【正文】 數(shù)控十字工作臺設(shè)計目 錄第一章 緒論…………………………………………………………………… 1………………………………………………………………… 1……………………………………………………… 1……………………………………………………………………… 1…………………………………………………………… 2第二章 機械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………4 XY工作臺的設(shè)計………………………………………………………………4………………………………………………………4 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析……………………………………… 4…………………………………… 4 Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………5第三章 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算………………………………………… 7 滾珠絲杠副導程的確定……………………………………………………… 7 滾珠絲杠副的傳動效率……………………………………………………… 7第四章 直線滾動導軌的選型…………………………………………………… 9第五章 步進電機及其傳動機構(gòu)的確定………………………………………… 11 步進電機的選用……………………………………………………………… 11 脈沖當量和步距角……………………………………………………… 11……………………………………… 11…………………………………………… 12………………………………………………………… 12…………………………………………………………… 12……………………………………………… 12…………………………………………………… 13第六章 傳動系統(tǒng)剛度的確定…………………………………………………… 15 根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度…………………… 15……………………………… 15第七章 消隙方法與預緊………………………………………………………… 17……………………………………………………………………… 17………………………………………………………… 17………………………………………………………… 18…………………………………………………… 18…………………………………………………………………………… 19第八章 控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………… 20 確定機床控制系統(tǒng)方案……………………………………………………… 20 主要硬件配置………………………………………………………………… 20…………………………………………………………… 20 主要管腳功能…………………………………………………………… 20 EPROM的選用…………………………………………………………… 21 RAM的選用……………………………………………………………… 22 89C51存儲器及I/O的擴展……………………………………………… 22 8155工作方式查詢……………………………………………………… 23………………………………………………………………… 24 8155定時功能…………………………………………………………… 25 芯片地址分配…………………………………………………………… 26………………………………………………………………… 27……………………………………………………………………… 27……………………………………………………………………… 27 鍵盤設(shè)計……………………………………………………………………… 28…………………………………………………………… 28 鍵盤程序設(shè)計……………………………………………………………… 29 顯示器設(shè)計 …………………………………………………………………… 33…………………………………………………… 33………………………………………………………………… 34 8155擴展I/O端口的初始化……………………………………………… 34 插補原理 ……………………………………………………………………… 35 ………………………………………………………………… 35 ………………………………………………………………… 36第九章 步進電機接口電路及驅(qū)動……………………………………………… 39第十章 總 結(jié) …………………………………………………………………… 40致 謝………………………………………………………………………………… 41參考文獻………………………………………………………………………………42第一章 緒論數(shù)控十字工作臺， “十五”的主要工作是促進加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持年產(chǎn)值20％的平均增長率，實現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應用中普及和推廣加工技術(shù)，重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應用激光技術(shù)進行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化與計算機數(shù)控技術(shù)、先進的光學系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為發(fā)展的一個重要趨勢。 數(shù)控十字工作臺是光、機、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工相比，數(shù)控十字工作臺的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負擔，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命。本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一臺單片機（89C51主控芯片）控制數(shù)控十字工作臺床，主要設(shè)計對象是XY工作臺部件及89C51單片機控制原理圖。而對數(shù)控十字工作臺其他部件如冷水機、激光器等不作為設(shè)計內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機對XY工作臺的縱、。工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動直線導軌副、步進電機、工作臺等。設(shè)計時應兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。參考數(shù)控數(shù)控十字工作臺的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進電機，經(jīng)齒輪機構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)進給。其原理示意圖11。X向工作臺控制器驅(qū)動器步進電機步進電機驅(qū)動器Y向工作臺 圖11 系統(tǒng)總體原理圖微機控制線路圖參考MCS－51系列單片機控制XY工作臺線路圖。步進電機參照RORZE株式會社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運行精度,同時驅(qū)動器也選用RORZE的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計參照了漢江機床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計棄用Z80，而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH（E2PROM），但考慮實際情況需配備EPROM和RAM，并要求時序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時間約為3t，則t＝480ns ,常用EPROM讀取時間約為200~450ns。89C51的讀取時間應大于ROM要求的讀取時間。89C51的讀寫時間約為4T，則TR＝660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時間為200ns左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴展I/O接口8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強電干擾，采用光電隔離電路。44 / 44第二章 機械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 XY工作臺的設(shè)計 設(shè)計可沿X向和Y向數(shù)控運動的工作臺； 數(shù)控運動驅(qū)動力源可以采用步進電機或交流伺服電機驅(qū)動，但是所選電機必須與該電機生產(chǎn)廠所列技術(shù)數(shù)據(jù)一致； 工作臺尺寸400250mm（X / Y）； 工作臺工作行程為：300150mm（X /Y）； 脈沖當量：；； X/Y向最高工作進給速度：300mm/min； X/Y向最高空載快進速度：700mm/min； X/Y/Z向切削負載為：2000/2000/1000N； 工件最大重量（包括夾具）為：150KG；工作壽命每天8小時，連續(xù)工作5年，250天/年 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析因機床工件之間不直接接觸,因此可以認為在加工過程中沒有外力負載作用。其切削力為零。XY工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成,各自之間均以滾動直線導軌副相聯(lián),以保證相對運動精度。設(shè)下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即X向，上導軌為縱向傳動系統(tǒng)，即Y向。一般來說,數(shù)控機床的滾動直線導軌的摩擦力可忽略不計,但滾珠絲杠副,以及齒輪之間的滑動摩擦不能忽略,這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預緊措施,其產(chǎn)生的負載波動應控制在很小的范圍。初定工作臺，材料為HT200，估重為625N (W1)。設(shè)中托座,材料為HT200，估重為250N（W2）。另外估計其他零件的重量約為250N (W3)。加上工件最大重量約為120Kg（1176N）(G)。則下托座導軌副所承受的最大負載W為:W=W1+W2+W3+G＝665+250+250+1176＝2301N Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控十字工作臺對Z軸隨動機構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機和滾珠絲桿調(diào)整高度，：同時，隨動速度應大于5m/min。隨動速度太快會造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。對加工板材的檢測主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式