【正文】 數(shù)控十字工作臺(tái)設(shè)計(jì)目 錄第一章 緒論…………………………………………………………………… 1………………………………………………………………… 1……………………………………………………… 1……………………………………………………………………… 1…………………………………………………………… 2第二章 機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………4 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………4………………………………………………………4 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析……………………………………… 4…………………………………… 4 Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………5第三章 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………… 7 滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定……………………………………………………… 7 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率……………………………………………………… 7第四章 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型…………………………………………………… 9第五章 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定………………………………………… 11 步進(jìn)電機(jī)的選用……………………………………………………………… 11 脈沖當(dāng)量和步距角……………………………………………………… 11……………………………………… 11…………………………………………… 12………………………………………………………… 12…………………………………………………………… 12……………………………………………… 12…………………………………………………… 13第六章 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的確定…………………………………………………… 15 根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度…………………… 15……………………………… 15第七章 消隙方法與預(yù)緊………………………………………………………… 17……………………………………………………………………… 17………………………………………………………… 17………………………………………………………… 18…………………………………………………… 18…………………………………………………………………………… 19第八章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 20 確定機(jī)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(chǔ)器及I/O的擴(kuò)展……………………………………………… 22 8155工作方式查詢……………………………………………………… 23………………………………………………………………… 24 8155定時(shí)功能…………………………………………………………… 25 芯片地址分配…………………………………………………………… 26………………………………………………………………… 27……………………………………………………………………… 27……………………………………………………………………… 27 鍵盤設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 28…………………………………………………………… 28 鍵盤程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 29 顯示器設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 33…………………………………………………… 33………………………………………………………………… 34 8155擴(kuò)展I/O端口的初始化……………………………………………… 34 插補(bǔ)原理 ……………………………………………………………………… 35 ………………………………………………………………… 35 ………………………………………………………………… 36第九章 步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng)……………………………………………… 39第十章 總 結(jié) …………………………………………………………………… 40致 謝………………………………………………………………………………… 41參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………42第一章 緒論數(shù)控十字工作臺(tái)， “十五”的主要工作是促進(jìn)加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持年產(chǎn)值20％的平均增長率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)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(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)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(gè)重要趨勢。 數(shù)控十字工作臺(tái)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，數(shù)控十字工作臺(tái)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(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（89C51主控芯片）控制數(shù)控十字工作臺(tái)床，主要設(shè)計(jì)對(duì)象是XY工作臺(tái)部件及89C51單片機(jī)控制原理圖。而對(duì)數(shù)控十字工作臺(tái)其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對(duì)XY工作臺(tái)的縱、。工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。參考數(shù)控?cái)?shù)控十字工作臺(tái)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖11。X向工作臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Y向工作臺(tái) 圖11 系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線路圖參考MCS－51系列單片機(jī)控制XY工作臺(tái)線路圖。步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會(huì)社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用RORZE的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)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(jià)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(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計(jì)棄用Z80，而選用單片機(jī)。單片機(jī)體積小、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價(jià)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(shí)際情況需配備EPROM和RAM，并要求時(shí)序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時(shí)間約為3t，則t＝480ns ,常用EPROM讀取時(shí)間約為200~450ns。89C51的讀取時(shí)間應(yīng)大于ROM要求的讀取時(shí)間。89C51的讀寫時(shí)間約為4T，則TR＝660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時(shí)間為200ns左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴(kuò)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(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路。44 / 44第二章 機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)可沿X向和Y向數(shù)控運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)； 數(shù)控運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力源可以采用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但是所選電機(jī)必須與該電機(jī)生產(chǎn)廠所列技術(shù)數(shù)據(jù)一致； 工作臺(tái)尺寸400250mm（X / Y）； 工作臺(tái)工作行程為：300150mm（X /Y）； 脈沖當(dāng)量：；； X/Y向最高工作進(jìn)給速度：300mm/min； X/Y向最高空載快進(jìn)速度：700mm/min； X/Y/Z向切削負(fù)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(shí)，連續(xù)工作5年，250天/年 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因機(jī)床工件之間不直接接觸,因此可以認(rèn)為在加工過程中沒有外力負(fù)載作用。其切削力為零。XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成,各自之間均以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副相聯(lián),以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，即X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，即Y向。一般來說,數(shù)控機(jī)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計(jì),但滾珠絲杠副,以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略,這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施,其產(chǎn)生的負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。初定工作臺(tái)，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(jì)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(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)載W為:W=W1+W2+W3+G＝665+250+250+1176＝2301N Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控十字工作臺(tái)對(duì)Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時(shí)檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整高度，：同時(shí)，隨動(dòng)速度應(yīng)大于5m/min。隨動(dòng)速度太快會(huì)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(duì)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