X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計+說明書+資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計+說明書+學士學位畢業(yè)論文（設計）X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計學生姓名學號專業(yè)械設計制造及其自動化班級指導教師學部機電工程學部答辯日期X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計摘要X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計是一個開環(huán)控制系統(tǒng),其結構簡單。實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度。降低成本,是微機控制技術的最簡單的應用。它充分的利用了危機的軟件硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制;使機床的加工范圍擴大,精度和可靠性進一步得到提高。X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計是利用8031單片機,及2764,6264存儲器及8

2、155芯片等硬件組成,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定的程序以實現(xiàn)一定的加工功能。其基本思想是:通過圓弧或者直線插補程序以實現(xiàn)對零件進行幾何加工,每進行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅動電機正反轉,同時通過8155(1)將相應的加工進刀信息送至刀架庫中以實現(xiàn)以之相應的走刀,電機和刀具的相對運動所以實現(xiàn)了刀具對工件的加工。該控制系統(tǒng)采用軟件中斷控制系統(tǒng)結構及子程序結構簡單，條件明確在經(jīng)濟型數(shù)控中應用較多。中斷結構采用模塊化結構設計因為這種結構便于修改和擴充，編制較為方便，便于向多處理方向發(fā)展。X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計采用步進電機作為驅動裝置。步進電機是一個將脈沖信號轉移成角位移的機電式數(shù)模轉換器裝置

3、。其工作原理是：每給一個脈沖便在定子電路中產(chǎn)生一定的空間旋轉磁場；由于步進電機通的是三相交流電所以輸入的脈沖數(shù)目及時間間隔不同，轉子的旋轉快慢及旋轉時間的長短也是不同的。由于旋轉磁場對放入其中的通電導體既轉子切割磁力線時具有力的作用，從實現(xiàn)了旋轉磁場的轉動迫使轉子作相應的轉動，所以轉子才可以實現(xiàn)轉子帶動絲杠作相應的運動。本題目是步進電機，微型計算機，插補原理，匯編語言的綜合應用，本題目設計得到了老師的幫助和支持，最后由董玉紅老師審定，在此表示感謝。本題目由方世龍完成，共分六章，第一章主要設計總體方案設計第二章主要設計了機械系統(tǒng)設計；第三章主要設計了控制系統(tǒng)硬件設計；第四章主要設計控制系統(tǒng)軟件設

4、計；第五章主要是本設計的附錄。因本人水平有限，錯誤和不足之處在所難免，處理問題也有不妥之處，敬請相關老師批評指正。關鍵詞：X-Y數(shù)控工作臺；機電系統(tǒng)；微型計算機；6264存儲器X-YNCWorktableMechatronicsSystemDesignAbstractCNCXYtableisamechanicalandelectricalsystemsdesignopen-loopcontrolsystem,itsstructureissimple.Realizationofconvenienceandcanguaranteeacertainaccuracy.Reducecosts,compu

5、tercontroltechnologyisthemostsimpleapplication.ItfulluseofthesoftwarehardwarecrisisToachievethefunctionsofthemachinecontrol;toexpandthescopeoftheprocessingmachinetools,precisionandreliabilityhasbeenfurtherimproved.XYNCtableistheuseofmechanicalandelectricalsystemsdesignSCM8031,2764,6264and8155andmemo

6、rychipsandotherhardwarecomponents,Inthecontrolsystemofhardwareonthepreparationofcertainproceduresinordertoachieveacertainprocessingfunctions.Thebasicideais:circularorlinearinterpolationprocedurestoachievethegeometryofthepartsforprocessing,everysectionoftheprocessingshouldhaveacertainimpulsetoElectri

7、cdrivespositiveand,through8155(1)correspondingtotheprocessingofinformationsenttotheturretintotheknifeinordertoachievethecorrespondinggototheknife,theelectricalandtooltoachievetherelativemovementofthetoolsotheprocessingoftheworkpiece.Thecontrolsystemusessoftwareinterruptcontrolsystemstructureandsubro

8、utineissimple,clearintheeconomicconditionsintheapplicationofNCmore.Disruptionofamodularstructurebecausesuchastructuredesignedtofacilitaterevisionandexpansion,theestablishmentofmoreconvenient,easytohandleandmoredirection.CNCXYtabledesignedbymechanicalandelectricalsystemsasasteppingmotor-drivendevices

9、.SteppermotorisapulsewillbetransferredintoangulardisplacementoftheElectricalandMechanical-DACdevices.Itsworkingprincipleis:eachtoapulseinthestatorcircuitwillhaveacertainspaceinrotatingmagneticfield;becauseofthesteppermotoristhethree-phaseAC-soenterthenumberofpulsesanddifferenttimeintervals,therotati

10、onspeedoftherotorandthelengthofrotationAredifferent.Astherotatingmagneticfieldintowhichboththerotorcuttingelectricityconductorwhenamagneticlineofforce,toachievearotatingmagneticfieldfromtheforcerotationforthecorrespondingrotorrotation,therotorcanachieverotorleadscrewforthecorrespondingmovement.Thist

11、opicisthesteppermotor,micro-computers,interpolationprinciple,thecomprehensiveapplicationofassemblylanguage,thistopichasbeendesignedwiththehelpofteachersDONGYu-hongandsupport,thefinalauditedbyDONGYu-hongteacher,expressedthanksforthis.ThissubjectbyFangLongcompleted,isdividedintosixchapters,Chapter1ove

12、ralldesignofthemaindesignChapterIIofthemechanicaldesignsystemdesign;ChapterIIIofthemaindesignofthecontrolsystemhardwaredesign;ChapterIVofthemaincontrolsystemdesignsoftwaredesign;Chapter5isthedesignoftheappendix.Ilevelbecauseofthelimitedmistakesandinadequaciesoftheinevitableanddealwiththeproblemhasit

13、sdrawbacks,pleaserelatedtotheteachercriticizedthecorrection.Keywords：X-YNCWorktable;Mechatronicssystem;micro-computers;6264memory目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc30372X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計PAGEREF_Toc30372IHYPERLINKl_Toc17276摘要PAGEREF_Toc17276IHYPERLINKl_Toc32265AbstractPAGEREF_Toc322652HYPERLINKl_Toc5781X-Y數(shù)控工作臺機

14、電系統(tǒng)設計PAGEREF_Toc57811HYPERLINKl_Toc12806第1章緒論PAGEREF_Toc128061HYPERLINKl_Toc141801.1兩坐標數(shù)控系統(tǒng)課題研究意義PAGEREF_Toc141801HYPERLINKl_Toc193051.2兩坐標系數(shù)控工作臺課題研究主要內(nèi)容PAGEREF_Toc193051HYPERLINKl_Toc249471.2.1兩坐標系系統(tǒng)的組成PAGEREF_Toc249471HYPERLINKl_Toc11703第2章機械系統(tǒng)設計PAGEREF_Toc117031HYPERLINKl_Toc203992.1工作臺外形尺寸及重量估算P

15、AGEREF_Toc203991HYPERLINKl_Toc32682第3章控制系統(tǒng)硬件設計PAGEREF_Toc3268210HYPERLINKl_Toc285483.1CPU板PAGEREF_Toc2854810HYPERLINKl_Toc72383.2驅動系統(tǒng)PAGEREF_Toc723813HYPERLINKl_Toc281643.2.1步進電機驅動電路和工作原理PAGEREF_Toc2816413HYPERLINKl_Toc305233.2.3電源轉換PAGEREF_Toc3052315HYPERLINKl_Toc201983.4本章小節(jié)PAGEREF_Toc2019816HYPER

16、LINKl_Toc277第4章控制系統(tǒng)軟件設計PAGEREF_Toc27717HYPERLINKl_Toc305034.1總體方案PAGEREF_Toc3050317HYPERLINKl_Toc16674.2主流程圖PAGEREF_Toc166717HYPERLINKl_Toc321024.3INT0中斷服務流程圖PAGEREF_Toc3210218HYPERLINKl_Toc65884.4INT1中斷服務流程圖PAGEREF_Toc658819HYPERLINKl_Toc235564.2.2X軸電機點動正轉程序流程圖PAGEREF_Toc2355623HYPERLINKl_Toc190434

17、.4.3繪制圖弧程序流程圖PAGEREF_Toc1904324HYPERLINKl_Toc75714.4.4步進電機步進一步程序流程圖PAGEREF_Toc757129HYPERLINKl_Toc20304結論PAGEREF_Toc2030431HYPERLINKl_Toc26018參考文獻PAGEREF_Toc2601832HYPERLINKl_Toc22460致謝PAGEREF_Toc2246033HYPERLINKl_Toc22460附錄PAGEREF_Toc2246034X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計第1章緒論1.1兩坐標數(shù)控系統(tǒng)課題研究意義X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計是一個開環(huán)控制系統(tǒng)

18、,其結構簡單.實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度.降低成本,是微機控制技術的最簡單的應用.它充分的利用了危機的軟件硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制;使機床的加工范圍擴大,精度和可靠性進一步得到提高.1.2兩坐標系數(shù)控工作臺課題研究主要內(nèi)容X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計是利用8031單片機,及2764,6264存儲器及8155芯片等硬件組成,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定的程序以實現(xiàn)一定的加工功能.其基本思想是:通過圓弧或者直線插補程序以實現(xiàn)對零件進行幾何加工,每進行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅動電機正反轉,同時通過8155(1)將相應的加工進刀信息送至刀架庫中以實現(xiàn)以之相應的走刀,電機和刀具的相對運動所以實

19、現(xiàn)了刀具對工件的加工。1.2.1兩坐標系系統(tǒng)的組成經(jīng)濟型數(shù)控機床驅動電機采用步進電機，多數(shù)采用開環(huán)控制，需要選擇和計算主要機械傳動部件，如滾珠絲杠，螺母副和步進電機等，繪制機床進給傳動機構裝配圖，繪制單片機控制系統(tǒng)的硬件線路圖。第2章機械系統(tǒng)設計2.1工作臺外形尺寸及重量估算X向拖板（上拖板）尺寸：長寬高14516050重量：按重量=體積材料比重估算NY向拖板（下拖板）尺寸：重量：約90N。上導軌座（連電機）重量：夾具及工件重量：約150N。X-Y工作臺運動部分的總重量：約287N。2.2滾動導軌的參數(shù)確定導軌是數(shù)控機床的重要部件之一，它在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度，精度與精度保持性。目前的

20、數(shù)控機床采用導軌形式的主要有：滑動導軌，滾動導軌，靜壓導軌三類。滑動導軌滑動導軌主要有：金屬對金屬，金屬對塑料，后者較為常用。后者的化學穩(wěn)定性好，摩擦系數(shù)抵，靜摩擦系數(shù)小，耐磨損，耐腐蝕，吸振性好，比重小，強度大，加工成型簡單，能在任何液體或者無潤滑條件下工作。其缺點是：耐熱性差，導熱率低，須注意散熱，剛性也比較差，吸濕性大易影響尺寸的穩(wěn)定，應選用在水或者油中尺寸穩(wěn)定且能耐酸和弱堿的塑料。滾動導軌1滾動導軌的技術要求兩導軌面見的不平行度不小于3m導軌平面度不小于5m滾動體的直徑差一般機床全部滾動體為2m。每組滾動體為1m；精密機床全部滾動體為1m，每組滾動體為0，5m。滾柱的錐度：0，5-1m

21、。表面粗糙度：普通機床，磨削不抵于0，40（m），精密機床磨削不抵于0，20（m）滾動導軌的結構形式按滾動體種類分，可有以下幾種；滾珠導軌。這種導軌的承載能力小，剛度低。導軌面上容易出現(xiàn)凹坑，但對加工精度影響不大，其材料一般為淬火鋼。滾柱導軌。它的承載能力比上述的大，適合載荷較大的機床，但滾柱導軌對安裝的偏斜較為靈敏，易引起側移和側向滑動從而使導軌磨損加快或者降低精度。滾針導軌。這種導軌的特點是尺寸小，結構緊湊。合適導軌受限的機床。動導軌的支承在數(shù)控機床上使用的滾動導軌有兩種形式；滾動滑塊式滾柱導軌和組裝式直線滾針導軌。靜壓導軌這樣導軌的優(yōu)點是：工作表面完全處于純液體摩擦狀態(tài)下，所以其摩擦系數(shù)

22、極低，能使驅動功率降低；導軌的運動不受負載和速度的限制，且低速時運動均勻，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。使用的壽命小?？拐裥院?；承載能力大；摩擦發(fā)熱小，導軌的溫升小。它的結構形式有開式和閉式兩種。、導軌型式：圓形截面滾珠導軌、導軌長度=1*GB3上導軌（X向）取動導軌長度動導軌行程支承導軌長度=2*GB3下導軌（Y向）選擇導軌的型號：GTA16、直線滾動軸承的選型=1*GB3上導軌=2*GB3下導軌由于本系統(tǒng)負載相對較小，查表后得出LM10UUOP型直線滾動軸承的額定動載荷為370N，大于實際動負載；但考慮到經(jīng)濟性等因素最后選擇LM16UUOP型直線滾動軸承。并采用雙排兩列4個直線滾動軸承來實現(xiàn)滑動平臺的支

23、撐。=4*GB2、滾動導軌剛度及預緊方法當工作臺往復移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發(fā)生變化，受力大的滾動體變形大，受力小的滾動體變形小。當導軌在位置時，兩端滾動體受力相等，工作臺保持水平；當導軌移動到位置或時，兩端滾動體受力不相等，變形不一致，使工作臺傾斜角，由此造成誤差。此外，滾動體支承工作臺，若工作臺剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會使工作臺下凹（有時還可能出現(xiàn)波浪形），影響導軌的精度。2.3滾珠絲杠的設計計算滾珠絲杠的負荷包括銑削力及運動部件的重量所引起的進給抗力。應按銑削時的情況計算。、最大動負載Q的計算查表得系數(shù)，壽命值查表得使用壽命時間T=15000h，初選絲杠螺

24、距t=4mm，得絲杠轉速所以X向絲杠牽引力Y向絲杠牽引力所以最大動負荷X向Y向查表，取滾珠絲杠公稱直徑，選用滾珠絲杠螺母副的型號為SFK1004，其額定動載荷為390N，足夠用。、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計算表2-1滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)名稱符號計算公式和結果螺紋滾道公稱直徑10螺距接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）見表2-1。、傳動效率計算式中：摩擦角；絲杠螺紋升角。、剛度驗算滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量Y向所受牽引力大，故應用Y向參數(shù)計算所以絲杠因受扭矩而引起的導程變化量很小，可以忽略。所以導程總誤差查表知

25、E級精度的絲杠允許誤差，故剛度足夠。、穩(wěn)定性驗算由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗算。2.4步進電機的選用步進電動機又稱脈沖電動機或為階躍電動機，目前，隨著電子技術，控制技術以及電動機本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)的電機分類的間界面越來越模糊；步進電動機的傳動定義為：根據(jù)輸入的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角落，若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定的狀態(tài)而靜止；廣義的定義為，步進電動機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電動機，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉速與控制脈沖頻率同步的電動機。步進電動機的機理是基于最基本的電磁鐵作用，其原始模型起源于1830年至1860年間。在20世紀60年代后期，隨著永

26、磁材料的發(fā)展，各種實用型的步進電動機應運而生，半導體的發(fā)展使得步進電動機得到了廣泛的應用。我國的步進電動機開始于21世紀50年代后期，其發(fā)展過程大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段從50年代后期到60年代后期主要是高等院校和科研機構開發(fā)并使用少量的步進電機，以多段結構三相反應式步進電動機為主；第二階段，70年代初期反映在步進電機的生產(chǎn)和研究發(fā)展到了一個水平；第三階段，70年代中期至80年代后期新產(chǎn)品種高性能電動機層出不窮，各種混合式步進電動機及驅動器作為產(chǎn)品得到廣泛應用。步進電動機的特點步進電機有三大部分組成：步進電動機本體，步進電動機控制器及步進電動機驅動器。其特點如下：用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，

27、整個系統(tǒng)簡單廉價。位移與輸入脈沖數(shù)相對應，步距誤差不長期積累，可以組成結構簡單又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。無刷，電動機本體部件少，可靠性高。抑郁啟動正反轉和變速停止，影響性好。5）平滑性好，步距角選擇范圍大，停止時可有自鎖能力、步進電機的步距角取系統(tǒng)脈沖當量，初選步進電機步距角。、步進電機啟動力矩的計算設步進電機等效負載力矩為T，負載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負載力做功有如下關系式中：電機轉角；移動部件的相應位移；機械傳動效率。若取，則，且，所以式中：移動部件負載（N）；G移動部件重量（N）；與重量方向一致的作用在移動部件上的負載力（N）；導軌摩

28、擦系數(shù)；步進電機步距角，（rad）；T電機軸負載力矩（）本例中，?。ù慊痄摑L珠導軌的摩擦系數(shù)），為絲杠牽引力，?？紤]到重力影響，Y向電機負載較大，因此取，所以若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動力矩取安全系數(shù)為0.3，則對于工作方式為三相六拍的三相步進電機、步進電機的最高工作頻率查表選用兩個45BF005-型步進電機。電機的有關參數(shù)見表2-2。表2-2步進電機參數(shù)型號主要技術數(shù)據(jù)外形尺寸重量步距角最大靜轉距最高空載啟動頻率()相數(shù)電壓電流外徑長度軸徑45BF005-1519.630003272.545584112.5確定齒輪傳動比因步進電機步距角，滾珠絲杠螺距，要實現(xiàn)脈沖當量，在傳動系統(tǒng)中

29、應加一對齒輪降速傳動。齒輪傳動比選，2.6確定齒輪模數(shù)及有關尺寸因傳遞的扭距較小，取模數(shù)，齒輪有關尺寸見表3-3。2.7步進電機慣性負載的計算表2-3齒輪尺寸1728171914.55283025.5517.5根據(jù)等效轉動慣量的計算公式，得式中：折算到電機軸上的慣性負載（）；步進電機轉軸的轉動慣量（）；齒輪的轉動慣量（）；齒輪的轉動慣量（）；滾珠絲杠的轉動慣量（）；M移動部件質(zhì)量（）。對材料為鋼的圓柱零件轉動慣量可按下式估算式中：D圓柱零件直徑（cm）；L零件長度（cm）。所以電機軸轉動慣量很小，可以忽略，則因為，所以慣性匹配比較符合要求。第3章控制系統(tǒng)硬件設計3.1CPU板3.1.1CPU的

30、選擇隨著微電子技術水平的不斷提高，單片微型計算機有了飛躍的發(fā)展。單片機的型號很多，而目前市場上應用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應用最廣的8位單片機89C51，價格低廉，而性能優(yōu)良，功能強大。在一些復雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機，MCS-96系列單片機廣泛應用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實時處理的控制系統(tǒng)，它具有較強的運算和擴展能力。但是定位合理的單片機可以節(jié)約資源，獲得較高的性價比。從要設計的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機需要拓展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，無疑提高了設計價格，而選用高性能的16位MCS-96又顯得過于浪費。生產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機的廠家有In

31、tel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生產(chǎn)領域ATMEL公司的工藝和封裝技術一直處于領先地位。ATMEL公司的AT89系列單片機內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器，在程序開發(fā)過程中可以十分容易的進行程序修改，同時掉電也不影響信息的保存；它和80C51插座兼容，并且采用靜態(tài)時鐘方式可以節(jié)省電能。因此硬件CPU選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產(chǎn)品，9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器，S表示含有串行下載Flash存儲器。AT89S51的性能參數(shù)為：Flash存儲器容量為4KB、16位定時器2個、中斷源6個（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷0、外部中斷1、定時器0和定時器1中斷）、RAM為128

32、B、14位的計數(shù)器WDT、I/O口共有32個。3.1.2CPU接口設計CPU接口部分包括傳感器部分、傳動驅動部分、人機交互界面三部分。示意圖如下所示：（行程開關）前向通道傳動驅動（電磁鐵）（步進電機）人機界面?zhèn)鞲衅鰽T89S51（鍵盤、LED）后向通道圖3-1CPU外部接口示意圖AT89S51要完成的任務：（1）將行程開關的狀態(tài)讀入CPU，通過中斷進行處理，它的優(yōu)先級別最高。（2）通過程序實時控制電機和電磁鐵的運行。（3）接受鍵盤中斷指令，并響應指令，將當前行程開關狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應到LED上，實現(xiàn)人機交互作用。由于AT89S51只有P1口和P3口是準雙向口，但P3口主要以第二功能為主，并且在

33、系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進行I/O擴展?？紤]到電路的簡便性和可實現(xiàn)性，實際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的8155，所以AT89S51的I/O口線分配如下：（1）P1.0-P1.5控制X-Y兩個方向步進電機的A、B、C線圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正轉模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反轉模式。（2）P1.6口輸出控制電磁鐵的吸合。（3）P3.2和P3.3兩個中斷源中INT0優(yōu)先級最高，它讀入行程開關的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點動、復位、圓弧插補開關的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。（4）P0.0-P0.7外部I/O擴展的數(shù)據(jù)讀取。（5）P2.7和P2.6決定8155的PA

34、、PB、PC口的地址。P1.0-P1.2驅動1X步進電機驅動2Y步進電機P1.3-P1.5P1.6驅動3P3.2外部中斷1P3.3外部中斷2P0.0-P0.7AD0AD7P2.7CEP2.6IO/MPB口PA口PC口AT89S51鍵盤電磁鐵8155圖3-2AT89S51控制系統(tǒng)圖PB口接LED反映當前運行的8個狀態(tài)：X+禁止、X-禁止、Y+禁止、Y-禁止、手動X+運行、手動X-運行、手動Y+運行、手動Y-運行。PA口低四位反映觸發(fā)中斷1的4個行程開關的狀態(tài)。PC口低6位反映了觸發(fā)中斷2的手動X+運行、手動X-運行、手動Y+運行、手動Y-運行、復位（RST）、圓弧插補6個開關的狀態(tài)。3.2驅動系

35、統(tǒng)傳動驅動部分包括步進電機的驅動和電磁鐵的驅動，步進電機須滿足快速急停、定位和退刀時能快速運行、工作時能帶動工作臺并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運行。在定位和退刀時電磁鐵吸合使繪筆抬起，繪圖時能及時釋放磁力使筆尖壓下。3.2.1步進電機驅動電路和工作原理步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設計時的脈沖當量為0.01mm，步進電機每走一步，工作臺直線行進0.01mm。步進電機驅動電路中采用了光電偶合器，它具有較強的抗干擾性，而且具有保護CPU的作用，當功放電路出現(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。圖3-4步進電機驅動電路圖該電路中的功放電路是一個單電壓功率

36、放大電路，當A相得電時，電動機轉動一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機發(fā)熱厲害被燒壞。由于步進電機采用的是三相六拍的工作方式（三個線圈A、B、C），其正轉的通電順序為：A-AB-B-BC-C-CA-A，其反轉的通電順序為：A-AC-C-CB-B-BA-A。步進時鐘A相波形B相波形C相波形圖3-5三相六拍工作方式時相電壓波形（正轉）3.2.2電磁鐵驅動電路該驅動電路也采用了光電偶合器，但其功放電路相對簡單。其光電偶合部分采用的是達林

37、頓管，因為驅動電磁鐵的電流比較大。3.2.3電源轉換兩電機同時工作再加上控制系統(tǒng)用電，所需電源容量比較大，需要選擇大容量電源。此系統(tǒng)中用到的電源電壓為27V、12V、5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標準的27V電源作為基準，通過芯片進行電壓轉換得到所需的12V和5V電壓。圖3-7電源轉換電路圖電路中在轉換芯片的前后有兩個電容，前面電容起防止自激作用，后面電容起濾波作用。此外，在具體應用的過程中，LM7805必須加上散熱片。3.3傳感器和人機界面由于步進電機不需要反饋電路，但是要注意工作臺不能超過最大行程。因此，必須在X、Y軸的方向各加上兩個行程開關。這里行程開關作用有兩個：（1）防止

38、工作臺超過最大行程，使電機損壞（2）可以用與定位。所以這4個行程開關就充當了傳感器。人機界面設計的準則就是要有良好的人機交互能力，一般要求操作簡便，界面簡潔明了。此系統(tǒng)中共有9個LED，LED1燈亮表示X軸負方向禁止通行，LED2燈亮表示X軸正方向禁止通行，LED3燈亮表示Y軸負方向禁止通行，LED4燈亮表示Y軸正方向禁止通行，LED5燈亮表示手動使工作臺向X軸負方向通行，LED6燈亮表示手動使工作臺向X軸正方向通行，LED7燈亮表示手動使工作臺向Y軸負方向通行，LED8燈亮表示手動使工作臺向Y軸正方向通行，LED9亮表示系統(tǒng)通電運行。界面上的7個按扭意義為：按扭1是通斷電開關，按扭2是向X軸

39、負方向運行的點動開關，按扭3是向X軸正方向運行的點動開關，按扭4是向Y軸負方向運行的點動開關，按扭5是向Y軸正方向運行的點動開關，按扭6是復位開關，按扭7是執(zhí)行繪制圓弧開關。圖3-8人機界面圖3.4本章小節(jié)本章著重介紹了數(shù)控工作臺控制系統(tǒng)的硬件設計。CPU板介紹了CPU的選擇及其外圍的接口設計和控制流程；驅動系統(tǒng)介紹了步進電機和電磁鐵的驅動電路設計；此外還敘述了人機界面各個按扭和LED的意義。第4章控制系統(tǒng)軟件設計4.1總體方案對于AT89S51的程序設計，由于所需實現(xiàn)的功能較簡單，采用匯編的形式。編譯器采用Keil7.02b。該編譯器是51系列單片機程序設計的常用工具，既可用匯編，也支持C語

40、言編譯。同時具有完善的調(diào)試功能。4.2主流程圖上電復位P1.6=0，吸合電磁鐵，繪筆抬起外部中斷，8155初始化開外部中斷，開總中斷等待中斷圖4-1主程序流程圖CTLEQU3FF8HPAEQU3FF9HPBEQU3FFAHPCEQU3FFBHCMDEQU02HORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINT0IS；外部中斷0入口ORG000BHAJMPTM0IS；定時器0中斷入口ORG0013HAJMPINT1IS；外部中斷1入口ORG001BHAJMPTM1IS；定時器1中斷入口ORG0100HMAIN：ANLP1，0EFHSETBIT0；外中斷負跳沿觸發(fā)SETBIT1MOVA

41、，CTLMOVDPTR，AMOVXDPTR，CMD；A口輸入，B口輸出，C口輸入SETBEX0；允許外中斷0SETBEX1；允許外中斷1SETBPX0SETBPX1；設置優(yōu)先級SETBEA；開總中斷LOOP：AJMPLOOP；等待中斷圖4-2中斷服務流程圖在等待中斷的過程中，如果有中斷到來，先檢查中斷0的狀態(tài)，是中斷0則進入中斷0的中斷服務INT0IS，是中斷1則進入中斷1的中斷服務INT1IS。中斷服務0是由4個行程開關觸發(fā)的，它觸發(fā)后通過單片機讀取PA口內(nèi)容，然后將結果反饋到PB口的LED上。中斷服務1有6個中斷源，這六個中斷源分別是手動X正方向運行，手動X負方向運行，手動Y正方向運行，手

42、動Y負方向運行，復位和繪制圓弧。4.3INT0中斷服務流程圖NT0IS：PUSHACCPUSHDPTLPUSHDPTHPUSHPSWMOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，DPTR；讀PA口內(nèi)容MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR,AMOVDPTR,R2MOVA，R2CPLA；A取反ANLA，#03H；屏蔽高6位JZA，TM2CSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2TM2C：MOVA，R2CPLAANLA，#0CHJZA，RETINSETBP1.3SETBP1.4SETBP1.5RETIN：POPPSWPOPDPTHPOPDPTLPOPACCRETI4.4INT1中斷服務流

43、程圖中斷服務流程圖如下圖4-3服務中斷圖INT1IS：CLREX1JNBACC.1，X-ENPUSHACCJNBACC.2，Y+ENPUSHPSWJNBACC.3，Y-ENPUSHDPTLJNBACC.5，ARCPUSHDPTHLOOP1：POPDPTHCLRP1.6POPDPTLMOVA，PCPOPPSWMOVDPTR，APOPACCMOVXA，DPTR；讀PC口內(nèi)容SETBEX1MOVR1，ARETIANLR1，#0FHMOVA，PBMOVDPTR，AMOVA，DPTR；讀PB口內(nèi)容ANLA，#0FHSWAPAORLA，R1MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR，AMOVXDPTR，R

44、2；數(shù)據(jù)輸入PB口INCDPTLMOVA，DPTRJNBACC.4，RSTJNBACC.0，X+EN4.4.1復位程序流程圖復位程序流程圖圖4-4DIRXEQU30HDIRYEQU31HRST：CLRP1.6RPA：MOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，DPTR；讀PA口內(nèi)容JNBACC.0，ACC2MOVDIRX，#00H；表X電機反轉ACALLXMOTOR0；X電機反轉一步ACC2：JNBACC.2，LOOP0MOVDIRY，#00H；表Y電機反轉ACALLYMOTOR0；Y電機反轉一步AJMPRPALOOP0：AJMPLOOP14.2.2X軸電機點動正轉程序流程圖圖4-2正轉流程圖

45、X+EN：CLRP1.6MOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，DPTRJNBACC.0，LOOP2MOTOR0：MOVDIRX，#01HACALLXMOTOR0MOVA，PCMOVDPTR，AMOVA，DPTRJNBACC.0，MOTOR0LOOP2：AJMPLOOP1這是X軸電機點動正轉的程序，其他的X軸電機點動反轉、Y軸電機點動正轉、Y軸電機點動反轉依次類推。4.4.3繪制圖弧程序流程圖圖4-6逐點比較法畫圓弧逐點比較法原理：假設所畫圓弧在第一象限，圓心坐標為（0，0），圓弧上點的坐標為（X，Y），圓弧半徑為R，每一點的坐標偏差為F=X*X+Y*Y-R*R，若F0，應沿X軸負方向走一

46、步，此時FX=（X-1）*（X-1）+Y*Y-R*R=F-2X+1，X=X-1；若F0，應沿Y軸正方向走一步，此時FY=X*X+（Y-1）*（Y-1）-R*R=F+2Y+1，Y=Y+1。插補程序見附錄。；/*圓弧插補程序*/XLEQU18HXHEQU19HYLEQU28HYHEQU29HYeLEQU2AHYeHEQU2BHFLEQU2CHFHEQU2DHARC：MOVXL#0E8HMOVXH#03HMOVYL#00HMOVYH#00HMOVYeL#0E8HMOVYeH#03HMOVFL#00HMOVFH#00HLP1：MOVA，F(xiàn)HJNBACC.7，X0；LCALLYMOTOR1；+Y一步MO

47、VR2，YHMOVR3，YLMOVR4，YHMOVR5，YLACALLBADD；算Y+YMOVR2，F(xiàn)HMOVR3，F(xiàn)LMOVR4，R6MOVR5，R7ACALLBADD；算F+2YINCR7MOVFH，R6MOVFL，R7INCYLCMP1：CJNEYH，#03H，LP1CJNEYL，#0E8H，LP1LJMPLOOP1XO：ACALLXMOTOR0；-X一步MOVR2，XHMOVR3，XLMOVR4，XHMOVR5，XLACALLBADD；算X+XMOVR2，F(xiàn)HMOVR3，F(xiàn)LMOVR4，R6MOVR5，R7ACALLBSUB；算F-2XINCR7MOVFH，R6MOVFL，R7DECX

48、LAJMPCMP1；/*帶符號加減法程序*/BSUB：MOVA，R4CPLACC.7MOVR4，ABADD：MOVA，R2MOVC，ACC.7MOVF0，CXRLA，R4MOVC，ACC.7MOVA，R2CLRACC.7MOVR2，AMOVA，R4CLRACC.7MOVR4，AJCJIANJIA：MOVA，R3ADDA，R5MOVR7，AMOVA，R2ADDCA，R4MOVR6，AQWE：MOVC，F(xiàn)0MOVACC.7，CMOVR4，ARETJIAN：MOVA，R3CLRCSUBBA，R5MOVR7，AMOVA，R2SUBBA，R4MOVR6，AJNBACC，7，QWEBMP：MOVA，R7C

49、PLAADDA，#1MOVR7，AMOVA，R6CPLAADDCA，#0MOVR6，ACPLF0SJMPQWE/*模擬實驗程序*/ORG0000HAJMPSTARTORG0100HSTART:MOVR6,#10HLOOP1:MOVR5,#00HLOOP0:MOVA,R5MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRCPLAMOVP2,AACALLDELAYACALLDECLLOOP2:INCR5MOVA,R5CJNEA,#08H,LOOP0AJMPLOOP1DELAY:MOVA,R6MOVR4,ALP2:MOVR3,#080HLP1:MOVR2,#040HLP0:NOPDJNZR2,LP0D

50、JNZR3,LP1DJNZR4,LP2RETDECL:DJNZR6,LOOP2MOVR6,#01HRETTAB:DB01HDB03HDB02HDB06HDB04HDB0CHDB08HDB09HEND4.4.4步進電機步進一步程序流程圖圖4-7步進電機步進一步程序流程圖DEFEQU12HSJMPLP3MOVDEF，#00HTAB：DBFEHXMOTOR1：JNEDIRX，#01H，XMOTOR0DBFCHJNEDEF，#05H，LP2DBFDHCLRDEFDBF9HLP2：MOVA，DEFDBFBHINCDEFDBFAHLP3：MOVDPTR，#TABMOVCA，A+DPTRANLP1，AACA

51、LLDELAYRETXMOTOR0：JNEDEF，#00H，LP4MOVA，#05HMOVDEF，ALP4：MOVA，DEFDECDEF結論一種經(jīng)濟型數(shù)控機床的控制系統(tǒng)，包括機床伺服系統(tǒng)和對該伺服系統(tǒng)進行控制的；其特征在于，還包括通過通信接口與通信的觸摸屏，所述觸摸屏包括：數(shù)據(jù)輸入模塊，用于輸入、修改被控參數(shù)的參數(shù)值和操作指令，讀取觸摸屏的操作界面；數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲輸入、輸出數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理計算模塊，用于對輸入、輸出參數(shù)數(shù)據(jù)進行處理、計算；包括輸入信號的編碼運算；輸出信號的解碼運算；所述包括：數(shù)據(jù)移位單元，用于根據(jù)操作指令分別把內(nèi)部高速記數(shù)脈沖值、數(shù)據(jù)存儲模塊數(shù)據(jù)值、控制代碼參數(shù)值實時移位

52、到編程分配的數(shù)據(jù)塊中；數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲移位單元傳遞來的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)檢測單元，用于實時檢測坐標軸的當前運動狀態(tài)參數(shù)值，包括距離、速度值，以及控制方式參數(shù)值；數(shù)據(jù)比較單元，用于將檢測單元檢測到的坐標軸當前運動狀態(tài)參數(shù)值、控制方式參數(shù)值與觸摸屏存儲模塊的設定值進行比較；數(shù)據(jù)計算單元，用于根據(jù)比較結果計算出控制信號的值，即記數(shù)脈沖的數(shù)量值；控制方式確定單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)檢測單元檢測到的控制方式數(shù)據(jù)，確定正、反轉操作和定位方式；控制信號輸出單元，用于輸出確定了控制方式的方向脈沖和速度大小的記數(shù)脈沖信號。參考文獻1鄭學堅.周斌.微型計算機原理及應用.清華大學出版社,20032李廣弟.朱月秀.王秀山.單

53、片機基礎.北京航空航天大學出版社,20013房小翠.單片微型計算機與機電接口技術.國防工業(yè)出版社,20024王小明.電動機的單片機控制.北京航空航天大學出版社,20025李建勇.機電一體化技術.科學出版社.20046王愛玲，白恩遠，趙學良.現(xiàn)代數(shù)控機床.國防工業(yè)出版社,20017徐灝.機械設計手冊（3）.機械工業(yè)出版社,20038張建民.機電一體化系統(tǒng)設計.北京理工出版社,20049徐灝等.機械設計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,200010濮良貴,記名剛.機械設計M.北京:高等教育出版社,200311吳振彪.機電綜合設計指導M.湛江:湛江海洋大學,199912楊入清.現(xiàn)代機械設計系統(tǒng)與結構M.

54、上海:上海科學技術文獻出版社,2000致謝本論文是在董玉紅老師的精心指導下完成的。首先衷心感謝董老師在我攻讀大學期間，在學習和生活上給予我無微不至的關懷。從課題的確定到研究方法的選擇都給了我悉心的指導。董老師嚴于律己、寬于待人的處事態(tài)度，淵博的學識，敏銳的洞察力，嚴謹治學的作風和精益求精的精神以及踏實勤懇的工作精神都給我留下了深刻的印象，這些無疑將成為我受益終生的寶貴財富。在我畢業(yè)課題的設計中，老師富于創(chuàng)造性的想法給予我很多的啟發(fā)和幫助，使我能順利完成課題的研究和論文的撰寫，也順利地完成了大學階段的學業(yè)。在本論文即將結稿時，向導師表示最衷心的感謝。同時也感謝實驗室的各位老師、師兄和師弟在學習工

55、作上的默契配合和大力支持。附錄NumericalcontroltechnologyandequipmenttrendofdevelopmentandcountermeasureTheequipmentindustrytechnicallevelandthemodernizeddegreeweredecidingtheentirenationaleconomylevelandthemodernizeddegree,thenumericalcontroltechnologyandtheequipmentarethedevelopmentemerginghightechnologyandnewtec

56、hnologyindustryandthestate-of-artindustry(forexampledefenseindustryindustriesandsooninformationtechnologyandindustry,biologicaltechnologyandindustry,aviation,astronautics)enablesthetechnologyandthemostbasicequipment.Marxhadsaid“eachkindofeconomicaltimedifference,doesnotlieinproducesany,buthowliesinp

57、roduces,withanymeansoflaborproduction”.Thetechniqueofmanufactureandtheequipmentisthehumanityproducesactivethemostbasicproducergoods,butthenumericalcontroltechnologyalsoisadvancednowthetechniqueofmanufactureandtheequipmentmostcoretechnology.Nowthevariouscountriesmanufacturingindustrywidelyusesthenume

58、ricalcontroltechnology,sharpensthemanufacturingcapacityandthelevel,enhancestothedynamicchangeablemarketadaptivenessandcompetitiveability.Inadditionintheworldvariousindustriesdevelopedcountryalsolistsasthenationalstrategicresourcesthenumericalcontroltechnologyandthenumericalcontrolequipment,notonlyta

59、kesthesignificantmeasuretodevelopownnumericalcontroltechnologyandtheindustry,moreoverimplementstheblockadeandthelimitpolicyin“preciseandadvanced”thenumericalcontrolkeytechnologiesandtheequipmentaspecttoourcountry.Inbrief,developsvigorouslytakethenumericalcontroltechnologyhasbecometheworldeachdevelop

60、edcountryaccelerationeconomydevelopmentasthecoreadvancedtechniqueofmanufacture,enhancesthecomprehensivenationalstrengthandthenationalstatusimportantway.Thenumericalcontroltechnologyiscarriesonthecontrolwiththenumericalinformationtothemechanicalmovementandtheworkprocessthetechnology,thenumericalcontr