畢業(yè)論文文章畢業(yè)設計

1、哈爾濱理工大學學士學位論文PAGE II- - PAGE IV -插針機XY工作臺與控制系統(tǒng)設計摘 要插針機是連接器制造業(yè)中的常用機型，插針機速度的提升可以起到提高效率，減少人力，降低成本的效果，因此世界主要的幾個連接器制造商在插針機速度提升方面都花費了大量的人力和物力，所以有必要進行該裝置的設計。本設計針對國內外的生產設備的情況和企業(yè)的要求，論文首先對該裝置進行了總體結構設計，重點對插針機裝置的機械部分即XY工作臺進行了設計計算及校核，同時針對機械部件進行了基于solidwork平臺的三維造型，繪制了各部分零部件的三維圖，并將各零部件組裝后繪制了裝配圖。對滾珠絲桿，滾動導軌及步進電動機做了設

2、計計算及選用，并對聯(lián)軸器進行了分析和選擇，另外利用CAD進行了裝配圖及其零件圖的繪制。系統(tǒng)設計部分，以80C51為主控芯片的數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計、系統(tǒng)初始化設計及系統(tǒng)軟件方案設計和步進電機的控制程序設計。最后繪制出了控制系統(tǒng)電路圖。本設計大大提高了插針機的工作效率及其精度，尤其是在大批量生產中，可以大幅提高生產效率。關鍵詞 插針機；XY工作臺；控制系統(tǒng)Design of Pin Machine XY Working Table and Control SystemAbstractPin connector manufacturing in the commonly used models, p

3、in machine speed increase can play to improve efficiency, reduce manpower, reduce the cost, so the world a few main connector manufacturer in the pin machine speed upgrade have spent a great deal of manpower and material resources, so it is necessary to design of the device.The design for the domest

4、ic and international production equipment and the requirement of the enterprise, firstly on the device to carry on the overall structural design, focusing on the pin machine device for the mechanical part of XY table for the design calculation and check, at the same time for mechanical parts based o

5、n the SOLIDWORK platform of 3D modeling, rendering the parts three dimensional graph, and each parts assembly drawing assembly drawing. On the ball screw, rolling guide and stepping motor to do the design calculation and selection, and also poetic couplet axis device were analyzed and selected, in a

6、ddition also uses CAD for assembly drawing and parts drawing. The system design section, is using 80C51 as main control chip of the numerical control system hardware circuit design, system initialization and system software design and scheme design of stepper motor control program design. Finally dr

7、aw out a complete control system circuit diagram.This design greatly improves the work efficiency and the accuracy of the insertion machine, especially in mass production, can greatly improve the production efficiency.Keywords pin machine; XYworking table; control system目錄摘要 = 1 * ROMAN I TOC o 1-3

8、h z u HYPERLINK l _Toc328911762 Abstract PAGEREF _Toc328911762 h II HYPERLINK l _Toc328911763 第1章 緒論 PAGEREF _Toc328911763 h 1 HYPERLINK l _Toc328911764 1.1 課題研究的背景 PAGEREF _Toc328911764 h 1 HYPERLINK l _Toc328911765 1.2 問題的提出及研究意義 PAGEREF _Toc328911765 h 1 HYPERLINK l _Toc328911766 1.3 課題研究的內容 PAGE

9、REF _Toc328911766 h 2 HYPERLINK l _Toc328911767 第2章 XY工作臺機械系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc328911767 h 3 HYPERLINK l _Toc328911768 2.1 工作臺外形尺寸及重量初步估算 PAGEREF _Toc328911768 h 3 HYPERLINK l _Toc328911769 2.2 滾動軸副的計算和選擇 PAGEREF _Toc328911769 h 3 HYPERLINK l _Toc328911770 2.3 滾珠絲杠計算，選擇 PAGEREF _Toc328911770 h 5 HYPERL

10、INK l _Toc328911771 2.4 步進電機的選用 PAGEREF _Toc328911771 h 7 HYPERLINK l _Toc328911772 第3章 插針機結構的計算機輔助設計 PAGEREF _Toc328911772 h 9 HYPERLINK l _Toc328911773 3.1 SolidWorks簡介 PAGEREF _Toc328911773 h 9 HYPERLINK l _Toc328911774 3.2 SolidWorks的主要特點 PAGEREF _Toc328911774 h 9 HYPERLINK l _Toc328911775 3.3 基

11、于SolidWorks的零件三維造型 PAGEREF _Toc328911775 h 10 HYPERLINK l _Toc328911776 3.3.1 滑塊的造型操作過程 PAGEREF _Toc328911776 h 10 HYPERLINK l _Toc328911777 3.3.2 下托板的造型操作過程 PAGEREF _Toc328911777 h 13 HYPERLINK l _Toc328911778 3.3.3 軸承端蓋的造型操作過程 PAGEREF _Toc328911778 h 14 HYPERLINK l _Toc328911779 3.3.4 滾珠絲杠的造型操作過程

12、PAGEREF _Toc328911779 h 15 HYPERLINK l _Toc328911780 3.3.5 絲杠螺母座的造型操作過程 PAGEREF _Toc328911780 h 16 HYPERLINK l _Toc328911781 3.3.6 導軌的造型操作過程 PAGEREF _Toc328911781 h 17 HYPERLINK l _Toc328911782 3.3.7 上托板的造型操作過程 PAGEREF _Toc328911782 h 18 HYPERLINK l _Toc328911783 3.3.8 裝配圖的組裝操作過程 PAGEREF _Toc3289117

13、83 h 19 HYPERLINK l _Toc328911784 第4章 插針機控制系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc328911784 h 21 HYPERLINK l _Toc328911785 4.1 硬件設計 PAGEREF _Toc328911785 h 21 HYPERLINK l _Toc328911786 4.1.1 確定硬件電路的總體方案 PAGEREF _Toc328911786 h 21 HYPERLINK l _Toc328911787 4.1.2 主控制器CPU的選擇 PAGEREF _Toc328911787 h 21 HYPERLINK l _Toc328911

14、788 4.1.3 存儲器擴展電路設計 PAGEREF _Toc328911788 h 22 HYPERLINK l _Toc328911789 4.1.4 步進電機驅動電路設計 PAGEREF _Toc328911789 h 24 HYPERLINK l _Toc328911790 4.1.5 其它輔助電路設計 PAGEREF _Toc328911790 h 24 HYPERLINK l _Toc328911791 4.2 軟件設計 PAGEREF _Toc328911791 h 25 HYPERLINK l _Toc328911792 4.2.1 系統(tǒng)控制功能分析 PAGEREF _Toc

15、328911792 h 25 HYPERLINK l _Toc328911793 4.2.2 系統(tǒng)管理程序控制 PAGEREF _Toc328911793 h 26 HYPERLINK l _Toc328911794 4.2.3 步進電機控制子程序設計 PAGEREF _Toc328911794 h 27 HYPERLINK l _Toc328911795 結論 PAGEREF _Toc328911795 h 31 HYPERLINK l _Toc328911796 致謝 PAGEREF _Toc328911796 h 32 HYPERLINK l _Toc328911797 參考文獻 PAG

16、EREF _Toc328911797 h 33 HYPERLINK l _Toc328911798 附錄A PAGEREF _Toc328911798 h 34 HYPERLINK l _Toc328911799 附錄B PAGEREF _Toc328911799 h 39- PAGE 10 - PAGE 52 -緒論課題研究的背景新亞集團創(chuàng)建于1990年，現(xiàn)有資產超億元，廠房面積8萬平方米，技術力量雄厚、設備精良、工藝先進、監(jiān)測手段齊全。公司主要產品為連續(xù)PIN針、五金車削加工、連接器、電子線材、電源插頭線、自動插針機、插接件等，產品廣銷國內外，并被多家知名公司大量配套使用。我校于2011年

17、9月，響應國家教育部號召，與新亞電子集團聯(lián)合開展了“卓越工程師”培訓計劃。在此期間，通過企業(yè)的悉心培養(yǎng)，我們學到了很多東西，同時也發(fā)現(xiàn)了企業(yè)中存在的一些問題，該論文是我對新亞電子集團中插針機發(fā)現(xiàn)的一些問題，并提出了相應的改進措施所做出的研究。問題的提出及研究意義自動插針機屬于非標自動化設備，目前在連接器制造行業(yè)是自動插針機應用最為廣泛的領域。在當今的高科技時代，我們會發(fā)現(xiàn)連接器幾乎無處不在，無論家里還是工作場合，只要在有電子設備的地方，就會在其中找到連接器。連接器由一種或幾種材料組成，通常用塑膠和金屬材料，它的主要功能就是允許電流從一個導體到另外一個導體。連接器在兩個導體之間搭起了一座橋梁，通

18、常會有電線到電線，電線到印刷電路板和印刷電路板到印刷電路板等幾種類別。生產連接器的設備有很多，不同的連接器會有不同的生產工藝，插針機是生產連接器的一種通用設備。其中凸輪式插針機更是在各大連接器制造商中得到了廣泛應用。通常凸輪式插針機是一個由四個伺服馬達組成的控制系統(tǒng)，包括插針主軸，送端子軸和塑膠進給X/Y軸。插針主軸傳動凸輪完成端子裁切和插針的功能；送端子軸傳動棘輪來實現(xiàn)傳送定常端子的功能；塑膠一般都是多PIN孔,因此塑膠需根據(jù)PIN孔位置做有序移動來滿足插針插在不同位置，這個工作是由塑膠進給X/Y軸傳動滾珠絲桿完成。因為現(xiàn)在的連接器的尺寸越來越小，所以對插針機各個軸的精度要求也越來越高，通常

19、都要求系統(tǒng)偏差在0.01mm以內。插針機自動運行時，插針主軸傳動凸輪機構不停地旋轉，實現(xiàn)端子裁切和將端子插入塑膠PIN孔的功能；塑膠的位置則在主凸輪轉到某個角度區(qū)間內時由塑膠軸傳動進給機構完成位置切換和精確定位。因此，目前世界各大連接器制造商像莫仕，富士康等都投入大量人力，物力在插針機上，以實現(xiàn)節(jié)省人力，提高效率的目的。由于自動插針是屬于非標自動化設備的性質決定了它在各個行業(yè)具有差異化，需要進行專門的開發(fā)設計。雖然在連接器生產上已經大規(guī)模應用自動插針機，但在生產EAS產品上還尚未應用。這里所指EAS產品主要是防盜塑料釘，它由不銹鋼針和塑料帽組成，用注塑機加工成型。目前插針工序由人工完成，不僅費

20、時費力，企業(yè)還要承受人力成本上漲的壓力，自動插針機的應用將極大提高勞動效率，并降低勞動強度，達到減少人力成本的目的，以至于在同行業(yè)競爭中取得優(yōu)勢地位。目前，自動插針機的開發(fā)成功將推動EAS行業(yè)的升級轉型，由目前的勞動密集型產業(yè)向技術密集型產業(yè)過渡。插針機是連接器制造業(yè)中的常用機型，插針機速度的提升可以起到提高效率，減少人力，降低成本的效果，因此世界主要的幾個連接器制造商在插針機速度提升方面都花費了大量的人力和物力。課題研究的內容本次畢業(yè)設計中主要完成的內容包括：(1)自動插針機的機械系統(tǒng)設計通過對現(xiàn)有自動插針機的原理分析，結合多種針類產品的特性，設計出能應用于提高效率，降低生產成本的機械系統(tǒng)。

21、(2)自動插針機的控制系統(tǒng)設計根據(jù)多種產品的生產工序以及設計好的機械系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)，使機械系統(tǒng)(3)達到預定設計的目的，完成相應的工序。自動插針機的三維CAD建模、裝配自動插針機的機械結構，利用Solidwork軟件建立三維模型，進行裝配分析，進一步改進設計結構，通過建立的三維模型，進行運動分析，對尺寸結構等參數(shù)進行調整設計。XY工作臺機械系統(tǒng)設計工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。取X向導軌支撐鋼球的中心距為410mm,Y向導軌支撐鋼球的中心距為400mm,設計工作臺簡圖如2-1:圖2-1 XY工作臺簡圖 X向拖板(上拖板

22、)尺寸為:長寬高=42041050重量:按重量=體積材料比重估算為:= Y向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導軌(含電機)重量為夾具及工件重量:約155NX-Y工作臺運動部分總重量為:滾動軸副的計算和選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般運行狀況)，3.05.0（運動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結果查有關資料初選導軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 (2-1) (2-2)根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌:選擇漢機江機床廠HJG-D系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-

23、D25。基本參數(shù)如表2-1表2-1 HJG-D系列額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重量導軌重量導軌長度動載荷靜載荷L(mm17500260001891892880.603.1760滑座個數(shù)單向行程長度每分鐘往復次數(shù)M40.64導軌的額定動載荷N依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln：額定行程長度壽命: (2-3) (2-4) (2-5)導軌的額定工作時間壽命: (2-6) (2-7)由以上公式可知導軌的工作壽命足夠.滾珠絲杠計算，選擇初選絲杠材質：CrWMn鋼，HRC5860，導程：l0=5mm強度計算絲杠軸向力：(N)其中：K=1.15，滾動導

24、軌摩擦系數(shù)f=0.0030005；在車床車削外圓時：Fx=(0.10.6)Fz，F(xiàn)y=(0.150.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。取f=0.004,則:壽命值：，其中絲杠 (2-8)最大動載荷：式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.21.5；fH為硬度系數(shù)，HRC58時為1.0。查表得中等沖擊時則:根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。其額定動載荷為14205N 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如表2-2表

25、2-2 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)名稱計算公式結果公稱直徑20mm螺距5mm接觸角鋼球直徑3.175mm螺紋滾道法向半徑1.651mm偏心距0.04489mm螺紋升角螺桿外徑19.365mm螺桿內徑16.788mm螺桿接觸直徑17.755mm螺母螺紋外徑23.212mm螺母內徑（外循環(huán)）20.7mm傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為： (2-9)式中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。穩(wěn)定性驗算絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。剛度驗算滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為： (2-10)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差為 (2-1

26、1)E級精度絲杠允許的螺距誤差 =15m/m。步進電機的選用(1)步進電機啟動力矩的計算設步進電機的等效負載力矩為，負載力為，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做的功有如下的關系： （2-12）式中為電機轉角，為移動部件的相應位移，為機械傳動的效率。若取，則，且。所以： （2-13）式中：為移動部件負載（N），G為移動部件質量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（N），為導軌摩擦系數(shù)，為步進電機的步距角（rad）,T為電機軸負載力矩（N.cm）。取=0.3（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù)），0.8=279.23?？紤]到重力影響，向電機負載較大，因此G1200，所以有：考慮到啟動時

27、運動部件慣性的影響，則啟動轉矩： （2-14）取系數(shù)為0.3，則： 對于工作方式為三相拍的步進電機：（2）步進電機的最高工作頻率 （2-15）為使電機不產生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率,同時電機最大靜轉矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應式步進電機.電機有關參數(shù)如表2-3:表2-3 電機參數(shù)型號主要技術參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉矩(n.m)空載啟動頻率空載運行頻率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)外直徑長度軸直徑重量kg轉子轉動慣量Kg.m9014594.51764插針機結構的計算機輔助設計 SolidWor

28、ks簡介SolidWorks是美國推出的CAD/CAE/CAM軟件。廣泛用于電子、通訊、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、自行車、航天、家電、玩具等各行業(yè)。SolidWorks可謂是全方位的3D產品開發(fā)軟件，整合了零件設計、產品裝配、模具開發(fā)、NC加工、鈑金設計、鑄造件設計、造型設計、逆向工程、自動測量、機械設計、動態(tài)仿真、應力分析、產品數(shù)據(jù)庫管理、協(xié)同設計開發(fā)等功能于一體，其模塊眾多，大約有50多個，能夠滿足產品的各個階段設計要求。該軟件一方面由于具有強大的參數(shù)化特征造型功能而受到了業(yè)界的一致認同和廣泛應用。但另一方面由于操作復雜也給使用者掌握軟件的功能帶來了很大的困難。SolidWorks的主要

29、特點SolidWorks參數(shù)化設計的特性主要有以下幾個方面： 三維實體造型、 單一數(shù)據(jù)庫、以特征作為設計單位、參數(shù)化設計。1.三維實體造型 三維實體造型就是在計算機中用一些基本元素構建機械零件的完整幾何模型。以往的三維工程設計方法是設計人員在圖紙上利用幾個不同的視圖來表示一個產品的三維設計模型。對于有些比較復雜的零部件，就需要很多張圖紙來表示。圖紙上面標有各種線條、符號和其他的標記。這樣，工程中的其他部門人員再去認真、仔細的看這些圖紙，再慢慢理解設計者的各種意圖，再通過各種視圖來想象出模型的細節(jié)，這一系列工作都非常辛苦。何況設計人員不可能保證每一張圖紙的每個細節(jié)問題都是正確的，所以圖紙上的錯誤

30、是不能避免的。在利用三維實體造型軟件進行產品設計時，設計者通常在計算機上直接進行產品的三維設計，在計算機屏幕上就可以直接看見產品的真實三維模型，并且如果那個地方需要修改，可以直接在軟件操作下進行修改。產品的形狀和結構越復雜，我們需要修改的次數(shù)就越多，這樣就更能體現(xiàn)三維實體建模軟件的優(yōu)越性，每一次修改的時間相當短。當我們所需要的零件在計算機中建成模型后，設計者們就可以進行一系列的設計工作，比如零部件的模擬裝配、有限元分析、數(shù)控加工編成及模擬仿真等等。2.單一數(shù)據(jù)庫 SolidWorks可以隨時由三維實體模型產生二維工程圖，而且自動標注工程圖尺寸，在三維或二維圖形上作尺寸修改時，其相關的二維圖形或

31、三維實體模型都是自動修改，同時裝配、制造等相關設計也會自動修改，如此以來可以確保數(shù)據(jù)的正確性，并避免反復修改浪費時間。由于采用單一數(shù)據(jù)庫，提供了所謂雙向關聯(lián)性的功能，此種功能正也符合了現(xiàn)代產業(yè)中所謂的同步工程（Concurrent engineering）觀念。3.以特征作為設計單位 SolidWorks以最自然的思考方式從事設計工作，如鉆孔、挖槽和圓角等，均視為零件設計的基本特征，除了充分掌握設計概念外，還在設計過程中導入實際的制造觀念；也因為以特征作為設計單元，因此可以隨時對特征做合理、不違反幾何順序的調整、插入、刪除和重定義等修正。特征（Feature）包括特定的幾何形狀、拓撲關系、典型

32、功能、繪圖表示法、制造技術和公差要求等。因此特征兼有功能和形狀兩種屬性。特征可分為3種：實體特征、曲面特征及基準特征，其中實體特征為SolidWorks 零件的主題。4.參數(shù)化設計 參數(shù)化設計一般是指配合單一數(shù)據(jù)庫，所有設計對象的結構比較定型，并且所有設計過程中所使用的尺寸（參數(shù)）都存在數(shù)據(jù)庫中，可以用一些參數(shù)來約束尺寸關系。參數(shù)的求解較簡單，參數(shù)與設計對象的空間尺寸存在著對應?；赟olidWorks的零件三維造型 本設計主要對自動插針機的機械部分例如: 滾珠絲杠 、上下托板、滑塊、導軌等零部件進行三維造型?；瑝K的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標，選擇進

33、入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖，點擊確定選擇草繪平面見圖3-1，確定后便可開始草繪，見圖3-2，完成后點擊工具欄中的。圖3-1 草繪界面選擇平面圖3-2 草繪主頁面點擊拉伸項見圖3-3，進行拉伸成滑塊。圖3-3 拉伸操作進行邊倒角的命令，在上方圖形樹上選取特征見圖3-4，左鍵選擇要倒的邊。設置倒角寬度，然后點擊“確定”完成倒角。圖3-4 左邊倒操作再倒右側斜角選取，見圖3-5，選擇正確位置，輸入倒角的數(shù)值，之后點擊確定完成倒斜角操作。圖3-5 右倒斜角操作最終完整的軸三維造型如圖3-6所示：圖3-6 滑塊的三維造型下托板的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標

34、，選擇單擊“確定”進入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖，點擊確定開始草繪，完成后點擊工具欄中的，點擊拉伸項，進行拉伸，之后選擇正面作為草繪面，進行拉伸布爾計算為“求差”。進行孔特征的創(chuàng)建點擊右側工具欄，左鍵選擇打孔的工件面，然后設置空的種類和孔深。再點擊定位的邊或者面，設置定位尺寸。完成孔創(chuàng)建。便得如圖3-7所示：圖3-7 下托板的三維造型軸承端蓋的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標，選擇單擊“確定”進入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖點擊確定開始草繪，完成后點擊工具欄中的，點擊拉伸項，進行拉伸完成基本框架。進行孔特征的創(chuàng)建，點擊右側工具欄，左鍵選擇打孔的工件面

35、，然后設置空的種類和孔深。再點擊定位的邊或者面，設置定位尺寸。完成孔創(chuàng)建。點擊鏡像特征操作，建立鏡像基準面，選擇鏡像體，完成鏡像，便得如圖3-8所示：圖3-8 軸承端蓋的三維造型滾珠絲杠的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標，選擇單擊“確定”進入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖，點擊確定開始草繪，完成后點擊工具欄中的，點擊拉伸項，進行拉伸完成底板，重復操作完成底板上的支座。進行孔特征的創(chuàng)建點擊右側工具欄，左鍵選擇打孔的工件面，然后設置空的種類和孔深。再點擊定位的邊或者面，設置定位尺寸。完成孔創(chuàng)建。進行掃掠操作，畫出螺旋線，草圖繪制圓形截面，掃掠成彈簧，進行陣列，

36、點擊實例特征完成18個彈簧，再次進行拉伸操作，完成上嵌板，便得如圖3-9所示：圖3-9 絲杠的三維造型絲杠螺母座的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標，選擇單擊“確定”進入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖，點擊確定開始草繪，完成后點擊工具欄中的，點擊拉伸項，進行拉伸完成內環(huán)?；剞D操作畫出圓珠，進行圓形陣列，重復拉伸操作，完成圓環(huán)草圖繪制，拉伸完成外環(huán)。進行邊倒圓的命令，在右側側圖形樹上選取特征，左鍵選擇要倒圓的邊，設置倒圓半徑，然后點擊“確定”。完成倒圓便可得如下圖3-10所示：圖3-10 絲杠螺母座的三維造型導軌的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWO

37、RKS界面，單擊新建圖標，選擇單擊“確定”進入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖，點擊確定開始草繪，完成后點擊工具欄中的，點擊拉伸項，進行拉伸完成輪廓。在此進行拉伸布爾計算求差，完成中間凹面。進行孔特征的創(chuàng)建點擊右側工具欄，左鍵選擇打孔的工件面，然后設置空的種類和孔深。再點擊定位的邊或者面，設置定位尺寸。完成孔創(chuàng)建。便得如圖3-11所示：圖3-11 導軌的三維造型上托板的造型操作過程首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標，選擇單擊“確定”進入繪圖空間。進入草繪界面繪制草圖，點擊確定開始草繪，完成后點擊工具欄中的，點擊拉伸項，進行拉伸完成輪廓。在此進行拉伸布爾計算求差，完成中間凹

38、面。進行孔特征的創(chuàng)建點擊右側工具欄，左鍵選擇打孔的工件面，然后設置空的種類和孔深。再點擊定位的邊或面，設置定位尺寸。完成孔創(chuàng)建。便得如圖3-12所示：圖3-12 上托板的三維造型裝配圖的組裝操作過程 首先雙擊桌面圖標進入SOLIDWORKS界面，單擊新建圖標，選擇單擊“確定”.點擊添加組件，選取絲杠，以軸中心作為坐標原點添加；再次添加組件，選取下托板，以下托板的軸孔作為定位基準，進行修改重定位組件；再次添加組件，選取軸承，以絲杠的一端為基準進行配對組件，也可進行重定位組件；再次添加組件，選取端蓋組件，以絲杠承端面定位，進行配對組件和重定位組件；再次添加組件，選取支承架梁，以螺釘孔為定為基準，重

39、定位組件；再次添加組件，選取擋車板梁，同樣以螺釘孔為基準，重定位組件；再次添加組件，選取彈簧組，選支承座接觸面進行配對組件，以螺釘孔作為基準進行重定位組件；添加螺釘，選取標準件進行添加，同時進行重定位和配對組件，選擇適合位置，最后如圖3-13 所示：圖3-13 裝配圖插針機控制系統(tǒng)設計硬件設計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：主控制器。即中央處理單元CPU總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖4-1所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設：鍵盤，顯示器，打印機，

40、磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象圖4-1 硬件框圖主控制器CPU的選擇MCS51系列單片機是集中CPU，I/O端口及部分AM等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設計選用8031芯片作為主控芯片。存儲器擴展電路設計(1)程序存儲器的擴展單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用EPROM芯片。其型號有：單片機規(guī)定P0口提供8為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低8位的地址信息，

41、一般采用74LS373芯片作為地址鎖存器，并由CPU發(fā)出允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析，采用2764EPROM芯片的程序存儲器擴展電路框圖如圖4-2： P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 A12 A8 2764A7A0 D7 D0譯碼電路G74LS372圖4-2 擴展2764電路框圖(2)數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于8031內部RAM只有128字節(jié)，遠不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設計選用6264芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。其擴展電

42、路如圖4-3所示： P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 譯碼電路 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0G74LS372圖4-3 擴展6264電路框圖(3)譯碼電路在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送。故要進行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結構簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權值較大，地址空間沒有充分利

43、用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于RAM和I/O容量較大的應用系統(tǒng)，當芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內地址，而用譯碼器對高位地址線進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：(4)存儲器擴展電路設計8031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。該設計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機的外存儲器擴展電路，單片機外存儲器擴展電路如下：(5)I/O擴展電路設計(a).通用可編程接口芯片81558031單片機共有4個8位并行I/O接口，但供用戶使用的只有P1口及部分

44、3 口線。因此要進行I/O口的擴展。8155與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行，列結構，按鍵設置在行列的交點上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED和LCD。下圖所示為采用8155接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有48鍵和6位LED顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及LED顯示器的字位控制共用一個口，即共用8155的PA口進行控制，鍵盤的行線由8155C口擔任，顯示器的

45、字形控制由8155的PB口擔任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：步進電機驅動電路設計(1)脈沖分配器步進電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設計采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進電機接口線路圖如下：(2)光電隔離電路在步進電機驅動電路中，脈沖分配器輸出的信號經放大后控制步進電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦

46、合器接線圖如下：(3)功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出信號放大產生足夠大的功率，才能驅動步進電機正常運轉。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進電機容量選擇功率放大器。本設計選用功率放大器。其它輔助電路設計(1)8031的時鐘電路單片機的時鐘可以由兩種方式產生：內部方式和外部方式。內部方式利用芯片的內部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體可以在1.212之間任意選擇，耦合電容在530PF之間，對時鐘有微調作用。采用外部時鐘方式時，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源，如圖4-4。8031XTAL1XTAL2圖4-

47、4 時鐘電路(2)復位電路單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后CPU便從0000H單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復位電平與8031復位要求一致時，可以直接相連。當晶振頻率選用6MHZ時，復位電路中C取22F，取200，RK取1000。實用復位電路圖如下所示：(3)越界報警電路為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關。利用光電耦合電路，將行程開關接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至8031的I/O口1.0。當任何一個行程開關被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導通，由低

48、電平變成高電平。8031可利用軟件設計成查詢的方法隨時檢查有無越界信號。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至8031的外部中斷引腳（INT0或INT1），采用中斷方式檢查越界信號。越界報警電路如下圖所示軟件設計系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺的控制功能包括：(1)、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進行必要的初始化工作，預置接口工作方式控制字。(2)、工作臺復位。開機后工作臺應該自動復位，亦可手動復位。(3)、輸入和顯示加工程序。(4)、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關。如監(jiān)視緊急停機鍵及行程開關，鍵盤掃描等功能。系統(tǒng)管理程序控制管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入管理程序。其主要功能是接受和

49、執(zhí)行操作者的命令。數(shù)控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機等。根據(jù)以上分析，設計管理程序流程圖如圖4-5所示：開始系統(tǒng)初始化機床復位加工程序輸入鍵按下？自動加工自動加工鍵按下？加工數(shù)據(jù)輸入手動加工鍵按下？ 手動調整Y N圖4-5 管理流程圖步進電機控制子程序設計步進電機的控制包括速度，轉角及方向的控制。步進電機在突然啟動或停止時，由于負載和慣性，會使電機失步，所以電機運行時有一個加，減速過程。通過確定進給脈沖數(shù)和脈沖時間間隔，即可實現(xiàn)步進電機轉角與速度的控制。(1)時間常數(shù)的確定在步進電機控制程序中，利用單片機的定時器中斷，延時產生

50、進給脈沖的時間間隔。此間隔由送入定時器的時間常數(shù)決定。時間常數(shù)由下式計算：式中：T為脈沖時間間隔（ms）；為單片機機器周期（s），在時鐘為6MHz時，=2s。(2)步進電機加，減速進給脈沖及脈沖時間間隔的確定設步進電機加，減速方式為直線加，減速。要使步進電機不失步，應滿足： (4-1)式中：為步進電機啟動力矩；為負載力矩；為慣性力矩。由步進電機=3.92N.m，取步進電機的加速啟動力矩則使步進電機不失不的慣性力矩 (4-2)步進電機角加速度 (4-3)又 (4-4)式中：為上升到步進電機最高頻率所需時間，所以有： (4-5)加速脈沖個數(shù)： (4-6)確定加減脈沖個數(shù)都為54個又因為： (4-7

51、)所以脈沖時刻 (4-8)結合可以算出對應各脈沖時刻的計數(shù)器時間常數(shù)。EPROM存儲器中，時間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個時間常數(shù)占據(jù)兩個字節(jié)，低位地址存放時間常數(shù)低8位，高位地址存放時間常數(shù)高8位。在程序中，設置加速，恒速，減速脈沖計數(shù)器N0，N1，N2。以計數(shù)器的值是否為0作為相應過程是否結束的標志。步進電機控制子程序及步進電機控制中斷服務程序框圖如圖4-6與4-7所示。開始中斷初始化設時間常數(shù)地址指針首地址指向1000H加速減速 脈沖計數(shù)器賦初值恒速送時間常數(shù)至計數(shù)器中關中斷？返回開中斷啟動定時器圖4-6 電機控制子程序步進電機進一步N0=0？N1=0？時間常數(shù)地址

52、指針加1N0N0-1N1N1-1N2=0？時間常數(shù)地址指針加1關中斷N2N2-1 中斷返回圖4-7 電機控制中斷服務程序結論插針機是連接器制造業(yè)中的常用機型，插針機速度的提升可以起到提高效率，減少人力，降低成本的效果，所以有待于對該裝置進行研究設計。本文主要完成以下工作：1介紹了插針機的國內外的發(fā)展近況，插針機設計的目的和意義及技術要求等。2根據(jù)插針機所需實現(xiàn)的功能，提出設計方案，確定插針機中的機械結構設計方案并進行設計計算，并對插針機的機械結構的XY工作臺部分進行初步結構設計和零件的solidwork三維造型與裝配。3. 根據(jù)自動插針機的控制系統(tǒng)的要求，插針機提速對伺服馬達提出了較高的控制要

53、求，因此對伺服控制系統(tǒng)進行了整體研究，分析了位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三閉環(huán)控制結構。伺服系統(tǒng)的性能要求主要表現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)跟蹤的精確性、動態(tài)響應的穩(wěn)定性與快速性、對系統(tǒng)參數(shù)變化和不確定干擾的魯棒性。 本設計的自動插針機，能夠延長機械部分的使用壽命，單片機的控制使系統(tǒng)操作方便，具有高靈敏性，高穩(wěn)定性，高可靠性，維護容易，市場競爭力更強，適應性更廣。致謝本文從選題到課題的研究以及論文的撰寫都是在導師隋秀凜的精心指導和教誨下完成的，導師給予了學生盡心盡力的指導、熱情的幫助和關懷。在此期間，導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、勤懇的工作作風、淵博的知識深深的影響我，將使我終生受益。在此論文完成之際，謹向我的導師隋秀凜致以深深

54、的敬意和由衷的感謝！在課題的研究過程中，還得到了各位師兄、師姐，以及企業(yè)同仁和領導的指導和幫助，他們提出了寶貴的意見和建議，使我受益匪淺，在此向他們表示衷心的感謝！最后，向在我設計和論文的撰寫過程中給我關心和幫助的老師和同學致謝！參考文獻紀名剛.機械設計.高等教育出版社，2008：2164盧耀祖.機械結構設計.同濟大學出版社，2010：1421曹仁政.機械零件.冶金工業(yè)出版社，2008 ：1219陸玉.機械設計課程設計.第3版.機械工業(yè)出版社，2004：1619林崗.機械制造自動化技術.機械工業(yè)出版社，2009：尹志強. 機電一體化系統(tǒng)設計指導書. 機械工業(yè)出版社，20082432方鍵. 機械

55、結構設計.化學工業(yè)出版社，2010：311王文斌.機械設計手冊2，3.機械工業(yè)出版社，2007：37王志新.電機控制技術.機械工業(yè)出版社，2011：3347高鐘毓.機電控制工程.清華大學出版社，2011：4750付家才.單片機原理及應用技術.國防工業(yè)出版社，2010：6789I. V. Mazepa and M. A. Mazepa. Improved Photoelectric Sensor for Liquid Chromatograph. Plenum Publishing Corporation,2008: 159162Kevin J. Mcdermott and Wenlong Al

56、bert Yao ，Developing a Hybrid Programmable Logic Controller Platform for a Flexible Manufacturing System，luwer Academic Publishers,2011：367374S.C. Zhu，M. Ficocelli，B. Benhabib. A Hybrid Pc/PLC Architecture for Manufacturing-system Control-theory and Implementation. Journal of intelligent Manufacturi

57、ng,2002 附錄A程序設計/#include #define KeyPortb P1#define KeyPorta P0sbit Ccwa=P21;sbit Clka=P20;sbit Clkb=P22;sbit Ccwb=P23;void DelayUs2x(unsigned char t);void DelayMs(unsigned char t); void Init_Timer0(void);void Init_Timer1(void);void Timer0_isr(void) ;void Timer1_isr(void) ;unsigned char KeyScana(voi

58、d);unsigned char KeyScanb(void);unsigned char numa,numb;/main()Init_Timer0();Init_Timer1(); while(1) if(KeyPorta!=0 xff) numa=KeyScana(); if(KeyPortb!=0 xff) numb=KeyScanb(); /void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);void DelayMs(unsigned char t) while(t-) DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); /unsigned

59、char KeyScana(void)/按鍵掃描函數(shù) unsigned char keyvaluea; if(KeyPorta!=0 xff) DelayMs(10); if(KeyPorta!=0 xff) keyvaluea =KeyPorta; while(KeyPorta!=0 xff);switch(keyvaluea) case 0 xfe:return 1;break; case 0 xfd:return 2;break; case 0 xfb:return 3;break; case 0 xf7:return 4;break; case 0 xef:return 5;break

60、; case 0 xdf:return 6;break; case 0 xbf:return 7;break; case 0 x7f:return 8;break; default:return 0;break; /return 0;/unsigned char KeyScanb(void)unsigned char keyvalueb; if(KeyPortb!=0 xff) DelayMs(10); if(KeyPortb!=0 xff) keyvalueb =KeyPortb; while(KeyPortb!=0 xff);switch(keyvalueb) case 0 xfe:ret