=0.51200N=600N</p><p>　　=0.61200=720N</p><p>　　=1.15600+0.004(1200+376.6)N=763N</p><p>　　=1.15720+0.004(1200+367)N=891N</p><p>　　滾珠絲杠壽命系數(shù)：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) </p>

22、<p>　　X方向：=r/min=400r/min</p><p><b>　　==360</b></p><p>　　Y方向：=r/min=500</p><p><b>　　450</b></p><p><b>　　最大動(dòng)載荷：</b></p>&

23、lt;p>　　式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時(shí)為1.0。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求取fW=1.3,fH=1.0</p><p><b>　　X方向的滾珠絲杠：</b></p><p><b>　　=7056.2N</b></p><

24、p><b>　　=8876.2N</b></p><p>　　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(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào),參考《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-31,選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型滾珠絲桿副，相應(yīng)的參數(shù)為：</p><p>　　表3 2005-3型滾珠絲桿相應(yīng)參數(shù)</p><

25、p>　　為內(nèi)旋壞固定反向單螺母式，它的公稱(chēng)直徑是20mm，導(dǎo)程是5mm，循環(huán)滾珠為3圈1列，精度等級(jí)要求不高，可以取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N，大于，滿足要求。</p><p>　　3.2、傳遞效率的計(jì)算</p><p>　　絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：</p><p>　　式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角；已知公稱(chēng)直徑=20mm，導(dǎo)程=5mm,帶入

26、螺旋角計(jì)算公式得=。將摩擦角φ=10’帶入效率計(jì)算公式得：</p><p><b>　　=0.96</b></p><p><b>　　3）、穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　若絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算，本次設(shè)計(jì)中絲桿兩端選用深溝球軸承，故須進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算：</p><p>　　

27、式中 ：實(shí)際承受載荷的能力，N；</p><p>　?。簤簵U穩(wěn)定的支承系數(shù)，本次設(shè)計(jì)中為單推—單推式，查閱表3-41，取1；</p><p>　?。轰摰膹椥阅Ａ?，E=2.1x1011Pa；</p><p>　?。簼L珠絲桿底徑的抗彎截面慣性矩，；</p><p>　?。簤簵U穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.5-4，垂直安裝時(shí)取最小值，本次為臥式安裝，取

28、3.</p><p>　?。簽榻z杠長(zhǎng)度，由設(shè)計(jì)要求知x方向和y方向的有效行程分別為700mm和500mm。</p><p>　　由以上的計(jì)算可知,所以絲桿滿足使用要求，合格。</p><p><b>　　3.4、剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)</p>&

29、lt;p>　　Y向收到的軸向力較大，故只需計(jì)算Y向的剛度，取==891N</p><p><b>　　=2.1</b></p><p>　　==1.01m=1.01cm</p><p>　　=1.01=2μm/m</p><p>　　E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m</p><p

30、>　　<[ Δ],故滿足剛度要求。</p><p><b>　　4、步進(jìn)電機(jī)的選擇</b></p><p>　　初選電機(jī)的步距角為：α=0.75?/step</p><p><b>　　5、齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　初選電機(jī)的步距角為：α=0.75?/step，計(jì)算齒輪

31、的傳動(dòng)比：</p><p><b>　　傳動(dòng)比： </b></p><p>　　取大齒輪的齒數(shù)為75，小齒輪的齒數(shù)為36，大小齒輪的材料均為45號(hào)鋼；</p><p>　　由于齒輪生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高，故選擇軟齒面齒輪；</p><p>　　有前面的計(jì)算知齒輪傳遞的扭矩較小，選取齒輪的模數(shù)m=1mm，則齒輪相應(yīng)的參數(shù)計(jì)

32、算為：</p><p>　　分度圓直徑：36mm，75mm；</p><p>　　齒頂圓直徑：38mm，=77mm；</p><p>　　齒根圓直徑：=33.5mm，=72.5mm；</p><p>　　中心距：a=m（）/2=50.5mm；</p><p><b>　　分度圓直徑：；</b>&l

33、t;/p><p>　　大小齒輪均采用將開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪。</p><p>　　1、2--薄齒輪, 3—彈簧, 4、8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 6、7—螺母</p><p>　　圖2 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　6、步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載計(jì)算</p><p>　　6.1、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p>&

34、lt;p>　　折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的工作臺(tái)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪1、齒輪2的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1，Jz2：</p><p><b>　　=3.21kg</b></p><p><b>　　==5.41kg

35、</b></p><p>　　折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js:</p><p><b>　　0.86Ckg</b></p><p>　　折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　(kg·cm2)=(5.35+3.21+1.44)kg/=10.0kg</p>

36、<p>　　6.2、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p>　　計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，分為快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩：</b></p><p><b>　　(N·m)</b></p><p>　　u

37、--導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌去0.005；</p><p>　　W--工作臺(tái)垂直方向受到的切削力載荷重量；</p><p>　　--為考慮絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，去0.8；</p><p><b>　　帶入上式計(jì)算的:</b></p><p><b>　　(N·m)</b></p>

38、;<p><b>　　工作時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</b></p><p><b>　　(N·m)</b></p><p>　　X方向：=(N·m)=0.373(N·m)</p><p>　　Y方向：=(N·m)=0.434(N·m)</p><p&

39、gt;　　=0.434(N·m)</p><p>　　6.3、起動(dòng)慣性阻轉(zhuǎn)矩計(jì)算:</p><p><b>　　(N·m)</b></p><p>　　式中電機(jī)轉(zhuǎn)速ωm=2πnm/60,</p><p>　　Δt--起動(dòng)加速時(shí)間，取值為0.025s；</p><p>　　--對(duì)

40、應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高速度，單位為r/min;</p><p>　　--空載最快移動(dòng)速度，本次設(shè)計(jì)中給的是y方向最快為2500mm/min;</p><p>　　--步進(jìn)電機(jī)的步距角，預(yù)選電機(jī)為；</p><p>　　帶入相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算得：</p><p>　　ωm=2πnm/60=107rad/s</p><p

41、>　　=(N·m)=0.428(N·m)</p><p>　　6.4、步進(jìn)電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p>　　(N·m)=0.011+0.434+0.428(N·m)=0.873(N·m)</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)的選擇：</b></p><p&

42、gt;　　為使步進(jìn)電機(jī)正常起動(dòng)（不失步），其起動(dòng)力矩應(yīng)滿足：</p><p>　　取=2.18(N·m)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率為：</p><p><b>　　=8333Hz</b></p><p>　　綜合以上計(jì)算的參數(shù)，參照《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表4-5選擇永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，

43、型號(hào)為90BYG2062，電機(jī)的主要參數(shù)如下：</p><p>　　表4 90YG2062型電機(jī)相應(yīng)參數(shù)</p><p>　　6.5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>　　最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的校核，任務(wù)書(shū)給定的工作平臺(tái)的工作速度最大為2500mm/min，脈沖當(dāng)量為0.005mm，由公式：</p><p>　　查閱90BYG26

44、02電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性圖可以知道，在這個(gè)頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩N·m，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載N·m滿足工作要求。</p><p>　　最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核：設(shè)工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度3000mm/min,求出相應(yīng)：</p><p>　　同理查的在該頻率下的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩N·m,大于啟動(dòng)慣性轉(zhuǎn)矩N，滿足要求。</p><p>　

45、　最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核：與Vmax=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)fmax=10000HZ,而90BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000HZ，可見(jiàn)沒(méi)超出上限。</p><p>　　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，由電動(dòng)機(jī)的參數(shù)知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)不帶任何負(fù)載時(shí)的空載啟動(dòng)頻率=1800Hz,計(jì)算得步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率：</p><p&g

46、t;<b>　　=962Hz</b></p><p>　　上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候啟動(dòng)頻率都必須小于962Hz，在實(shí)際的軟件升降頻時(shí)，啟動(dòng)頻率選的更低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）.</p><p>　　綜合上面的設(shè)計(jì)選擇及驗(yàn)證，說(shuō)明本次選用的步進(jìn)電機(jī)滿足設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　　機(jī)械

47、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝配</b></p><p>　　依據(jù)前面計(jì)算得工作臺(tái)、導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座的尺寸，可以確定整個(gè)工作臺(tái)的的整體尺寸，依據(jù)工作的加工要求、工況要求，計(jì)算得到直線導(dǎo)軌副、滾珠絲桿、步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)型號(hào)，最后確定畫(huà)出X-Y工作平臺(tái)的裝配圖和零件圖。裝配圖和零件圖見(jiàn)相應(yīng)的CAD圖紙。</p><p>　　四 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1、硬件電路

48、總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　?。?按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；</p><p>　?。?選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類(lèi)型；</p><p>　?。?根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路；</p>

49、<p>　　４.根據(jù)控制對(duì)象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動(dòng)電路等；</p><p>　?。?選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號(hào)；</p><p>　　1.2確定硬件電路的總體方案</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：</p><p>　　1)主控制器。即中央處理單元CPU</p&

50、gt;<p>　　2)總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。</p><p>　　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。</p><p>　　4)接口。即I/O輸入輸出接口。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：</p><p>　　圖3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖</p><p&g

51、t;<b>　　2、主控制器選擇</b></p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。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(kāi)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8052芯片作為主控芯片。</p><p>　　3、鍵盤(pán)顯示接口電路設(shè)計(jì)</p>

52、<p><b>　　圖4 鍵盤(pán)顯示器</b></p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1、光電隔離電路</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，單片機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)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

53、常使用光電耦合器。</p><p><b>　　圖5 光電隔離電路</b></p><p><b>　　4.2、功率放大器</b></p><p>　　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(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)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)容量功率放大器。&

54、lt;/p><p>　　圖6 ULN2803芯片</p><p>　　5、其他輔助電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1、8052的時(shí)鐘電路</p><p>　　內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下圖所示。晶體可以在1.2~12之間任意選擇，耦合電容在5~33pF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)

55、，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。</p><p>　　圖7 8052時(shí)鐘電路</p><p><b>　　5.2、復(fù)位電路</b></p><p>　　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RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位。</p><p><b>

56、　　圖8 復(fù)位電路</b></p><p>　　5.3、越界報(bào)警電路</p><p>　　為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。8052利接成從光敏三極管的集電極輸出接至8051的外部中斷引腳（INT0或INT1），采用中斷方式檢查越界信號(hào)。</p><p>　　五 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　1、開(kāi)發(fā)環(huán)

57、境設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介</p><p>　　Proteus ISIS是美國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：</p><p>　　① 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、SPI調(diào)試器、

58、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。</p><p>　　② 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。</p><p>　　2、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容</p><p>　　按照功能可

59、將控制系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾部分內(nèi)容：</p><p>　　系統(tǒng)管理程序：接收命令、執(zhí)行命令及從命令處理程序返回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)。</p><p>　　伺服控制程序：根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電轉(zhuǎn)角及方向。</p><p>　　診斷程序：超行程處理、緊急停機(jī)處理、系統(tǒng)故障診斷、查錯(cuò)等。</p>&l

60、t;p>　　鍵盤(pán)操作和顯示處理程序：監(jiān)視鍵盤(pán)操作、顯示加工程序、操作命令等。</p><p>　　3、鍵盤(pán)、顯示子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1時(shí)間常數(shù)的確定</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，延時(shí)產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔。此間隔由送入定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)由下式計(jì)算：</p><p><

61、;b>　　3.2程序設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)是一次綜合性的設(shè)計(jì)，對(duì)我們的要求較高，需要我們掌握較好的機(jī)械知識(shí)和電氣方面的，能將理論的知識(shí)運(yùn)用實(shí)踐之中，對(duì)我們的技能要求主要是：知識(shí)的正確運(yùn)用、設(shè)計(jì)的整體思想、CAD軟件、proteus軟件、keil軟件及相應(yīng)專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件的熟練運(yùn)用，該課程設(shè)計(jì)是機(jī)械課程當(dāng)中

62、一個(gè)重要環(huán)節(jié)通過(guò)了2周的課程設(shè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，對(duì)機(jī)械的有關(guān)各個(gè)零部件有機(jī)的結(jié)合在一起得到了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)CAD的運(yùn)用能力和熟練程度有了很大的提升，同時(shí)也對(duì)電子方面，包括單片機(jī)、程序、電路都有了很大程度的學(xué)習(xí)和提高。</p><p>　　由于在設(shè)計(jì)方面我們沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，理論知識(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題，如：在選擇計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件是可能會(huì)出現(xiàn)誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進(jìn)的計(jì)算誤差

63、會(huì)更大，在查表和計(jì)算上精度不夠準(zhǔn)，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，其一使我對(duì)本課程和本專(zhuān)業(yè)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。把我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，有很多標(biāo)準(zhǔn)需要我們耐心再設(shè)計(jì)手冊(cè)上查找，要反復(fù)計(jì)算，并驗(yàn)算、修正計(jì)算結(jié)果，直至達(dá)到國(guó)家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，更進(jìn)一步增強(qiáng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、不怕困難的學(xué)習(xí)態(tài)度，同時(shí)也增進(jìn)了自己的知識(shí)量。</p><p>　　總之，本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)自己的培養(yǎng)作用非常的大，在這個(gè)過(guò)程中，積極思考

64、，結(jié)合之前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，不懂得查閱相應(yīng)資料或與同學(xué)相互討論，確保得到正確的結(jié)論，但在這個(gè)過(guò)程中熱然還有許多的不足，在今后的學(xué)習(xí)或是工作中會(huì)更多的注意并加以改善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京理工出版社,2004</p><p>　　[2] 濮良貴.記名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北

65、京:高等教育出版社,2003</p><p>　　[3]孫恒.陳作摸.機(jī)械原理.北京.高等教育出版社.2013</p><p>　　[4]楊入清.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu).上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.2000</p><p>　　[5]王巍，機(jī)械制圖，機(jī)械工業(yè)出版社.2000</p><p>　　[6]成大先, 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè), 機(jī)械工業(yè)出版

66、社.2002.</p><p>　　[7] 房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù)[.國(guó)防工業(yè)出版社,2002[8] 鄭學(xué)堅(jiān),周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.2003</p><p>　　[8] 李廣弟.朱月秀.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社.2007</p><p><b>　　附件</b></p><p&

67、gt;　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar displaydate[6];</p><p>　　uchar code duan[17]={</p

68、><p>　　0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,</p><p>　　0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E}; //段選碼</p><p>　　uchar code wei[6]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20}; //位選碼</p>

69、<p>　　uchar code xz[8]={0xFE,0xFC,0xFD,0xF9,0xFB,0xF3,0xF7,0xF6};</p><p>　　uchar code xf[8]={0xFE,0xF6,0xF7,0xF3,0xFB,0xF9,0xFD,0xFC};</p><p>　　uchar code yz[8]={0xEF,0xCF,0xDF,0x9F,0xBF,0x

70、3F,0x7F,0x6F};</p><p>　　uchar code yf[8]={0xEF,0x6F,0x7F,0x3F,0xBF,0x9F,0xDF,0xCF};</p><p>　　sbit key1=P3^4; //x正轉(zhuǎn)</p><p>　　sbit key2=P3^5; //x反轉(zhuǎn)</p><p>　　sbit key3

71、=P3^6; //y正轉(zhuǎn)</p><p>　　sbit key4=P3^7; //y反轉(zhuǎn)</p><p>　　void display(uchar xc,uchar yc,uchar xq,uchar yq);</p><p>　　void delay(uchar z) //延時(shí)1ms</p><p><b>　　{&

72、lt;/b></p><p>　　uchar x,y;</p><p>　　for(x=0;x<z;x++)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　uchar direction=0,flag=0

73、;</p><p>　　uint xc=0,yc=0,xq=0,yq=0;</p><p>　　void main()</p><p>　　{ uchar i;</p><p><b>　　P0=0x00;</b></p><p>　　TMOD=0X01;</p><p>

74、;　　TH0=65036/256;</p><p>　　TL0=65036%256;</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p>&l

75、t;b>　　IT0=0;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{ if(key1==0)</p><p><b>　　{ </b></p><

76、;p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　while(key1==0)</p><p>　　{ direction=1;</p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p>　　{P1=xz[i];while(flag!=1);flag=0;</p>

77、<p>　　//delay(1); </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}//x正轉(zhuǎn)</b></p><p>　　} direction=0;</p><p>　　if(key2==0)</p><p><b>　　{

78、 </b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　while(key2==0)</p><p>　　{ direction=2;</p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p>　　{P1=xf[i];while(fla

79、g!=2);flag=0;</p><p>　　//delay(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} //x反轉(zhuǎn)</b></p><p>　　} direction=0;</p><p>　　if(key3==0)</p>

80、;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　while(key3==0)</p><p>　　{ direction=3;</p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p&

81、gt;　　{P1=yz[i];while(flag!=3);flag=0;</p><p>　　//delay(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} //y正轉(zhuǎn)</b></p><p>　　} direction=0;</p><p&g

82、t;　　if(key4==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　while(key4==0)</p><p>　　{ direction=4;</p><p>　　for(i=0;i<

83、8;i++)</p><p>　　{P1=yf[i];while(flag!=4);flag=0;</p><p>　　//delay(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} //y反轉(zhuǎn)</b></p><p>　　} directi

84、on=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void time0(void) interrupt 1</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH0=6503

85、6/256;</p><p>　　TL0=65036%256;</p><p>　　if(direction==1)</p><p><b>　　{ flag=1;</b></p><p>　　xc++;if(xc==240) {xq++;xc=0;}</p><p>　　display(xc,y

86、c,xq,yq); }</p><p>　　else if(direction==2)</p><p>　　{flag=2;xc--;if(xc==0) {xq--;xc=240;}</p><p>　　display(xc,yc,xq,yq);}</p><p>　　else if(direction==3)</p><

87、p>　　{ flag=3;yc++;if(yc==240) {yq++;yc=0;}</p><p>　　display(xc,yc,xq,yq); }</p><p>　　else if(direction==4)</p><p>　　{flag=4;yc--; if(yc==0) {yq--;yc=240;}</p><p>　

88、　display(xc,yc,xq,yq);} </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int0(void) interrupt 0</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　EX0=0;</b></p>

89、<p><b>　　P1=0;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(uchar xc,uchar yc,uchar xq,uchar yq) //顯示位移</p>

90、;<p><b>　　{</b></p><p>　　uint i,j,xs,ys,xbai,xshi,xge,ybai,yshi,yge;</p><p>　　xs=(xq*240+xc)/100;</p><p>　　ys=(yq*240+yc)/100;</p><p>　　xbai=xs/100;&

91、lt;/p><p>　　xshi=(xs-xbai*100)/10;</p><p>　　xge=xs%10;</p><p>　　ybai=ys/100;</p><p>　　yshi=(ys-ybai*100)/10;</p><p>　　yge=ys%10;</p><p>　　display

92、date[0]=duan[xbai];</p><p>　　displaydate[1]=duan[xshi];</p><p>　　displaydate[2]=duan[xge];</p><p>　　displaydate[3]=duan[ybai];</p><p>　　displaydate[4]=duan[yshi];</p

93、><p>　　displaydate[5]=duan[yge];</p><p>　　for(i=0;i<6;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=wei[i];</p><p>　　P0=displaydate[i];</p><p&g