x_y工作臺(tái)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱 ：設(shè)計(jì)題專班姓名學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教設(shè)計(jì)時(shí)間 ：2016 年 12 月 29 日2017 年 1 月 6 日.專業(yè)專注.專業(yè)專注.目錄一、課程設(shè)計(jì)的題目及要求11 、題目12 、要求1二、總體方案的確定2三、XY 二維工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)31 、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì)32 、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定33 、滾珠絲桿計(jì)算 、選擇44 、步進(jìn)電機(jī)的選擇75 、齒輪計(jì)算 、設(shè)計(jì)76 、步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載計(jì)算87 、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝配11四、XY 二維工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)121 、硬件電路總體方案設(shè)計(jì)122 、主控制器的選擇133 、鍵盤、顯示接口電路設(shè)計(jì)144 、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)155 、

2、其它輔助電路設(shè)計(jì)15.專業(yè)專注.五、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)161 、開(kāi)發(fā)環(huán)境和設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介162 、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容183 、鍵盤、顯示子程序的設(shè)計(jì)194 、步進(jìn)電機(jī)控制子程序的設(shè)計(jì)20六、課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)22參考文獻(xiàn)23.專業(yè)專注.一、課程設(shè)計(jì)的題目及要求1 、題目：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 XY 二維工作臺(tái)設(shè)計(jì)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 ：表 1 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求表題號(hào)有效行程 (mm)快速進(jìn)給速度 (mm/min)工作載荷 Fz (N)LxLyvmaxvymax1

3、77005002000250012002 、要求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。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 ；3.認(rèn)真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)；4.大膽創(chuàng)新 ，確定合理 、可行的總體設(shè)計(jì)方案 ；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 ；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 ；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 ；8.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明

4、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) 。.專業(yè)專注.二、總體方案的確定根據(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 。1 、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與控制方式采用連續(xù)控制系統(tǒng) ，開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制方式 。 考慮到運(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) 。2 、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建議采用教科書(shū)上的 MS

5、C-51 系列單片機(jī) ?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)該包括微機(jī)部分 、鍵盤及顯示器 、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 。.專業(yè)專注.三、 XY 二維工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì)1.1 、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量 p 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 0.010.005mm ，本次設(shè)計(jì)取值 0.005mm.1.2 、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì)根據(jù)給定的有效行程 ，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 ，如下：圖 1 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖估算 X 向和 Y 向工作臺(tái)承載重量WX 和 WY， 取 x 向?qū)к壷武?/p>

6、球的中心距400mm ， y 向?qū)к壷武撉虻闹行木?80mm, 工作臺(tái)的材料為 45 號(hào)鋼，其密度為7.85 103 kg / m3，（取 g 10 N / kg ）。工作臺(tái)重量的估算如下 ：X 向拖板（工作臺(tái)上拖板 ）的尺寸為 ： 410390 30mm3重量 :Wx410390307.8510 5376.6NY 向拖板（工作臺(tái)下拖板 ）的尺寸為 ： 41038030mm35重量 :Wy410 380 307.85 10367N.專業(yè)專注.導(dǎo)軌座的尺寸依據(jù)XY 向的行程選取 ： 90042040mm2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，查閱南京工藝裝備制造有限公司的導(dǎo)軌副型

7、號(hào)及其質(zhì)量，得到上導(dǎo)軌的重量為 ：1200420407.8510 52 1.8710120010 31627.4N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100NX-Y 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量為:W376.63671627.41002471N2 、滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)的確定根據(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) f SL=C 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=1.03.0 (一般運(yùn)行狀況 )，3.05.0 （ 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：依據(jù)使用速度 v（m

8、/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：(C / P)350 103L n60(hour)v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)f sl 取 4.0PX0.5(FZWX )0.5(1200376.6) 788.3NPY0.5(FZWY )0.5(1200376) 783.5NC 0XfslPX4788.33153.2NC 0Yf slPY4783.53134N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 ）。表 2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副相應(yīng)參數(shù)導(dǎo)軌副尺寸滑塊尺寸HWrB1L1B2L1MiB

9、2M2L2l0168.5104046.42520M36M432.4.專業(yè)專注.3.5導(dǎo)軌尺寸額 定 動(dòng)額 定 靜重量載載C(KN)C0(KN ）B1H1dDh單 根 最滑塊 /個(gè)導(dǎo)軌 /米大 長(zhǎng) 度（ mm ）248.54.5812004.454.60.061.874.5由公式 Ln(C / P)350103計(jì)算得：v60( 3153.2) 3 50 103788.3h 26667h 15000hLn260由以上計(jì)算驗(yàn)證該導(dǎo)軌滿足使用的要求。3 、滾珠絲桿計(jì)算 、選擇初選絲杠材質(zhì) ：CrWMn 鋼，HRC5860 ，導(dǎo)程：l0=5mm 。3.1 、強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力 ：FmaxKF x, yf

10、 (FzWx, y ) (N)式 中K，滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌摩 擦 系 數(shù) f=0.0030005；在車床車削外圓時(shí)： =1.15Fx =(0.10.6)F z， Fy=(0.150.7)Fz，可取 Fx=0.5F z， Fy=0.6F z 計(jì)算 。取 f=0.004 ，受到垂直載荷 F ZP =1200N, 則：FX =0.51200N=600NFy =0.61200=720N.專業(yè)專注.FX m ax =1.15600+0.004(1200+376.6)N=763NFY m ax =1.15720+0.004(1200+367)N=891N滾珠絲杠壽命系數(shù) ： L60nT， 其中絲杠轉(zhuǎn)速 nvm

11、 ax(r/min)10 6l 0X 方向 ： nx =2000r/min=400r/min5Lx = 6040015000 =360106Y 方向 ： ny = 2500 r/min=50056050015000450Ly106最大動(dòng)載荷 ：Q3 L fH fW Fmax式中： fW 為載荷系數(shù) ，中等沖擊時(shí)為1.21.5 ； fH 為硬度系數(shù) ， HRC58 時(shí)為1.0。本設(shè)計(jì)中 ，根據(jù)設(shè)計(jì)要求取fW =1.3, fH =1.0X 方向的滾珠絲杠 ：3Qx3Qy3601.3 1.0763 =7056.2N4501.3 1.0891 =8876.2N根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式 ，

12、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 ：表 3 2005-3 型滾珠絲桿相應(yīng)參數(shù)公稱直基本導(dǎo)鋼球直絲杠底絲桿油環(huán)額定載荷 /N型號(hào)循環(huán)列數(shù)徑程徑徑 /mm外徑/m動(dòng)載靜載/mm/mm/mm/mm荷荷.專業(yè)專注.D0phDWd2d1GGDC0C0aM2005-53.17516.219.3332M 6215620930993螺母安裝尺寸 mm剛度 N/umD1D4L12G0DBHGG G D36604846801165.810234467為內(nèi)旋壞固定反

13、向單螺母式 ，它的公稱直徑是 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 Q y ，滿足要求。3.2 、傳遞效率的計(jì)算絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：tgtg ()式中： =10為摩擦角；為絲杠螺旋升角 ；已知公稱直徑 d0 =20mm ， 導(dǎo)程 ph，=5mm, 帶入螺旋角計(jì)算公式arctan ph /( d0 ) 得= 4033' 。將摩擦角 =10 帶入效率計(jì)算公式得 ：tg=0.96tg ()3 ）、穩(wěn)定性驗(yàn)算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.專業(yè)專注.軸承，故須進(jìn)

14、行穩(wěn)定性驗(yàn)算 ：Fkf k2 EI / (K l s2） Fmax式中 Fk：實(shí)際承受載荷的能力， N ；f k：壓桿穩(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；E ：鋼的彈性模量 ，E=2.1x1011Pa；I： 滾珠絲桿底徑 d 2 的抗彎截面慣性矩 ， Id 24 /64 ；K ： 壓桿穩(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 3.ls ： 為絲杠長(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 。FKX 12.1 101116.210 3414766.9N643(7 10 1)2由以上的計(jì)算可知

15、 FKXFXMAX ,FKYFYMAX ,所以絲桿滿足使用要求 ，合格 。3.4 、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： l1Fz l 0 (cm)ESY 向收到的軸向力較大，故只需計(jì)算 Y 向的剛度 ，取 Fz = FY m ax =891NSR2( 0.52DW )2 =2.1 mm22lFzl 0=8915 103=1.01 10 5 m=1.01 10 3 cm1ES2.110112.1 10 6l 1100=1.01103100 =2 m/ml 00.5E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差=15 m/m<,故滿足剛度要求 。.專業(yè)專注.4 、步進(jìn)電機(jī)的選擇初選電機(jī)的步距角為

16、：=0.75 ?/step5、齒輪計(jì)算 、設(shè)計(jì)初選電機(jī)的步距角為 ：=0.75 ?/step ，計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比 ：傳動(dòng)比：phi20.75 525ii1360 0.00512360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；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 ；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)算為 ：分度圓直徑 ： d1mz136mm ， d2 m z2 75mm ；齒頂圓直徑 ： da 1(z12ha* ) m38mm ， da 2 =77mm ；齒根圓直徑 ： df 1zh*c*)m

17、=33.5mm ， d f 2 =72.5mm ；( 1 2a2中心距 ： a=m （ z1z2 ） /2=50.5mm ；分度圓直徑 ：200；大小齒輪均采用將開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪。1、2- 薄齒輪 , 3彈簧 , 4、8凸耳 , 5調(diào)節(jié)螺釘 , 6、7螺母圖 2 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖.專業(yè)專注.6 、步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載計(jì)算6.1 、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的工作臺(tái)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw：Wl 023671.12510 612 215.35105kg m2J w2i 2=4225 2g10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：da14b1 z(3810 3

18、)42010Jz13232d a42b2 z(7710 3)42010Jz 2=323237.85106 =3.2110 5 kg m237.85106 =5.4110 5 kg m2折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js:J sdo4 Lss(20 10 3 )470010 37.8510 60.86C 10 5 kg m23232折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J eqJ wJ z112 (J sJ z2 ) (kg ·cm 2)=(5.35+3.21+1.44)10 5 kg/ m2 =10.0 10 5 kgim26.2 、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的

19、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq ，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 ?？蛰d時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 ：Wl 0(N ·m)T fi2u- 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù) ，滾動(dòng)導(dǎo)軌去 0.005；W- 工作臺(tái)垂直方向受到的切削力載荷重量；- 為考慮絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率 ，去 0.8；帶入上式計(jì)算的 :.專業(yè)專注.0.0053671.15103Tf250.011 (N ·m)20.812工作時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ： Fx , yf (WFz )l 0(N ·m)TLx , y2 i(7630.0053671.1)510 3·m)X 方向 ： Tlx =25(N·m)=0.3

20、73(N20.812Y 方向 ： Tly(8910.0053671.1)510 3·m)=25(N ·m)=0.434(N20.812TLXY MAXTLX ,TLY =0.434(N ·m)6.3 、起動(dòng)慣性阻轉(zhuǎn)矩計(jì)算 :TJJ eqm (N ·m)t式中電機(jī)轉(zhuǎn)速 m =2 nm /60, nmvmax360t- 起動(dòng)加速時(shí)間 ，取值為 0.025s；nm - - 對(duì)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;vmax - 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;- -步進(jìn)電機(jī)的步距角 ，預(yù)選電機(jī)為 0.

21、750 ；帶入相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算得 ：nmvmax25000.75 r / min 1042r / min3603600.005m =2 nm /60=107rad/s.專業(yè)專注.TJJeqm = 10.010 5 107 (N ·m)=0.428(N ·m)t0.0256.4 、步進(jìn)電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算TT fTLTJ (N ·m)=0.011+0.434+0.428(N·m)=0.873(N ·m)步進(jìn)電機(jī)的選擇 ：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 ：TqT0.3 0.5取 Tq T =2.18(N ·m)0.

22、 4步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率為：f maxvmax60pf max2500Hz =8333Hz600.005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) ，型號(hào)為 90BYG2062，電機(jī)的主要參數(shù)如下 ：表 4 90YG2062 型電機(jī)相應(yīng)參數(shù)步距角電壓電流最大靜空載 啟空載運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量型號(hào)相數(shù)/( 0)轉(zhuǎn) 矩 /動(dòng)頻 率行頻率/(Kg/V/Acm2 )（ N·m/HzHz）90BYG2062/40.75/1.100461800200004.專業(yè)專注.256.5 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核最快工進(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

23、工作速度最大為 2500mm/min ，脈沖當(dāng)量為 0.005mm ，由公式：vmax f25008334Hzf max f60Hz600.005查閱 90BYG2602 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 Tmax f3.2 N ·m ， 遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載 TLXY0.434 N ·m 滿足工作要求 。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) ：vmax f300010000 Hzfmax f60Hz600.005同理 查的 在該頻率 下的電動(dòng) 機(jī)輸出轉(zhuǎn) 矩 Tmax f2.0·N

24、 m, 大于啟 動(dòng)慣性轉(zhuǎn) 矩TJ 0.428 N ，滿足要求 。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。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J eq10.0kg cm2 ，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 J z4kgcm2 ，電動(dòng)機(jī)不帶任何負(fù)載時(shí)的空載啟動(dòng)頻率 f q =1800Hz, 計(jì)算得步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率 ：flfq=962Hz1jeqj m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

25、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 ） .專業(yè)專注.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。7 、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝配依據(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 。.專業(yè)專注.四 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1 、硬件電路總體方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)步驟 .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

26、電路的方案 ，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖 ；.選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類型；.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； .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；.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號(hào)；1.2 確定硬件電路的總體方案數(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(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。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 3數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖2 、主控制器選擇.專業(yè)專注.MCS-51 系列單片

27、機(jī)是集中 ， 端口及部分 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 。3 、鍵盤顯示接口電路設(shè)計(jì)圖4 鍵盤顯示器4 、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4.1 、光電隔離電路在步進(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 ，通常使用光電耦合器 。.專業(yè)專注.圖 5 光電隔離電路4.2 、功率放大器脈沖分配器的輸出功率很

28、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 。圖 6 ULN2803 芯片5 、其他輔助電路設(shè)計(jì)5.1 、8052 的時(shí)鐘電路內(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 1.212 之間任意選擇 ，耦合電容在 533pF 之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用 。采用外部時(shí)鐘方式時(shí) ，可將 XTAL1 直接接地 ，XTAL2 接外部時(shí)鐘源。.專業(yè)專注.圖 7 8052 時(shí)鐘電路5.2 、復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn) 。在時(shí)鐘

29、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 。圖 8 復(fù)位電路5.3 、越界報(bào)警電路為了防止工作臺(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.專業(yè)專注.檢查越界信號(hào) 。五 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1 、開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介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 ： 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和S

30、PICE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、鍵盤和 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 。 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真 。 目前支持的單片機(jī)類型有 ：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 。2 、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容.專業(yè)專注.按照功能可將控制系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾部分內(nèi)容：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

31、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) 。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。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。鍵盤操作和顯示處理程序：監(jiān)視鍵盤操作 、顯示加工程序 、操作命令等 。3 、鍵盤、顯示子程序設(shè)計(jì)3.1 時(shí)間常數(shù)的確定在步進(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 ：T103Tete10 6.專業(yè)專注.3.2 程序設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)初始化N按鍵？YKey0 按下Key1 按下Key2 按下Key3 按下Key4 按下系統(tǒng)停止d

32、irection=1direction=2direction=3direction=4等待 key0等待定時(shí)等待定時(shí)等待定時(shí)等待定時(shí)關(guān)閉器中斷器中斷器中斷器中斷送入計(jì)數(shù)初值送入計(jì)數(shù)初值送入計(jì)數(shù)初值送入計(jì)數(shù)初值輸出脈沖并計(jì)數(shù)顯示移動(dòng)位移flag 清零.專業(yè)專注.Flag=1， x 軸步進(jìn)Flag=2，x 軸步Flag=3， y 軸電機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)正Flag=4，y 軸步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn).專業(yè)專注.六、課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)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)

33、的整體思想 、CAD 軟件、 proteus 軟件、keil 軟件及相應(yīng)專業(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 。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)，

34、其一使我對(duì)本課程和本專業(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 ?？傊?，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，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 。.專業(yè)專注.參考文獻(xiàn)1 張建民 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京理工出

35、版社 ,20042 濮良貴 .記名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì) .北京 :高等教育出版社 ,20033 孫恒 .陳作摸 .機(jī)械原理 .北京 .高等教育出版社 .20134 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 .20005 王巍 ，機(jī)械制圖 ，機(jī)械工業(yè)出版社 .20006 成大先 , 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) , 機(jī)械工業(yè)出版社 .2002.7 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 ,20028 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 .20038 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.專業(yè)專注.附件#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuc