【正文】 ，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；3. 通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；4. 通過課程設(shè)計提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。已知條件：定位精度：177。 (1).機械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙1張。1. 系統(tǒng)運動方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標(biāo)軸的運動有精確的運動關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。3. 計算機系統(tǒng)的選擇采用MCS51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。 考慮電機步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進電機負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動。取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計工作臺簡圖如下:工作臺簡圖X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=420*410*50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(dǎo)軌(含電機)重量為夾具及工件重量:約155NXY工作臺運動部分總重量為:第三節(jié) 滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=(Fz+W)； fSL=~(一般運行狀況)，~（運動時受沖擊、振動）。其基本參數(shù)如下:其額定動載荷為14205N ,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表名稱計算公式結(jié)果公稱直徑――20mm螺距――５mm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)）（2） 傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為：式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。第五節(jié) 齒輪計算、設(shè)計因步進電機步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動.齒輪傳動比： ，初選步進電機步距角：α= ?/step。若取，則Ｓ＝，且。第二節(jié) 設(shè)計步驟。3． 存儲器。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。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。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。本設(shè)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(shè)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。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(shè)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。它有４Ｘ８鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。本設(shè)計采用集成脈沖分配器YB013。光電耦合器接線圖如下：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn)?！　　?nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖所示。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(fù)位，之后ＣＰＵ便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。利用光電耦合電路，將行程開關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至８０３１的Ｉ／。越界報警電路如下圖所示第三節(jié) 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計該系統(tǒng)選用ＭＣＳ－５１系列的８０３１作為主控制器。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H開始執(zhí)行監(jiān)控程序。8155的片選端接至譯碼器（74LS138）的Y4的輸出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號分別為8000H及8001H，8002H，8003H。鍵盤與顯示器設(shè)計在一起，8155的PC口擔(dān)任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制；PB口的PB0—PB3為鍵盤的行線。PB口剩余的I/O線PB4—PB7分別作為工作臺+X，+Y，X，Y四個方向的行程限位控制信號。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。根據(jù)零件加工源程序進行插補，分配進給脈沖。包括移動不見移動超界處理，緊急停機處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。(二).軟件設(shè)計數(shù)控XY工作臺的控制功能包括：（1）、系統(tǒng)初始化。（3）、輸入和顯示加工程序。工作臺位移超過規(guī)定值時應(yīng)該立即停止工作臺的運動，并顯示相應(yīng)的指示字符。 管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入管理程序。根據(jù)以上分析，設(shè)計管理程序流程圖如下所示：開始系統(tǒng)初始化加工程序輸入鍵按下？機床復(fù)位 N加工數(shù)據(jù)輸入自動加工手動加工鍵按下？自動加工鍵按下？N Y N手動調(diào)整Y Y N管理程序流程（1）機床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位→刀具快速進給→加工→退刀→工作臺運動到下一位置；（2）計算機在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機床完成加工；（3）由以上分析，設(shè)計自動加工程序框圖如下所示： 入口零件坐標(biāo)地址指針讀零件坐標(biāo)調(diào)步進電機子程序工作臺移動到位刀具快進加工快速退刀 零件坐標(biāo)地址指針加1零件加工完成 N Y 返回步進電機的控制包括速度，轉(zhuǎn)角及方向的控制。此間隔由送入定時器的時間常數(shù)決定。由步進電機=，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步進電機角加速度又式中：為上升到步進電機最高頻率所需時間，所以有：加速脈沖個數(shù)：確定加減脈沖個數(shù)都為54個又因為：所以脈沖時刻結(jié)合可以算出對應(yīng)各脈沖時刻的計數(shù)器時間常數(shù)。步進電機控制程序框圖如下所示：步進電機控制子程序：開始中斷初始化設(shè)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 N返回關(guān)中斷？開中斷啟動定時器 Y 步進電機控制中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序入口送時間常數(shù) 步進電機進一步N0=0？N1=0？時間常數(shù)地址指針加1N1←N11N2=0？N0←N01時間常數(shù)地址指針加1關(guān)中斷N2←N21