課程設(shè)計(jì)--數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　課題名稱(chēng) 數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 85班 </p><

2、p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013年 1 月 16 日</p><p><b>　　目錄</b><

3、;/p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)的目的1</p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p>　　3. 設(shè)計(jì)主要步驟和計(jì)算2</p><p>　　3.1總體設(shè)計(jì)方案的確定2</p><p&g

4、t;　　3.1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定2</p><p>　　3.1.2 X—Z工作臺(tái)的傳動(dòng)方式2</p><p>　　3.2 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算和選擇2</p><p>　　3.2.1導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算2</p><p>　　3.2.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算2</p><p><b>　　切削力

5、的計(jì)算2</b></p><p>　　3.3滾珠絲杠的選擇設(shè)計(jì)、計(jì)算及校驗(yàn)3</p><p>　　3.3.1X方向的滾珠絲桿選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算3</p><p>　　3.3.2計(jì)算軸向力4</p><p>　　3.3.3計(jì)算動(dòng)載荷4</p><p>　　3.3.4計(jì)算靜載荷4</p>

6、<p>　　3.3.5初選滾珠絲桿4</p><p>　　3.3.6計(jì)算預(yù)緊力5</p><p>　　3.3.7滾珠絲桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算6</p><p>　　3.3.8臨界轉(zhuǎn)速的核算6</p><p>　　3.3.9滾珠絲桿剛性的校核6</p><p>　　3.3.10傳動(dòng)效率的計(jì)算7</p

7、><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)的選用及減速箱的有關(guān)計(jì)算7</p><p>　　3.4.1有關(guān)齒輪計(jì)算7</p><p>　　3.4.2步進(jìn)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算8</p><p>　　3.4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇8</p><p>　　3.4.4步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算9</p><p>　　

8、3.4.5性能校核10</p><p>　　校核啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)頻率10</p><p>　　3.5滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　3.5.1工作載荷的計(jì)算11</p><p>　　3.5.2小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算11</p><p>　　3.5.3距離額定壽命計(jì)算11</p>&l

9、t;p>　　3.5.4額定動(dòng)載荷計(jì)算12</p><p>　　3.5.5產(chǎn)品選型12</p><p>　　3.5.6安裝連接尺寸12</p><p>　　3.6 其余附件的選擇12</p><p>　　3．6.1聯(lián)軸器的選擇12</p><p>　　3.6.2齒輪減速箱的設(shè)計(jì)參數(shù)13</p>

10、;<p>　　5. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖。13</p><p>　　5.2驅(qū)動(dòng)電路流程設(shè)計(jì)。13</p><p>　　5.3驅(qū)動(dòng)電源的選用。14</p><p>　　6. 機(jī)械部分裝配圖繪制14</p><p><b>　　7.總結(jié)體會(huì)15

11、</b></p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)</p><p>　　由于是對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造，因而在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，

12、降低成本。根據(jù)C616車(chē)床有關(guān)資料，確定總體方案。</p><p>　　采用控制器進(jìn)行控制，控制選擇電機(jī)的輸出經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　已知機(jī)械部分條件：</b></p><p>　　工

13、作臺(tái)重量：w=800N</p><p>　　時(shí)間常數(shù)：T=25ms（計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)力矩時(shí)所需要）</p><p>　　滾珠絲桿基本導(dǎo)程：L0=6mm</p><p>　　行程：X=320mm Y=200mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量：δp=4μm/step</p><p>　　步距角：a=0.750/step</

14、p><p>　　步進(jìn)電機(jī)通電方式：四相八拍</p><p>　　快速進(jìn)給速度：Vmax=1m/min</p><p><b>　　控制部分條件：</b></p><p><b>　　采用單片機(jī)</b></p><p>　　軌跡控制采用逐點(diǎn)比較法</p><p&

15、gt;<b>　　步進(jìn)電機(jī)的控制</b></p><p>　?。v向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算；橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算；步進(jìn)電機(jī)的選擇；直線、圓弧的軌跡控制方案；控制系統(tǒng)的硬件；控制系統(tǒng)的部分軟件。</p><p>　　到時(shí)檔案袋中有：說(shuō)明書(shū) 圖紙：①裝配圖②控制系統(tǒng)硬件圖）</p><p>　　3.設(shè)計(jì)主要步驟和計(jì)算</p><

16、;p>　　3.1總體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　3.1.1.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定</p><p>　　該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。</p><p>　　3.1.2. X—Z工作臺(tái)的傳動(dòng)方式</p><p>　　為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛

17、度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。</p><p>　　考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。</p><p>　　3.1.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p

18、>　?、?設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有輪廓控制，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。</p><p>　?、?對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。</p><p>　?、?要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，

19、I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。</p><p>　　④ 選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。</p><p>　　3.2機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算和選擇</p><p>　　3.2.1導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算</p><p>　　按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、

20、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為800N。</p><p>　　3.2.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　切削力計(jì)算</b></p><p>　　由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率為:</p><p>　　，其中，N為主電機(jī)功率，為主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率，K為進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)。一般取0.6～0.7，這里

21、取=0.65，K取K=0.96。此處以C616機(jī)床來(lái)計(jì)算，主電機(jī)功率為4kW。則</p><p>　　又因?yàn)椋?，v取100m/min</p><p>　　所以： </p><p>　　由《金屬切削原理》可知，主切削力：</p><p><b>　　查表知，</b></p><

22、;p>　　據(jù)公式計(jì)算得表1-1所示</p><p><b>　　表1-1 計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　當(dāng)=1520N時(shí)，切削深度，走刀量，以此參數(shù)做下面計(jì)算依據(jù)。</p><p>　　因?yàn)楣ぷ髋_(tái)既可以用于車(chē)削又可以用于銑削，而銑削的切削分力大，根據(jù)最大值取。</p><p><b>　　這里取：

23、</b></p><p>　　3.3滾珠絲桿的選擇、設(shè)計(jì)、計(jì)算</p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，滾珠絲桿的導(dǎo)程為：P=6mm，工作臺(tái)的重量：。</p><p>　　3.3.1、X方向的滾珠絲桿選擇、設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　3.3.2、計(jì)算軸向力</p><p><b>　　切削力：

24、</b></p><p>　　考慮到工作臺(tái)的多種用途，尤其是銑削時(shí)X方向力較大選取：</p><p>　　由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》第6章式6-1得：</p><p><b>　　軸向力：</b></p><p>　　對(duì)于矩形導(dǎo)軌的機(jī)床，顛覆影響系數(shù)，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。</p><p>

25、;<b>　　因此</b></p><p>　　3.3.3、計(jì)算動(dòng)載荷</p><p>　　根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第七章式5.7-29得：動(dòng)載荷</p><p>　　式中 —壽命系數(shù)，，—轉(zhuǎn)速系數(shù)，—載荷性質(zhì)系數(shù)，—?jiǎng)虞d荷硬度影響系數(shù)。</p><p>　　查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5.7-30、表5.7-31、表5.7-32、

26、圖5.7-89、圖5.7-90得：；載荷性質(zhì)為平穩(wěn)，輕微沖擊，為1~1.2，取=1.1。代入公式得：</p><p>　　3.3.4、計(jì)算靜載荷</p><p>　　根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第七章式5.7-37得：靜載荷</p><p>　　式中 —載荷性質(zhì)系數(shù)，—靜載荷硬度影響系數(shù)。</p><p>　　查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5.7-31得：載荷

27、性質(zhì)為平穩(wěn)、輕微沖擊，為1~1.2，取=1.1，查表5.7-32得。</p><p><b>　　代入公式得：</b></p><p>　　3.3.5、初選滾珠絲桿</p><p>　　根據(jù)動(dòng)載荷、靜載荷初選滾珠絲桿：選用濟(jì)寧絲桿廠生產(chǎn)的GD系列3206-4型滾珠絲桿副，為內(nèi)循環(huán)固定式反向器雙螺母預(yù)緊式滾珠絲桿副，精度等級(jí)為3級(jí)。滾珠絲桿采用兩

28、端固定的支承方式。其幾何參數(shù)如表1所示。</p><p>　　表1 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)</p><p>　　滾珠絲桿采用兩端固定的支承方式，根據(jù)滾珠絲桿的動(dòng)、靜載荷，選擇的軸承型號(hào)為7004AC的角接觸軸承。其額定動(dòng)載荷為，額定靜載荷為。尺寸為：。</p><p><b>　　支承距離：</b></p><p>&

29、lt;b>　　滾珠絲桿的長(zhǎng)度計(jì)算</b></p><p>　　X方向行程為320mm，螺母長(zhǎng)度為110mm，余程為20mm。則</p><p><b>　　絲桿軸端部分：</b></p><p><b>　　滾珠絲桿總長(zhǎng)：</b></p><p>　　3.3.6、計(jì)算預(yù)緊力<

30、/p><p>　　最大軸向工作載荷，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-1-34得：</p><p><b>　　預(yù)緊力 </b></p><p>　　3.3.7、滾珠絲桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-1-34得：</p><p>　　式中 為臨界壓縮載荷，—安全系數(shù)，滾珠絲桿

31、水平安裝，則；</p><p>　　—支承系數(shù)，查表11-1-40得；—絲桿底徑，；</p><p>　　—絲桿最大受壓長(zhǎng)度，。</p><p>　　因此得臨界壓縮載荷：</p><p>　　由于，故滾珠絲桿穩(wěn)定。</p><p>　　3.3.8、臨界轉(zhuǎn)速的核算</p><p>　　滾珠絲桿的最

32、高轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-1-34得：臨界轉(zhuǎn)速</p><p>　　式中 —支撐系數(shù)，查表11-1-40得；—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，。</p><p><b>　　因此得臨界轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　3.3.9、滾珠絲桿剛性的校核</p><p>　　根據(jù)《

33、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-148得：</p><p>　　絲桿在軸向載荷下使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形為：</p><p>　　式中 E—絲桿材料的彈性模量，按材料為鋼計(jì)算，，P—滾珠絲桿導(dǎo)程，—絲桿底徑。 則:，</p><p><b>　　變形為：。</b></p><p>　　由于絲桿螺母有預(yù)緊，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式

34、5.7-40得滾珠與螺紋滾道間的接觸變型為：，式中—軸向載荷；—鋼珠直徑；。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-1-34得：。滾珠數(shù)為：。</p><p><b>　　因此得：。</b></p><p><b>　　絲桿的總變形為：</b></p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-1-27得：有效行程在315~400mm，精度

35、等級(jí)為3級(jí)的允許行程變動(dòng)量為，大于絲桿的總變形。所以絲桿的剛度足夠。</p><p>　　3.3.10、傳動(dòng)效率的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)機(jī)械原理得：傳動(dòng)效率，式中為螺紋升角，為摩擦角，，因此傳動(dòng)效率為</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)的選用及減速箱的有關(guān)計(jì)算</p><p>　　3.4.1有關(guān)齒輪計(jì)算</p><

36、p>　　為使工作臺(tái)達(dá)到1m/min的速度，則絲杠的轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　當(dāng)步距角為0.75°時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　　傳動(dòng)比</b></p><p><b>　　取, </b></p><p>　　3.4.2步進(jìn)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p>

37、;<p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　由公式得：</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</b></p><p>　　, 知</p><p><b>　　則</b></p>

38、<p><b>　　齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　負(fù)載總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　3.4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　查生產(chǎn)樣品電機(jī)，初選電機(jī)110BYG2602，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，靜轉(zhuǎn)矩為，空載啟動(dòng)頻率為1200Hz，空載運(yùn)行頻率為20000Hz。</p><p><b&

39、gt;　　電機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</b></p><p>　　驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配：，滿足慣量匹配條件</p><p>　　3.4.4步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p><b>　　快速空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　在快速空載啟動(dòng)階段，考慮傳動(dòng)鏈的效率，則電機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為</p&g

40、t;<p>　　由之前知，，取加速時(shí)間T=0.025s，，代入得</p><p>　　折算到電機(jī)軸的摩擦力矩</p><p><b>　　附加摩擦力矩</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　其預(yù)加負(fù)載</b></p>

41、;<p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　三項(xiàng)合計(jì)得：</b></p><p>　　2）最大切削負(fù)載時(shí)力矩</p><p>　　則施加在電機(jī)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　以此作為選擇電機(jī)的依據(jù)。</p><p><

42、b>　　3.4.5性能校核</b></p><p><b>　　1、校核啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為，采用四相八拍通電方式驅(qū)動(dòng)，據(jù)《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P86表4-1得：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b>　　，滿足要求。<

43、;/b></p><p><b>　　校核運(yùn)行頻率</b></p><p><b>　　計(jì)算空載運(yùn)行頻率</b></p><p>　　計(jì)算切削時(shí)的運(yùn)行頻率</p><p>　　初選的110BYG2602型永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的空載運(yùn)行頻率為20000Hz，大于所需的運(yùn)行頻率，滿足要求。</

44、p><p><b>　　校核啟動(dòng)頻率</b></p><p>　　根據(jù)前面計(jì)算，電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，該電機(jī)的空載運(yùn)行頻率為1800Hz。</p><p>　　據(jù)《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P93式4-23得：</p><p>　　滿足不了帶負(fù)載直接啟動(dòng)的要求，需要采用升降頻控制，以保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生

45、失步現(xiàn)象。</p><p>　　3.5滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.5.1工作載荷的計(jì)算</p><p>　　工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： 其中，移動(dòng)部件重量G=800N,外加載荷F==1

46、527.6N</p><p><b>　　代入上式，得：</b></p><p>　　3.5.2小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算</p><p>　　預(yù)期工作臺(tái)的工作壽命為5年，一年365天，取工作時(shí)間為360天，每天工作8小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命</p><p>　　3.5.3距離額定壽命計(jì)算</p><

47、;p><b>　　由公式，從而得到</b></p><p>　　式中，為小時(shí)額定工作壽命。 </p><p><b>　　為距離額定壽命。</b></p><p>　　n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（4—6）取5</p><p>　　S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工范圍為320mm×200mm取

48、580mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p>　　3.5.4額定動(dòng)載荷計(jì)算</p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　從而得到：</b></p><p><b>　　式中：為額定

49、動(dòng)載荷</b></p><p>　　L為距離工作壽命，由上式可知為5011.2km</p><p>　　F為滑塊的工作載荷，由上式可知為1727.6N</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得： </b></p><p><b>　　3．5.5產(chǎn)品選型</b></p><

50、;p>　　根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用的是濟(jì)寧市億城滾動(dòng)部件有限公司LG20EA型，相關(guān)尺寸如下圖3所示，</p><p><b>　　圖3 導(dǎo)軌參數(shù)</b></p><p>　　可知其額定動(dòng)載荷C=16700N，大于16050N，故可知滿足要求。</p><p>　　3.5.6安裝連接尺寸。</p>

51、<p>　　對(duì)于導(dǎo)軌的安裝按照如圖3所示相關(guān)尺寸安裝。</p><p>　　3.6其余附件的選擇</p><p>　　3.6.1聯(lián)軸器的選擇</p><p><b>　　聯(lián)軸器的選用</b></p><p>　　凸緣聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器，是把兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器用普通平鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個(gè)半

52、聯(lián)軸器連成一體，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)轉(zhuǎn)速低、無(wú)沖擊、軸的剛性大. 電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩為8.19N/m，轉(zhuǎn)速最高為520r/min，所以選用泊頭市盛鑫聯(lián)軸器廠生產(chǎn)的凸緣聯(lián)軸器，接電機(jī)一端的聯(lián)軸器型號(hào)為YL1YLD1，該型號(hào)聯(lián)軸器軸孔直徑選16，考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速不高，材料選鐵以降低成本，軸孔長(zhǎng)度J1型，30mm長(zhǎng)，與電機(jī)軸的伸出的31mm部分配合。</p><p>　　經(jīng)齒輪減速

53、箱后轉(zhuǎn)矩增大為25N/m,轉(zhuǎn)速低于200r/min，所以接絲桿一端聯(lián)軸器型號(hào)為YL3YLD3，該型號(hào)聯(lián)軸器軸孔直徑選14，考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速不高，材料選鐵以降低成本，軸孔長(zhǎng)度Y型，32mm長(zhǎng)。相關(guān)參數(shù)如下圖4：</p><p><b>　　圖4 聯(lián)軸器參數(shù)</b></p><p>　　3.6.2齒輪減速箱的設(shè)計(jì)參數(shù)：</p><p>　　大齒輪：分

54、度圓156，寬度20，軸孔14，齒數(shù)：78</p><p>　　小齒輪：分度圓50，寬度24，軸孔16，齒數(shù)：25</p><p>　　中心距：103 模數(shù)：2 </p><p>　　軸承： 大（深溝球6002）：d=15 D=32 B=9</p><p>　　小（深溝球6201）：d=12 D=32 B=10</

55、p><p>　　箱體三維：260X210X70 壁厚15</p><p><b>　　5.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)主要考慮以下功能：</p><p>　　接受操作面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信息；</p><p><b>　　接受限位開(kāi)關(guān)信號(hào)；<

56、;/b></p><p>　　控制X，Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；</p><p>　　與PC機(jī)的串行通信。</p><p>　　CPU選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52，采用8279，和W27C512，6264芯片做為I/O和存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。W27C512用做程序存儲(chǔ)器，存放監(jiān)控程序；6264用來(lái)擴(kuò)展AT89S52的RAM存儲(chǔ)器存放調(diào)試和運(yùn)行的加工程

57、序；8279用做鍵盤(pán)和LED顯示器借口，鍵盤(pán)主要是輸入工作臺(tái)方向，LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺(tái)坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有超程報(bào)警功能，并有越位開(kāi)關(guān)和報(bào)警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路。</p><p>　　5.2進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　圖5進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　電路模塊圖分析</b>&l

58、t;/p><p>　　X-Y向步進(jìn)電機(jī)控制電路分析</p><p>　　圖2 X/Y向步進(jìn)電機(jī)控制電路模擬圖</p><p>　　圖2為X/Y向步進(jìn)電機(jī)控制電路模擬圖，從圖從我們可以看到仿真選用的是6線制的四相八拍步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)8255A的PC0~PC3口分別向X向步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖信號(hào)，PC4~PC7則分別向Y向步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖信號(hào)。</p><p

59、>　　四相八拍步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)相序是A→AB→B→BC→C→CD→D→DA，反轉(zhuǎn)相序是DA→D→CD→C→BC→B→BA→A；表3將給出X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)PC口各引腳輸出電平與X向電機(jī)相位關(guān)系；表4將給出Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)PC口各引腳輸出電平與Y向電機(jī)相位關(guān)系；而反轉(zhuǎn)時(shí)，控制的方式只需把從上往下循環(huán)改為從下往上循環(huán)即可。</p><p>　?。ǘ⒅鞒绦蚩驁D及內(nèi)存分配</p><p&

60、gt;<b>　　開(kāi)始</b></p><p><b>　　設(shè)棧指針，初始化，</b></p><p>　　清內(nèi)存，送控制電機(jī)代碼進(jìn)內(nèi)存</p><p>　　確定控制字初值 #0AH 70H，</p><p>　　各坐標(biāo)值及偏差送內(nèi)存</p><p><b>

61、　　F ≥ 0 ？</b></p><p>　　置控制字為03H，X分配 置控制字為0CH，Y分配</p><p>　　調(diào)環(huán)分子程序沿+X走一步， 調(diào)環(huán)分子程序沿+Y走一步，</p><p>　　調(diào)延時(shí)程序 調(diào)延時(shí)程序</p><p>　　新偏差及新坐

62、標(biāo)計(jì)算 新偏差及新坐標(biāo)計(jì)算</p><p>　　F=F-ye x=x+1 F=F+xe y=y+1</p><p><b>　　終點(diǎn)判別</b></p><p>　　y=ye x=xe</p><p><b>　　Y</b&g

63、t;</p><p><b>　　結(jié)束</b></p><p>　　圖2-2-1 主程序框圖</p><p>　　表2-2-1 內(nèi)存分配表</p><p><b>　?。ㄈ?、子程序框圖</b></p><p>　　表2-3-1 軟環(huán)分表及X、Y電機(jī)帶電狀態(tài)碼的內(nèi)存分配表&l

64、t;/p><p><b>　　入口</b></p><p>　　X電機(jī)轉(zhuǎn)？ </p><p>　　X正轉(zhuǎn)？ Y正轉(zhuǎn)？ </p><p>　　X狀態(tài)碼 X狀態(tài)碼 Y狀態(tài)碼 Y狀態(tài)碼 </p><p

65、>　　表地址+1 表地址-1 表地址+1 表地址-1</p><p>　　表 取代碼 表 取代碼 表 取代碼 表 取代碼</p><p>　　首 尾 首 尾</p><p>　　地 地

66、 地 地</p><p>　　址 址 址 址</p><p>　　代碼=0？ 代碼=0？ 代碼=0？ 代碼=0？</p><p>　　代碼經(jīng) 代碼經(jīng) 代碼經(jīng) 代碼經(jīng)<

67、;/p><p>　　數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸</p><p>　　出到電機(jī) 出到電機(jī) 出到電機(jī) 出到電機(jī)</p><p><b>　　調(diào)延時(shí)子程序</b></p><p><b>　　返回</b></p>

68、<p>　　圖2-3-1 子程序MOTR框圖</p><p><b>　?。ㄋ模?、程序清單</b></p><p>　　MAIN:MOV SP,#60H ;主程序開(kāi)始</p><p>　　MOV R0,#2BH ;8255初始化</p><p>　　MOV A,#8

69、0H ;設(shè)置A口、B口輸出</p><p>　　MOVX @R0,A </p><p>　　MOV R5,#10H</p><p>　　MOV R6,#20H</p><p>　　CLR A ;位清零使表頭表尾為0</p><p>　　MOV 10H,A<

70、/p><p>　　MOV 17H,A</p><p>　　MOV 20H,A</p><p>　　MOV 27H,A</p><p>　　MOV R0,#11H ;裝X電機(jī)狀態(tài)碼到內(nèi)存</p><p>　　MOV @R0,#01H</p><p><b&g

71、t;　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#03H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#02H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　M

72、OV @R0,#06H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#04H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#0CH</p><p><b>　　I

73、NC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#08H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#09H</p><p>　　MOV R0,#21H ;裝Y電機(jī)狀態(tài)碼到內(nèi)存</p><p>　　

74、MOV @R0,#10H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#30H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#20H</p><p><b>　　

75、INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#60H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#40H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV

76、 @R0,#0C0H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#80H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#90H</p><p>　　LOR4:MOV 2A

77、H,#0C8H ;Xe</p><p>　　MOV 2BH,#0C8H ;Ye</p><p>　　MOV 2CH,#00H ;X</p><p>　　MOV 2EH,#00H ;Y</p><p>　　MOV 2FH,#00H ;F</p>&l

78、t;p>　　MOV 70H,#0AH ;電機(jī)初始狀態(tài)</p><p>　　LOP3:MOV A,2FH ;偏差送到A口</p><p>　　JB ACC.7,LOP1 ;F<0跳到LOP1Y轉(zhuǎn)</p><p>　　MOV A,70H</p><p>　　SETB AC

79、C.0 ;D0=1X轉(zhuǎn)</p><p>　　CLR ACC.2 ;D2=0Y不轉(zhuǎn)</p><p>　　MOV 70H,A ;送控制字</p><p>　　LCALL MOTR ;X方向走一步</p><p>　　MOV A,2FH

80、 ;偏差送到A</p><p>　　SUBB A,2BH ;F-Ye</p><p>　　INC 2CH ;X+1</p><p>　　AJMP LOP2 ;跳轉(zhuǎn)到LOP2進(jìn)行偏差判斷</p><p>　　LOP1:MOV A,70H</p><

81、p>　　SETB ACC.2 ;D2=1Y轉(zhuǎn)</p><p>　　CLR ACC.0 ;D0=0X不轉(zhuǎn)</p><p>　　MOV 70H,A ;送控制字</p><p>　　LCALL MOTR ;Y方向走一步</p><p>　　MOV A,2F

82、H ;偏差送到A</p><p>　　ADD A,2AH ;F+Xe</p><p>　　INC 2EH ;Y+1</p><p>　　LOP2:MOV 2FH,A ;將A的偏差送到2FH單元</p><p>　　MOV A,2AH</p

83、><p>　　CJNE A,2CH,LOP3 ;Xe=X?</p><p>　　MOV A,2BH</p><p>　　CJNE A,2EH,LOP3 ;Ye=Y?</p><p><b>　　AJMP ST</b></p><p>　　MOTR:MOV A,70H

84、 ;MOTR子程序，查看控制字</p><p>　　JNB ACC.0,Y ;D0=!1,X不轉(zhuǎn),則執(zhí)行Y(Y轉(zhuǎn))</p><p>　　X:JNB ACC.1,XF ;D1=!1,X不轉(zhuǎn),則執(zhí)行XF</p><p>　　XZ:INC R5 ;X正轉(zhuǎn)地址指針R5+1</p>

85、;<p>　　MOV A,R5 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　CJNE A,#00H,LP1 ;判斷是否到表底,不是則執(zhí)行LP1</p><p>　　MOV R5,#11H

86、 ;到表底則重新指向表首</p><p>　　MOV A,R5 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0 </p><p>　　LP1:MOV R1,#28H ;代碼輸出兩行</p><p&

87、gt;　　MOVX @R1,A</p><p>　　MOV R2,#10H</p><p>　　LCALL YANS ;延時(shí)兩行</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　XF:DEC R5 ;X正轉(zhuǎn)地址指針R5-1</p>&

88、lt;p>　　MOV A,R5 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A </p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　CJNE A,#00H,LP2 ;判斷是否到表頭,不是則執(zhí)行LP2</p><p>　　MOV R5,#18H

89、 ;到表頭則重新指向表底</p><p>　　MOV A,R5 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0 </p><p>　　LP2:MOV R1,#28H ;代碼輸出兩行</p><p>

90、;　　MOVX @R1,A</p><p>　　MOV R2,#10H</p><p>　　LCALL YANS ;延時(shí)兩行</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　Y: JNB ACC.3,YF ;D3=!1,X不轉(zhuǎn),則執(zhí)行X(X轉(zhuǎn)) <

91、/p><p>　　YZ:INC R6 ;Y正轉(zhuǎn)地址指針R6+1</p><p>　　MOV A,R6 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　CJNE A,#00H,

92、LP3 ;判斷是否到表底,不是則執(zhí)行LP3</p><p>　　MOV R6,#21H ;到表底則重新指向表首</p><p>　　MOV A,R6 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0 </p>

93、;<p>　　LP3:MOV R1,#28H ;代碼輸出兩行</p><p>　　MOVX @R1,A</p><p>　　MOV R2,#10H</p><p>　　LCALL YANS ;延時(shí)</p><p><b>　　RET</b></p>

94、<p>　　YF:DEC R6 ;Y正轉(zhuǎn)地址指針R6-1</p><p>　　MOV A,R6 ;從代碼表中取R6指向的代碼到A </p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　CJNE A,#00H,LP4

95、 ;判斷是否到表頭,不是則執(zhí)行LP4</p><p>　　MOV R6,#28H ;到表頭則重新指向表底</p><p>　　MOV A,R6 ;從代碼表中取R5指向的代碼到A</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　MOV A,@R0 </p><

96、p>　　LP4:MOV R1,#28H ;代碼輸出兩行</p><p>　　MOVX @R1,A</p><p>　　MOV R2,#10H ;延時(shí)</p><p>　　LCALL YANS</p><p><b>　　RET</b></p><p>　

97、　YANS: PUSH 02H ;延時(shí)子程序</p><p>　　LOS3:PUSH 02H</p><p>　　LOS2:PUSH 02H</p><p>　　LOS1:DJNZ R2,LOS1</p><p><b>　　POP 02H</b></p><p>　　DJ

98、NZ R2,LOS2</p><p><b>　　POP 02H</b></p><p>　　DJNZ R2,LOS3</p><p><b>　　POP 02H</b></p><p>　　DJNZ R2,YANS</p><p><b>　　RET</

99、b></p><p>　　ST:MOV R1,#28H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p>　　MOVX @R1,A ;電機(jī)掉電</p><p>　　MOV R0,#28H ;關(guān)8255</p><p>　　MOV A,#00H</p>

100、;<p>　　MOVX @R0,A</p><p><b>　　LJMP ST</b></p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1、劉煥成 .《工程背景下的單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社</p><p>　　2、楊林建 .《機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化改造