【正文】 雙工A/D 轉(zhuǎn)換器、并行的電機(jī)電流讀數(shù)轉(zhuǎn)換與通訊、Flash 存儲(chǔ)器或 ROM 程序存儲(chǔ)器，還包括同步、異步串行外設(shè)接口、比較單元、通用定時(shí)器及與光電編碼器接口的編碼單元等資源?，F(xiàn)在，工程師們可以利用不斷發(fā)展的控制技術(shù)和高性能的處理器設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng)，這種控制理論和實(shí)現(xiàn)手段的并行發(fā)展使得許多復(fù)雜而有效的控制算法能迅速地用到實(shí)際生產(chǎn)過程中。運(yùn)行過程中，PC 機(jī)把粗插補(bǔ)的數(shù)據(jù)通過 PC 機(jī)與 DSP 通訊電路傳遞給 DSP 進(jìn)行時(shí)間分割精插補(bǔ)。單卡可以同時(shí)控制 14 軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。的正交編碼脈沖，相角超前90與滯后對(duì)應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，頻率對(duì)應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)電機(jī)的角位移。每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè) C相（Index）脈沖，用來產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中主要使用體積小、精度高、工作穩(wěn)定可靠的光電脈沖編碼器。引入前饋后，跟隨誤差從開始的 63 個(gè)脈沖迅速上升到 109 個(gè)脈沖，然后逐漸下降，在大約 秒后穩(wěn)定在177。微分調(diào)節(jié)的作用是阻止偏差的變化，偏差變化越快，微分調(diào)節(jié)器的輸出也越大，因此微分作用的加入將有圖 32 PID 調(diào)節(jié)原理框圖廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 16 －助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。速度環(huán)和電流環(huán)分別在速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式下發(fā)揮作用，因此在運(yùn)動(dòng)控制器采用的速度控制模式中，主要由速度環(huán)和位置環(huán)構(gòu)成雙閉環(huán)。伺服電機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí)，應(yīng)限制其最大轉(zhuǎn)速，以免驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生過速報(bào)警。驅(qū)動(dòng)器可由內(nèi)部參數(shù) Pr52 對(duì)外部速度指令進(jìn)行零漂調(diào)整。 速度控制模式（Pr02=1）在速度控制模式中，上位控制系統(tǒng)通過 SPD、GND 引腳給伺服驅(qū)動(dòng)器輸入一個(gè)－10V～＋10V 的模擬電壓，即可控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)從負(fù)向最大轉(zhuǎn)速到正向最大轉(zhuǎn)速之間的速度變化。若通過 SIGNSIGN2 進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器，則電機(jī)按 CCW 方向旋轉(zhuǎn)。的 A、B 兩相脈沖分別從 PULSPULS2 和 SIGNSIGN2送入伺服驅(qū)動(dòng)器。 位置控制模式（Pr02=0）當(dāng)伺服系統(tǒng)處于位置控制時(shí)，控制系統(tǒng)給伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)是脈沖和方向信號(hào)。為了適應(yīng)數(shù)字化控制的發(fā)展趨勢(shì)，國外一些廠家在九十年代初相繼推出了帶位置環(huán)的全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。早期的交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的速度閉環(huán)系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)器從主控制系統(tǒng)接收電壓變化范圍為 ～ 的速度指令信號(hào)。maxvb?p??????縱向： 2 cmt?? ??????橫向： 04706.??? 空載摩擦力矩 見《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（227）iLfGkf??20?P38式中： 為運(yùn)動(dòng)部件的總重量； 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； 齒輪傳動(dòng)降速比； 為傳動(dòng)系數(shù)f? i?總效率，取 ＝； 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。伺服電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 與最大靜轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系為：??? mqMmaxj maxjq?查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 217 P38 得 ＝。 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的折算DJ由《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 211 P34 查出,初選 P50B05020DXS, =㎏?cm 2DJ 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的折算LJ選用 TL1 聯(lián)軸器 (查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版84324201??GBP666)，可查出它轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ㎏?m 2，得出 ＝4㎏?cm 2。 伺服電機(jī)的驗(yàn)算 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。 計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命 L滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列公式計(jì)算：滾動(dòng)體為球時(shí) 見《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（220）350???????WCTHafFLP30式中： 為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（km） ； 為額定載荷（N） ，從《機(jī)電綜合a設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 210 查得 ＝12400N； 為硬度系數(shù)導(dǎo)軌面的硬度為 58～64HRC 時(shí)，aCHf＝ ； 為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過 1000C 時(shí)， ＝1； 為接觸系數(shù)，每HfTf TfCf根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí) ＝； 為載荷/速度系數(shù)，無沖擊振動(dòng)或CfWf時(shí)， ＝ 取 =。其部分參數(shù)如下：mll60221?，根據(jù)工作臺(tái)的長度和工作臺(tái)的行程，從《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 216 中查得公式。)( mdI????所以，縱向： ???..024KF 橫向： ?? ...臨界載荷 與絲杠工作載荷 之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) ，如果 大于許用穩(wěn)KFmFKnK定性安全系數(shù) ，則滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作載荷過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。2?C．滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠的總的變形量 應(yīng)小于允許的變形量。所以，縱向： ???＝＝? 橫向： m674??＝B．滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2?該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠長度無關(guān)。A．絲杠的拉壓變形量 1?滾珠絲杠應(yīng)計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量，其計(jì)算公式為 見《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) 》公式（215）EALFm?＝1?P23式中： 為在工作載荷 作用下絲杠總長度上拉伸或壓縮變形量（mm） ； 為絲杠1m mF的工作載荷(N)； 為滾珠絲杠在支承間的受力長度(mm)；E 為材料彈性模量，對(duì)鋼LE＝10 4MPa；A 為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積（mm 2） ；“＋”號(hào)用于拉伸，“—”號(hào)用于壓縮。01?所以， )139。見《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P14，得滾珠絲杠上的工作載荷： )(FmGFfKCVL???其中， 為工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷， 為工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷， 為工VFCF作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷，G 為移動(dòng)部件重力. 和 分別為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系Kf?數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，對(duì)于矩形滾動(dòng)導(dǎo)軌取 ＝， ＝。ZZ以細(xì)齒計(jì)算得：.?????? 進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷的計(jì)算根據(jù)《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表 21，可得：AHBC廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 4 －.40/,85./FL?ZCV其中， 為工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷， 為工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷， 為工作臺(tái)橫向進(jìn)L VFCF給方向載荷。因工作臺(tái)有 T 型槽，故取 М 0＝9kg。所以：X＝180＝198mm, Y＝120＝132mm。/8000=176。 初選伺服電機(jī)根據(jù)公式 pbLi??360?其中 為傳動(dòng)比， 為電機(jī)步距角， 為滾珠絲杠導(dǎo)程， 為脈沖當(dāng)量。D．為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊裝置，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。 XY 工作臺(tái)與 PC 接口線路圖 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定由靜止到最大快進(jìn)速度過度時(shí)間 工作臺(tái)行程 縱向 180mm 橫向 120mm最大快進(jìn)速度 縱向和橫向 3m/min銑削最大寬度 4mm0a銑削最大深度 2mmp最大銑刀直徑 Φ 16mm加工材料 碳鋼 方案的分析、比較、論證 數(shù)控 X—Y 工作臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：A．工作臺(tái)應(yīng)具有沿縱向和橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、暫停等功能，因此數(shù)控控制系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。在新世紀(jì)到來時(shí)，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們?cè)趪H競(jìng)爭(zhēng)中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門所面臨的重要任務(wù)。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家均采取重大措施來發(fā)展的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。因此設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇很重要。關(guān)鍵詞：XY 工作臺(tái)；微型計(jì)算機(jī)；運(yùn)動(dòng)控制卡ABSTRACTIINTRODUCTIONOriginally design bining electro mechanics39。本設(shè)計(jì)采用的雷賽 DMC3000 運(yùn)動(dòng)控制卡以 DSP 芯片 TMS320LF2407 作為處理器，基于 PCI 總線開發(fā)了多軸開放式運(yùn)動(dòng)控制器，并采用 PCI 9052 和 ISP1581 作為接口芯片構(gòu)建 PCDSP 通訊電路，利用 CPLD 器件 EPM7128 構(gòu)建兩路 QEP 信號(hào)處理電路并輔助完成譯碼等功能，接口卡負(fù)責(zé)完成控制卡與外部器件的互聯(lián)并進(jìn)行光電隔離和電平轉(zhuǎn)換。通過論述 XY 工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制電路接口設(shè)計(jì),闡述了機(jī)電一體化設(shè) VB 軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制界面，使操作更簡(jiǎn)便。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，具有實(shí)時(shí)性好，跟隨誤差小，加工精確度高等優(yōu)點(diǎn)。 at the same time, the auxiliary I/O card is also developed to connect the controller and external ponents after photoelectricity isolation and level transformation.Besides the municating with PCs, the DSP has also been embedded many control algorithms, including the PID control algorithm with feedforward pensation, the parameter curve autoadapted timedivision interpolation algorithm, the line/circle /NURBS interpolation algorithm, etc. A lot of dynamic link library functions are also provided for the users, and test software is developed with the functions. Experiment and simulation result indicates that the system is designed reasonably, with many advantages such as good realtime performance, little following error and high processing precision.KEYWORDS: The XY worktable；Microputer；Motion control card廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 0 －XY 工作臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 緒論機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中占有重要位置，它關(guān)系到學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用和學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)及機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)的能力。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到一個(gè)國家的戰(zhàn)略地位。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力等方面情況尤為突出。要求重要剖面表達(dá)完整，向視表達(dá)完整，視圖適合標(biāo)準(zhǔn)。C．縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們各自由各的伺服電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠螺母副組成。因此本i設(shè)計(jì)中取 ＝1。以山洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn) 2022 線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為 360176。工作臺(tái)尺寸一般為工作臺(tái)行程的 倍。工作臺(tái)質(zhì)量：М 0＝ ＝10 320154＝,即縱向絲杠所承受的質(zhì)??量。 計(jì)算銑削力 切向切削力 的計(jì)算ZF選用高速鋼直柄立銑刀，其銑削力公式為： ZdaaCFtpfeFZ ????查得 ＝， ＝16mm， ＝4mm， ＝～ ， ＝2mtdef pa（公式和參數(shù)查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 ，湛江海洋大學(xué) 2022 年 3 月 P10）查《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ，航天工業(yè)出版社 P632，得直柄立銑刀的齒數(shù)：＝ 3（粗）和 ＝6（細(xì)） 。 最大工作載荷的計(jì)算本設(shè)計(jì)中，選用矩形滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。? 傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 為? 見《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》公式（215）P15)(????tg＝式中： 為絲杠螺旋升角， 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)＝～,f其摩擦角約等于 。螺母座只要設(shè)計(jì)合廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)XY 工作臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)系統(tǒng)－ 6 －理，其變形量也可忽略不計(jì)，只要滾珠絲杠支承的剛度設(shè)計(jì)得好，軸承的軸向接觸變形在此也可以不予考慮。m1d 取縱向進(jìn)給的絲杠長度 L＝300mm，橫向進(jìn)給的絲杠長度 L＝300mm。2?所以縱向和橫向： ＝ 。所以，總的變形量和機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半小，故縱向和橫向的滾珠絲杠可以滿足要求。Zf。 滾珠絲杠螺母副的選擇