【正文】 動(dòng)器將信號(hào)放大到若干安培,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一個(gè)功率放大器,驅(qū)動(dòng)器的質(zhì)量直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能,驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載是電機(jī)的繞組,:失真要小,要有較好的前后沿和足夠的幅度。計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和計(jì)數(shù)方式由輸入計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)控制字來(lái)確定。其工作情況與8255方式0、方式1時(shí)大致相同，控制信號(hào)的含義也基本相同?？刂泼罴拇嫫髦荒軐懭氩荒茏x出，8位控制命令寄存器的低4位用來(lái)設(shè)置A口、B口、C口的工作方式。由于8031單片機(jī)外接一片8155后，就綜合地?cái)U(kuò)展了數(shù)據(jù)RAM、I/O端口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，必須根據(jù)外圍設(shè)備的類型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫入操作口。在單片機(jī)的I/O口擴(kuò)展8255芯片，其接口相當(dāng)簡(jiǎn)單，: 8255的擴(kuò)展電路圖圖中8255的分別與MCS51的相連；8255的D0D7直接MCS51的P0口。但在實(shí)際應(yīng)用中，P0口常被用作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線使用，P2口常被用作為高8位地址總線使用，P3口某些位又常用它的第二功能，特別是無(wú)ROM型的單片機(jī)因必須擴(kuò)展外部程序存貯器，則更是如此。8031單片機(jī)外部擴(kuò)展兩片2764EPROM和兩片6264靜態(tài)RAM。從圖可知：，第二片選線接高電平，保持一直有效狀態(tài)。在8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存貯器的設(shè)計(jì)無(wú)須考慮刷新問(wèn)題，因而它與微處理器的接口很簡(jiǎn)單。在這種情況下，可利用MCS51的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存貯器。同時(shí)，8031運(yùn)行所需的程序指令來(lái)自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會(huì)運(yùn)行。根據(jù)程序存貯器擴(kuò)展的原理，以EPROM和鎖存器74L373為例對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。通信地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373。 程序存貯器的擴(kuò)展MCS51系列單片機(jī)的程序存貯器空間和數(shù)據(jù)存貯器空間是相互獨(dú)立的。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期上的高電平（因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms），就能使單片機(jī)有效復(fù)位，當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHZ時(shí)，RC的典型值為。RST變位低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。P3（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。所以該引腳必須接地，既此時(shí)只能訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。當(dāng)下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用能源。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。（18）：接外部晶體的另一端。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存儲(chǔ)器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。起動(dòng)頻率的校核：符合設(shè)計(jì)要求。為傳動(dòng)效率，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算如下：為滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，且由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，的值與和比起來(lái)，很小，此處忽略不計(jì)。所以有：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的。在這設(shè)計(jì)里我采用雙片直齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法來(lái)消除間隙。 齒輪傳動(dòng)消隙齒輪傳動(dòng)的間隙也叫側(cè)隙，它是指一個(gè)齒輪固定不動(dòng)，另一個(gè)齒輪能夠作出的最大角位移。、設(shè)計(jì) 絲杠傳動(dòng)比的確定因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=4mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量,在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng).齒輪傳動(dòng)比：，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：α= ?/step。②能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，適宜用于高度精度的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。②特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)見到，裝卸方便，剛度高；但調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和預(yù)緊，適用于高剛度重載傳動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)名稱計(jì)算公式結(jié)果公稱直徑――25mm螺距――4mm接觸角――鋼球直徑――螺紋滾道法向半徑偏心距螺紋升角螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 滾珠絲桿副的預(yù)緊方式為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度，可以預(yù)加載荷，使它在過(guò)盈的條件下工作，常用的預(yù)緊方式有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。 滾珠絲杠副的計(jì)算和選定最大工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，由于本次設(shè)計(jì)的工作臺(tái)主要適用于激光焊接（切割）加工，所以其工作臺(tái)主要承受工件的重力作用，且導(dǎo)軌形式為矩形導(dǎo)軌，則計(jì)算公式如下：其中、分別為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷、垂直載荷和橫向載荷（N）；為移動(dòng)部件的重力；和分別為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算，是以在一定載荷下行走一定距離后，90%的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。3 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 X方向工作臺(tái)尺寸確定取X方向?qū)к壷С袖撉虻闹行木酁?80mm，Y方向?qū)к壷С袖撉虻闹行木酁?30mm，： 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖托板尺寸：長(zhǎng)寬高 666mm320mm25mm上導(dǎo)軌（X方向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 =230mm動(dòng)導(dǎo)軌行程 =250mm支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 L= +=230+250=480mm保持器長(zhǎng)度 =+/2=355mm Y方向工作臺(tái)尺寸托板尺寸：長(zhǎng)寬高 666mm320mm25mm下導(dǎo)軌（Y方向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 =320動(dòng)導(dǎo)軌行程 =250mm支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 L=+=320+250=580保持器長(zhǎng)度 =+/2=445mm上托板重量： (1)下托板重量： (2)X方向?qū)к壷亓浚? (3)Y方向?qū)к壷亓浚? (4)焊接工件重量暫?。? 160N (5)X工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分重量：XY工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量：首先根據(jù)上述系統(tǒng)總體方案要求，選用雙V形滾珠導(dǎo)軌。采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減少振動(dòng)。MCS51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，運(yùn)算速度快，具有很高的性能價(jià)格比。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下：工作臺(tái)寬度長(zhǎng)度 230mm230mm工作臺(tái)加工范圍 250mm250mmX、Y方向的脈沖當(dāng)量 X、Y方向的定位精 X、Y方向步進(jìn)電機(jī) 55BF003Z方向步進(jìn)電機(jī) 95BC340A工作臺(tái)X方向最快移動(dòng)速度 5400mm/min工作臺(tái)Y方向最快移動(dòng)速度 5400mm/min工作臺(tái)外形尺寸（長(zhǎng)寬高） 729mm729mm375mm工作臺(tái)凈重 350kg 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式及零部件的選定 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)由于所設(shè)計(jì)的數(shù)控工作臺(tái)要求能滿足各種形狀的工件能夠進(jìn)行激光焊接（切割）和加工，而且激光噴嘴的運(yùn)動(dòng)受到限制，故采用連續(xù)控制系統(tǒng)。模塊化的XY數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其目的是：能夠正確運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的基本理論和相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。宏/微結(jié)合精密工作臺(tái)的實(shí)現(xiàn)模式(1)第一級(jí)機(jī)構(gòu)的行程誤差必須小于第二級(jí)機(jī)構(gòu)(微定位平臺(tái))的最大行程,即第一級(jí)機(jī)構(gòu)的誤差具有可補(bǔ)償性。但此法最大的缺點(diǎn)是系統(tǒng)對(duì)機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)的要求非常高,必須采用特殊的材料、工藝以及具有精確數(shù)學(xué)模型及精確補(bǔ)償模型的伺服控制系統(tǒng)來(lái)保證位移精度的實(shí)現(xiàn)。解決這一矛盾的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)合理的機(jī)械執(zhí)行裝置。大行程精密位移技術(shù)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體加工、精密制造、光學(xué)工程等領(lǐng)域的實(shí)際生產(chǎn)中,用以提高加工精度,制造出體積更小、能耗更低、功能更強(qiáng)大的產(chǎn)品。 數(shù)控工作臺(tái)的發(fā)展及應(yīng)用前景模塊化的XY數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。其次從國(guó)防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證?？v觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過(guò) 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ,總體來(lái)看取得的成績(jī)還是不小。在此階段 ,由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。(3) 、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動(dòng)生成。(2) 、5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。從 EMO2001 展會(huì)情況來(lái)看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/ min ,甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ min左右。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。若工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求，很容易造成焊接缺憾。尤其是近幾年來(lái)， 在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：1，最高可達(dá)10：1。 與其它焊接技術(shù)相比，激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是：速度快、深度大、變形小。20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過(guò)程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡(jiǎn)單?？蛇M(jìn)行微型焊接。激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國(guó)的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。但過(guò)去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。第二階段是在國(guó)家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考(1) 、戰(zhàn)略考慮。(2)、發(fā)展策略。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。因此,具有50mm以上行程、亞微米級(jí)以下定位精度的多自由度精密位移技術(shù)已經(jīng)成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。實(shí)現(xiàn)原理目前,實(shí)現(xiàn)大行程高精度、具有一定運(yùn)行速度和負(fù)載能力的位移主要有兩種方法。第二,采用宏/微結(jié)合的模式即采用兩級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),第一級(jí)機(jī)構(gòu)首先完成大行程運(yùn)動(dòng),第二級(jí)機(jī)構(gòu)以第一級(jí)機(jī)構(gòu)的行程誤差作為其目標(biāo)行程,執(zhí)行補(bǔ)償動(dòng)作,通過(guò)兩級(jí)機(jī)構(gòu)的組合,共同完成大行程高精度的位移動(dòng)作。(2)對(duì)軌跡精度有要求時(shí),第二級(jí)機(jī)構(gòu)的控制周期必須小于第一級(jí)機(jī)構(gòu)的有效控制周期,即第二級(jí)機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償動(dòng)作具有有效性和實(shí)時(shí)性。通過(guò)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟；通過(guò)測(cè)試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一