數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計-課程設(shè)計

PAGEPAGE24機(jī)電一體化課程設(shè)計題目:數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化學(xué)號班級指導(dǎo)教師成績2010年6月目錄一、設(shè)計任務(wù) 11.1機(jī)電一體化課程設(shè)計題目 11.2數(shù)控銑床工作臺等相關(guān)部件的基本參數(shù) 1二、系統(tǒng)總體方案框圖及分析說明 12.1總體方案設(shè)計 12.2繪制總體方案圖 2三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計計算、各部件類型選擇說明及進(jìn)給傳動系統(tǒng)的示意圖與說明 23.1移動部件的重量估算 23.2負(fù)載的分析計算 23.3導(dǎo)軌副的分析計算，選型，效核 43.4絲杠螺母副的計算，選型，效核 53.5繪制進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖 83.6直流伺服電動機(jī)的計算，選型，效核 83.7減速器的選用 93.8驗算系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量 10四、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 114.1微機(jī)的選用 114.2存儲器的選用與擴(kuò)展 124.3譯碼電路設(shè)計 154.4接口電路設(shè)計等 164.5驅(qū)動電路的設(shè)計 174.6繪制控制系統(tǒng)原理框圖 18五、傳感器的選擇與設(shè)計說明 195.1選擇傳感器 195.2傳感器與微機(jī)的接口電路 20六、課程設(shè)計總結(jié)與心得體會 21七、參考資料 22一、設(shè)計任務(wù)1.1機(jī)電一體化課程設(shè)計題目數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計1.2數(shù)控銑床工作臺等相關(guān)部件的基本參數(shù)能用鍵盤輸入命令控制工作臺的運動方向；能實時顯示當(dāng)前運動位置；具有越程指示報警及停止功能；能有位置檢測裝置，能進(jìn)行調(diào)節(jié)并反饋給控制系統(tǒng)；工作臺尺寸：700×800×5工作臺T型槽：5×18mm工作臺最大承重：800X—Y—Z軸行程：600×800×350電主軸輸出功率：15kw變頻主軸轉(zhuǎn)速：15000r/min最高位移速度：15m/min最大加工速度：8m/minX—Y—Z軸最小分辨率（即脈沖當(dāng)量）：0定位精度：±0.005/300mm重復(fù)定位精度：0二、系統(tǒng)總體方案框圖及分析說明2.1總體方案設(shè)計（1）系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)為了使銑床的性能滿足基本要求，選x、z軸坐標(biāo)快進(jìn)為15m/min，水平拖力Fx=30kN，則要求電動機(jī)功率P=Fv=（30×15/60）kW=7.5kW，選用步進(jìn)電機(jī)則滿足不了要求，例如，200BF001反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩為14.7N.m，最高空載運行頻率為11000step/s，步距角為α=0.16°/step，若取最高工作頻率下的工作轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩的1/4，則高速運行工作狀態(tài)下所需功率為PH=1/4×14.7×11000×0.16×（2π/360）W=0.1129kW，如果選用步進(jìn)電機(jī)，則會降低快速性要求。但交流電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，技術(shù)難度高，而且價格高，故選擇直流伺服電機(jī)。選擇半閉環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)簡單，成本低，且能滿足機(jī)床精度和加工精度基本的要求。綜上所述采用直流伺服電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)驅(qū)動X—Y—Z工作臺。（2）計算機(jī)控制系統(tǒng)本設(shè)計采用了與MCS-51系列兼容的AT89S51單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價比?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、LED、I/O接口、光電耦合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。LED顯示數(shù)控銑床工作臺的狀態(tài)。（3）X—Y—Z工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用精密滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運動載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙V形滾珠導(dǎo)軌。采用精密直線滾動導(dǎo)軌可減少兩個相對運動面的動、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運動平穩(wěn)性，減小振動?？紤]直流電機(jī)和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動。2.2繪制總體方案圖開環(huán)控制系統(tǒng)框圖圖1為本開環(huán)控制數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計的總體方案圖。這種標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)通常采用單板機(jī)、單片機(jī)、驅(qū)動電源、步進(jìn)電機(jī)及專用控制程序組成的開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。對機(jī)床的控制過程是由單片機(jī)或者單板機(jī)，按照輸入的加工程序進(jìn)行查補(bǔ)運算，由軟件或硬件實現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖、經(jīng)功率放大驅(qū)動X—Y—Z三個坐標(biāo)軸運動的步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)。三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計計算、各部件類型選擇說明及進(jìn)給傳動系統(tǒng)的示意圖與說明3.1移動部件的重量估算工作臺重量估算：=218.4kG≈工作臺最大承載m2=800kG，總的重量估算如下：M=m1+m2=1020kGG=Mg=10200N=10.2kN。3.2負(fù)載的分析計算（機(jī)床設(shè)計手冊P498）直流伺服電機(jī)的負(fù)載有外力負(fù)載、摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載，所選直流伺服電機(jī)必須克服這些負(fù)載才能作正常的進(jìn)給驅(qū)動。這里我們以Z軸計算為主，X、Y軸的相關(guān)計算略。（1）切削負(fù)載：根據(jù)切削原理近似公式計算，有，，。（2）摩擦阻力：本數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用滾動導(dǎo)軌副，滾動導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)一般μ=0.003~0.005之間，這里我們?nèi)∑渲虚g值μ=0.004，摩擦阻力如下：=240.8N注：這里取g=10m/s2，其他的摩擦阻力這里沒有計算。（3）等效轉(zhuǎn)動慣量計算：式子中采用最不利于機(jī)床啟動時的速度，這里選用快速進(jìn)給速度=15m/min；（電動機(jī)）=2000r/min；=1020kg（全部直線運動部件的總質(zhì)量）。旋轉(zhuǎn)的部件暫時沒有計算考慮（因為此時不知道減速器中齒輪的相關(guān)尺寸）。（4）滾珠絲杠摩擦阻力矩（Tsm）的計算：由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲杠的傳動效率很高，其摩擦阻力矩相對于其他負(fù)載力矩小得多，故一般不予考慮。（5）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=（6）啟動慣性阻力矩（）的計算：這里以最不利于啟動的快進(jìn)速度進(jìn)行計算，設(shè)啟動加速（或制動減速）時間為（一般在0.3~1s之間選?。?，由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速：取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加速度為：則：（7）直流伺服電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩：3.3導(dǎo)軌副的分析計算，選型，效核（機(jī)床設(shè)計手冊P1109、P1118）執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是進(jìn)行實際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中一般含有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即導(dǎo)軌的選擇：這里我們選擇直線滾動導(dǎo)軌。它的主要特點是：⑴承載能力大，剛度高。直線滾動導(dǎo)軌副中，滾珠與圓弧溝槽相接觸，因為許用載荷和剛度與點接觸相比有較大幅度的提高。⑵采用直線滾動導(dǎo)軌副可以簡化設(shè)計、制造和裝配工作。導(dǎo)軌副的安裝基面精度和質(zhì)量要求不高，只要求精銑或精刨。本系統(tǒng)中工作臺負(fù)載G=Mg=10200N=10.2kN，F(xiàn)Z=50kN，有效行程LZ=350mm，每分鐘往復(fù)次數(shù)為N=4，移動速度V≤15m/min，運動條件為：常溫，平穩(wěn)無沖擊和振動。（1）直線運動導(dǎo)軌上負(fù)荷的計算：（P1106—P1118）計算條件：水平安裝，臥式導(dǎo)軌，滑塊座移動，工作臺質(zhì)量均勻分布，垂心在中間，外力F的作用點偏離中心，不與中心重合。計算負(fù)荷如下：在這里，我們選取最大值P4=15.7833kN代入計算。（2）額定壽命計算：在這里我們選用使用鋼珠的直線滾動導(dǎo)軌，其額定壽命計算公式如下：式中L：額定壽命km；C：基本額定動負(fù)荷，kN；K：額定壽命單位，滾珠時，K=50km，滾珠時，K=100km。PC：計算負(fù)荷，kN；fH：硬度系數(shù)，取fH=1；fT：溫度系數(shù)；fC：接觸系數(shù)，fW：載荷系數(shù)。這里我們先試選型號為GGB65—AA2L12×350×D直線滾動導(dǎo)軌副。查表得：這種導(dǎo)軌的額定動、靜載荷分別為C=115kN，Ca=163kN，fH=1，fT=1，fC=0.66，fW=1.2。計算得Pc=15.7833kN。代入公式有：其中壽命時間的計算公式為：注：Lh—壽命時間，h，L—額定壽命，kM，La—行程長度，m，Nc—每分鐘往復(fù)次數(shù)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算有：，按照每年工作日為300天，二班工作制，每班8h，開機(jī)率為80%，則預(yù)計壽命年限為：年故選用型號為GGB65—AA2L12×350×D直線滾動導(dǎo)軌副能滿足要求。（3）滾動導(dǎo)軌預(yù)緊及調(diào)整：當(dāng)工作臺往復(fù)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(dāng)導(dǎo)軌在位置Ⅰ時，兩端滾動體受力相等，工作臺保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動到位置Ⅱ或Ⅲ時，兩端滾動體受力不相等，變形不一致，使工作臺傾斜α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(dǎo)軌的精度。（4）結(jié)構(gòu)形式如下：3.4絲杠螺母副的計算，選型，效核（機(jī)床設(shè)計手冊P730—P753）假設(shè)工作時候平均載荷Fm=5000N；絲杠的使用壽命Lh=20000h；絲杠的工作長度L=0.35m；絲杠的轉(zhuǎn)速n=600r/min，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58~62HRC，傳動精度要求。（1）求出計算載荷：計算公式為：式中：—載荷系數(shù)，—硬度系數(shù)，—精度系數(shù)，—工作載荷，這些都是按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)查取。計算載荷為如下，（2）根據(jù)壽命計算出額定動載荷：（3）查滾珠絲杠副系列中的額定動載荷，使，初選幾個規(guī)格（或型號），列出其主要參數(shù)如下表所示：規(guī)格型號D0公稱導(dǎo)程p絲杠外徑d鋼球直徑d0絲杠內(nèi)徑d1循環(huán)圈數(shù)動載荷Ca(kN)FFZD63106310617.14455458FFZD80108010787.14472465FFZD63126312917.14455459FFZD80128012787.14472465注：FFZD型為內(nèi)循環(huán)浮動反相器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副。最后考慮各種因素，選絲杠型號為FFZD6310，其中：公稱直徑：D0=63導(dǎo)程：p=10螺旋角：λ=arctan(10/(63π))=2°54′鋼球滾珠直徑：d0=7.144絲杠內(nèi)徑：d1=55（4）穩(wěn)定性驗算：①由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于許用安全系數(shù)[S]。絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷：式中：E—絲杠的彈性模量，對鋼來說E=206GPa—絲杠危險截面的軸慣性矩，μ—長度系數(shù)，雙推-簡支時，μ=2/3安全系數(shù)＞＞[S]=2.5~3.3故絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。支承方式有關(guān)系數(shù)雙推—自由F—O雙推—簡支F—S雙推—雙推F—F[S]3~42.5~3.3—μ22/3—fc1.8753.9274.730②臨界轉(zhuǎn)速驗證高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速＜，臨界轉(zhuǎn)速可按公式計算：＞=10000。（5）剛度驗算：滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T（N.m）共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量（m）為：式中：A—絲杠的截面積，—絲杠的極慣性矩，G—絲杠切變模量，對于鋼G=83.3GPa；T—轉(zhuǎn)矩（N.m）按最不利的情況，即取F=Fm，則：（p為基本導(dǎo)程）=通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動精度的1/2，即：＜故該滾珠絲杠剛度滿足要求。（6）效率驗算：滾珠絲杠副的傳動效率為：通常要求在90%~95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。最后，經(jīng)上述計算驗證，F(xiàn)FZD6310各項性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。3.5繪制進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖電動機(jī)傳動原理圖雙推——簡支式進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖3.6直流伺服電動機(jī)的計算，選型，效核（機(jī)床設(shè)計手冊P1323）本系統(tǒng)設(shè)計中，由于在前面的總體設(shè)計中已經(jīng)說明了步進(jìn)電機(jī)不能滿足其性能要求，故選擇直流伺服電機(jī)，并且是在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中使用。寬調(diào)速直流伺服電機(jī)應(yīng)根據(jù)負(fù)載條件來選擇。加在電動機(jī)軸上的負(fù)載有兩種，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。當(dāng)選用電動機(jī)的時，必須正確的計算負(fù)載，即必須確認(rèn)電動機(jī)能滿足下列條件：⑴在整個調(diào)速范圍內(nèi)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電動機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍以內(nèi)；⑵工作負(fù)載與過載時間應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)；⑶應(yīng)使加速度與希望的時間常數(shù)一致。一般講，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩起減速作用，如果可能，加減速應(yīng)選取相同的時間常數(shù)。我們在這里首先初選大慣量系列（H系列）型號為60H的直流伺服發(fā)電機(jī)。其性能參數(shù)如下：輸出功率15kW，額定轉(zhuǎn)矩98N.m，最大轉(zhuǎn)矩為784N.m，最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量0.0027kg.m2，機(jī)械時間常數(shù)12（1）過熱驗算：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為變量時，應(yīng)用等效法求其等效轉(zhuǎn)矩：由前述計算直流伺服電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩式中：，—時間間隔，在此時間間隔內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為、…。所選電動機(jī)過熱的條件為式中：—電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N.m；—電動機(jī)的額定功率，W；—由等效轉(zhuǎn)矩?fù)Q算的電動機(jī)功率，W，。其中為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。由本題可知：（2）過載驗算：即應(yīng)使瞬時最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩的比值不大于某一系數(shù)，即：式中：—電動機(jī)過載系數(shù)，取。由題知：＜故該電動機(jī)有較好的過載保護(hù)能力。3.7減速器的選用直流伺服電機(jī)與絲杠螺母間的運動傳遞可能有多種形式，我們這里選擇通過減速器傳動絲杠。從上述的分析可知電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，機(jī)床絲杠轉(zhuǎn)速知，傳動比。根據(jù)傳動級數(shù)選擇曲線，將其分為兩節(jié)傳動。又根據(jù)傳動比分配曲線我們這里選擇=1.5，=2.22。這里，我們選取圓柱齒輪傳動第一級傳動參數(shù)如下：、、（模數(shù)），，（齒寬），，，，；第二級齒輪參數(shù)：、、（模數(shù)），（齒寬），，，，。3.8驗算系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量驗算慣量匹配，電機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量Jd與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm應(yīng)控制在：比值太大，系統(tǒng)動特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。如果驗算發(fā)現(xiàn)Jd/Jm不滿足上式要求，應(yīng)返回修改原設(shè)計。通過減速傳動比i和絲杠導(dǎo)程PH的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。若不計摩擦,即TLF＝0,則：或上式表明：得到傳動裝置總傳動比i的最佳值的時刻就是JL換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量JL/i2正好等于電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm的時刻，此時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一半用于加速負(fù)載，一半用于加速電動機(jī)轉(zhuǎn)子，達(dá)到了慣性負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的最佳匹配。根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量有：齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為（齒輪為鍛鋼，并將齒輪近似看做圓柱體）：絲杠的轉(zhuǎn)動慣量近似為：電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為：則等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為：故，所以慣性匹配比較符合要求。四、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1微機(jī)的選用由于MCS-51單片機(jī)具有較高性價比，因此用8031作為系統(tǒng)控制器，采用8155和2764、6264芯片作為I/O和存儲器擴(kuò)展芯片。2764用作程序存儲器，存放監(jiān)控程序；6264用來擴(kuò)展8031的RAM存儲器，存放調(diào)試和運行的加工程序；8155用作鍵盤和LED顯示器接口；鍵盤主要是輸入工作臺方向，有+x、-x、+y、-y四個方向；LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺坐標(biāo)值;系統(tǒng)具有超程報警功能，并有越位開關(guān)和報警燈；其他的輔助電路有復(fù)位電路、時鐘電路、越位報警指示電路。1)限位報警顯示電路為限制工作臺在規(guī)定的范圍內(nèi)運動，在x、y、z向?qū)к壍乃膫€邊界處設(shè)有限位開關(guān)，每一邊界有一限位開關(guān)。當(dāng)工作臺碰撞到限位開關(guān)時，通過電路向單片機(jī)發(fā)出一個中斷請求信號INT0，單片機(jī)接收到信號后快速響應(yīng)，接通報警顯示電路，紅燈報警，同時控制電機(jī)停止運轉(zhuǎn)。其8031控制限位開關(guān)原理圖如下所示：2)鍵盤顯示電路系統(tǒng)顯示接口用8155擴(kuò)展口控制5位8段LED數(shù)碼顯示塊實現(xiàn)動態(tài)顯示，系統(tǒng)鍵盤用8155擴(kuò)展口組成了4×8行列式鍵盤。能實時顯示工作臺的當(dāng)前運動位置，共5位，其中整數(shù)部分3位，小數(shù)部分2位。8155擴(kuò)展I/O口組成的行列式鍵盤4.2存儲器的選用與擴(kuò)展（1）程序存儲器的擴(kuò)展：8031最小應(yīng)用系統(tǒng)（程序存儲器的擴(kuò)展）8031是片內(nèi)無程序存儲器的單片機(jī)芯片，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在片外擴(kuò)展存放程序的ROM。下圖為用8031外接程序存儲器構(gòu)成的最小系統(tǒng)。程序存儲器的作用：存放程序代碼或常數(shù)表格；擴(kuò)展時所用芯片：一般用只讀型存儲器芯片（可以是EPROM、E2PROM、FLASH芯片等）；擴(kuò)展電路連接：三總線的連接；存儲器地址分析：分析存儲器在存儲空間中占據(jù)的地址范圍，實際上就是根據(jù)連接情況確定其最低地址和最高地址。2764芯片擴(kuò)展電路連接圖8031P2.4….P2.0P0.7………………….P0.02764A0000000000000（0000H）00000000000001（0001H）10000000000010（0002H）20000000000011（0003H）30000000000100（0003H）4…………….…………1111111111111（1FFFH）8K-1可見，當(dāng)單片機(jī)輸出地址0000H~1FFFH時（無關(guān)位都取“0”），選中2764的0~8K-1號單元，即按照上面電路擴(kuò)展的8K存儲器的基本地址范圍是0000H~1FFFH（共8K字節(jié)）。（2）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展：數(shù)據(jù)存儲器的作用：存放數(shù)據(jù)，可改寫；擴(kuò)展時所用芯片：一般用靜態(tài)讀寫型存儲器芯片SRAM；擴(kuò)展電路連接：三總線的連接；存儲器地址分析：分析存儲器在存儲空間中占據(jù)的地址范圍，實際上就是根據(jù)連接情況確定其最低地址和最高地址。擴(kuò)展時所用芯片：6116——2KSRAM擴(kuò)展電路連接圖如下所示存儲器地址分析：分析存儲器在存儲空間中占據(jù)的地址范圍，實際上就是根據(jù)連接情況確定其最低地址和最高地址。8031P2.7…………….P2.2P2.1P2.0P0.7………………….P0.0選中單元（6116CEA10A0XXXX00000000000（0000H）00XXXX00000000001（0001H）10XXXX00000000010（0002H）20XXXX00000000011（0003H）30XXXX00000000100（0004H）4……….…………0XXXX11111111111（07FFH）2K-1可見，當(dāng)單片機(jī)輸出地址0000H~07FFH時（假設(shè)無關(guān)位都取0），選中6116的0~2K-1號單元，即按照上面電路擴(kuò)展的2K存儲器的基本地址范圍是0000H~07FFH（共2K字節(jié)）。擴(kuò)展6264數(shù)據(jù)存儲器的電路4.3譯碼電路設(shè)計譯碼法：當(dāng)擴(kuò)展芯片需要的片選信號要比可提供的地址線多時，就無法使用片選法來擴(kuò)展外圍芯片了。這時，常常采用譯碼法來進(jìn)行。所謂譯碼法，是將低位地址線作為擴(kuò)展芯片的片內(nèi)地址線（取外圍芯片中最大的地址線位數(shù)），而用譯碼電路對可利用的高位地址線進(jìn)行譯碼，以得到較多的片選信號。下圖為地址譯碼法連接原理圖。特點：在單片機(jī)只剩余3根高位地址線時，可外擴(kuò)8片外圍接口電路及芯片。既充分的利用了存儲空間，又避免了空間分散。采用譯碼法的外擴(kuò)展器件地址分配表4.4接口電路設(shè)計輸入/輸出接口控制對硬件電路的要求是：①能可靠的傳遞控制信息，并能夠輸入有關(guān)的運動機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息；②能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿足微機(jī)對輸入/輸出信息的轉(zhuǎn)換要求，如D/A、A/D轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字量轉(zhuǎn)換成串行電脈沖、電平的轉(zhuǎn)換與匹配，電量與非電量之間的轉(zhuǎn)換，弱電與強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率的匹配等；③應(yīng)具有較強(qiáng)的阻斷干擾信號進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力，以提高系統(tǒng)的可靠性。（1）光電隔離電路設(shè)計：為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號通過I/O口控制電路進(jìn)入計算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導(dǎo)。晶閘管輸出型光電耦合電路圖這種電路的輸出部分為光控晶閘管，光控晶閘管由單向和雙向兩種形式，這種光電耦合器常用在大功率的隔離驅(qū)動場合，本系統(tǒng)功率較大，故采用此種光電耦合電路。（2）信息轉(zhuǎn)換電路：微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的微機(jī)發(fā)出的控制信號一般要經(jīng)過功率放大后，才能驅(qū)動各類執(zhí)行元件。本系統(tǒng)設(shè)計采用的是晶體管調(diào)制（PWM）驅(qū)動直流伺服電機(jī)半閉環(huán)控制系統(tǒng)。微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)I/O控制回路中，還常用到D/A、A/D轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)所采用的直流伺服電機(jī)控制回路中，就增加了D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。輸出控制時，微機(jī)每次都將運算后得到的以數(shù)字形式的控制參數(shù)輸入到數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號仍為弱電信號，還需要經(jīng)過功率放大電路放大，然后控制電動機(jī)運行。機(jī)械系統(tǒng)中的位置反饋信號可以是數(shù)字量信號，也可以是模擬量信號，視被測傳感元件不同而異。若位置反饋量是模擬量，則在位置反饋回路中應(yīng)設(shè)置模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。在位置信號進(jìn)入微機(jī)前，完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換工作。直流伺服電機(jī)的控制回路4.5驅(qū)動電路的設(shè)計日本法拉克（FANUC）公司生產(chǎn)的直流伺服電機(jī)，其中H系列屬于大慣量系列，是大慣量控制用電動機(jī)，它有較大的功率輸出，本系統(tǒng)中采用的是型號為60H的直流伺服電機(jī)采用晶閘管脈寬調(diào)制驅(qū)動（PWM）。晶閘管脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速驅(qū)動原理：利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓（）轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電動機(jī)電樞，通過對方波脈沖寬度的控制（），改變電樞平均電壓，從而使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。PWM直流調(diào)速驅(qū)動原理圖PWM系統(tǒng)的主回路電氣原理圖4.6繪制控制系統(tǒng)原理框圖控制系統(tǒng)原理框圖五、傳感器的選擇與設(shè)計說明通常選擇傳感器的步驟：（1）借助于傳感器分類表按照被測量的性質(zhì)從經(jīng)典應(yīng)用中可以初步確定幾種可供選擇的傳感器類別；（2）借助于幾種常用傳感器比較表，按被測量的檢測范圍，精度要求，環(huán)境要求等確定傳感器的結(jié)構(gòu)形式和傳感器最后的類別；（3）借助于傳感器的產(chǎn)品目錄選擇樣本最后查出傳感器的規(guī)格型號。5.1選擇傳感器本數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用的是直流伺服電機(jī)驅(qū)動的半閉環(huán)控制系統(tǒng)，需連接傳感器，半閉環(huán)系統(tǒng)中通過傳感器檢測位于目標(biāo)之前的中間環(huán)節(jié)部位的運動并進(jìn)行反饋，我們這里需要檢測的是速度和位置，故需要選擇速度傳感器和位置檢測傳感器。檢測的是模擬信號，在傳給微機(jī)控制系統(tǒng)之前還需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，計算機(jī)只能識別數(shù)字量的信號，所以還需要設(shè)計一個進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路。速度傳感器分類表類型精度線性度分辨力或靈敏度特點磁電感應(yīng)式5%～10%0.02%～0.1%600mV.s/cm靈敏度高，性能穩(wěn)定，使用方便，但是頻率下限受限制，體積較大，重量較重電容式±1個脈沖非接觸測量，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，靈敏度、分辨力高，可測量轉(zhuǎn)速。需要采取屏蔽措施測速發(fā)電機(jī)0.2%～1%0.4～5(mV.min/r)線性度好，靈敏度高，輸出信號大，性能穩(wěn)定轉(zhuǎn)子陀螺＜±2%(°)/s0.2%（滿度值）（0.6～2）(°)/s它是一種慣性傳感器，安裝簡單，使用方便，但較重，成本高，壽命短從這幾個類別中，我們選擇速度傳感器類別為測速發(fā)電機(jī)。

它是一種能把機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅鳌Ｋc一般的發(fā)電機(jī)相比有如下兩個特點：(1)輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格地成線性關(guān)系；(2)輸出電勢與轉(zhuǎn)速比的斜率大。查取相關(guān)資料我們選擇型號為：ROTEX—BS70電機(jī)。位置檢測傳感器分類表類型測量范圍/mm線性度/%分辨力/μm優(yōu)點缺點電阻應(yīng)變式0～500.1～0.51精度較高動態(tài)范圍窄電渦流式1～51～30.05～5結(jié)構(gòu)簡單并能防水和油污靈敏度隨檢測對象的材料而變感應(yīng)同步式200～4×104精度2.5μm/m0.1在機(jī)床加工和自動控制中應(yīng)用較廣、動態(tài)范圍寬、精度高安裝不便光柵式30～3000精度可達(dá)0.5～3μm/m0.1～10從這幾個類別中，我們選擇位置傳感器類別為光柵式。光柵測量裝置是數(shù)控機(jī)床和數(shù)顯系統(tǒng)常用的檢測元件。它具有精度高，響應(yīng)速度較快等優(yōu)點，光柵測量是一種非接觸式測量。查取相關(guān)資料我們選擇型號為：CSY2001B型傳感器。傳感器包括：（基本型2001型含24種傳感器，序號2.1-2.24。增強(qiáng)型CSY2001B型含28種傳感器，序號2.1-2.28）。光柵位置傳感器5.2傳感器與微機(jī)的接口電路傳感器與微機(jī)接口連接（見上頁圖）六、課程設(shè)計總結(jié)與心得體會1、設(shè)計的過程中必須嚴(yán)肅認(rèn)真，刻苦專研，一絲不茍，精益求精，才能在設(shè)計思想，方法和技能各方面獲得較好的鍛煉與提高。2、機(jī)電一體化課程設(shè)計是在老師的指導(dǎo)下獨立完成的。我們必須發(fā)揮設(shè)計的主動性，主動思考問題分析問題和解決問題。3、設(shè)計中要正確處理參考已有資料和創(chuàng)新的關(guān)系。熟悉和利用已有的資料，既可避免許多重復(fù)的工作，加快設(shè)計進(jìn)程，同時也是提高設(shè)計質(zhì)量的重要保證。善于掌握和使用各種資料，如參考和分析已有的結(jié)構(gòu)方案，合理選用已有的經(jīng)驗設(shè)計數(shù)據(jù)，也是設(shè)計工作能力的重要方面。4、在老師的指導(dǎo)下訂好設(shè)計進(jìn)程計劃，注意掌握進(jìn)度，按預(yù)定計劃保證質(zhì)量完成設(shè)計任務(wù)。課程設(shè)計應(yīng)邊計算，邊繪圖，邊修改，設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖交替進(jìn)行，這與按計劃完成設(shè)計任務(wù)并不矛盾，應(yīng)從第一次設(shè)計開始就注意逐步掌握正確的設(shè)計方法。5、整個設(shè)計過程中要注意隨時整理計算結(jié)果，并在設(shè)計草稿本上記下重要的論據(jù)，結(jié)果，參考資料的來源以及需要進(jìn)一步探討的問題，使設(shè)計的各方面都做到有理有據(jù)。這對設(shè)計正常進(jìn)行，階段自我檢查和編寫計算說明書都是必要的。作為整個學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計雖然安排理論課后進(jìn)行，但并不具有絕對獨立的意義。它的一個重要功能，在于運用學(xué)習(xí)成果，檢驗學(xué)習(xí)成果。運用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應(yīng)用于實際設(shè)計工作，并從理論的高度對設(shè)計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設(shè)想。檢驗學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實踐依據(jù)。對我們機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的本科生來說，實際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計工作。通過課程設(shè)計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時補(bǔ)充相關(guān)知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準(zhǔn)備，從而縮短從校園走向社會的心理轉(zhuǎn)型期。課程設(shè)計促進(jìn)了人才培養(yǎng)計劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。課程設(shè)計達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在課程設(shè)計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對機(jī)電一體化設(shè)計流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。由于時間緊迫，所以這次的課程設(shè)計存在許多缺點，比如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量也很大，負(fù)載分析也較大。齒輪的計算不夠精確等等缺陷，我相信，通過這次機(jī)電一體化的課程設(shè)計，能使我在以后的設(shè)計中避免很多不必要的工作，有能力設(shè)計出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的機(jī)器。七、參考資料[1]張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.3[M].北京：高等教育出版社，2007.[2]濮良貴,紀(jì)明剛等.機(jī)械設(shè)計.8版[M].北京：高等教育出版社，2009.[3]吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊.3版[M].北京：高等教育出版社，2009.[4]王茁,李穎卓,張波.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.[5]尚濤等.機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.[6]袁中凡等.機(jī)電一體化技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2007.[7]現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊編委會編.機(jī)床設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006。[8]尹志強(qiáng)等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007?；贑8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)HYPERLIN