【正文】 階段。（三）、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。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品。其目的是：1. 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)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力；2. 通過機(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；3. 通過測(cè)試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)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(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙1張。1. 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。3. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇采用MCS51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)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(jī)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(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。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(jì)工作臺(tái)簡(jiǎn)圖如下:工作臺(tái)簡(jiǎn)圖X向拖板(上拖板)尺寸為: 長(zhǎng)*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(jī))重量為夾具及工件重量:約155NXY工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:第三節(jié) 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)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(yùn)行狀況)，~（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。其基本參數(shù)如下:其額定動(dòng)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(jì)算如下表名稱計(jì)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(dòng)效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動(dòng)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(jì)算、設(shè)計(jì)因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,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。若取，則Ｓ＝，且。第二節(jié) 設(shè)計(jì)步驟。3． 存儲(chǔ)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(chǔ)器RAMROM外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機(jī)，磁盤機(jī)，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號(hào)變換控制對(duì)象ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。其型號(hào)有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。線選法是把單獨(dú)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(jì)采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)起程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)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(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。它有４Ｘ８鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。本設(shè)計(jì)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(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)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(shí)元件，如下圖所示。在時(shí)鐘工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)１０ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)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(bào)警電路如下圖所示第三節(jié) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)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(hào)分別為8000H及8001H，8002H，8003H。鍵盤與顯示器設(shè)計(jì)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(tái)+X，+Y，X，Y四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。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(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。包括移動(dòng)不見移動(dòng)超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。(二).軟件設(shè)計(jì)數(shù)控XY工作臺(tái)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(tái)位移超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，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(jī)后即進(jìn)入管理程序。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)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(jī)床復(fù)位 N加工數(shù)據(jù)輸入自動(dòng)加工手動(dòng)加工鍵按下？自動(dòng)加工鍵按下？N Y N手動(dòng)調(diào)整Y Y N管理程序流程（1）機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序：工作臺(tái)移動(dòng)到位→刀具快速進(jìn)給→加工→退刀→工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到下一位置；（2）計(jì)算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；（3）由以上分析，設(shè)計(jì)自動(dòng)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(jìn)電機(jī)子程序工作臺(tái)移動(dòng)到位刀具快進(jìn)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(jìn)電機(jī)的控制包括速度，轉(zhuǎn)角及方向的控制。此間隔由送入定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)決定。由步進(jìn)電機(jī)=，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動(dòng)力矩則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩步進(jìn)電機(jī)角加速度又式中：為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時(shí)間，所以有：加速脈沖個(gè)數(shù)：確定加減脈沖個(gè)數(shù)都為54個(gè)又因?yàn)椋核悦}沖時(shí)刻結(jié)合可以算出對(duì)應(yīng)各脈沖時(shí)刻的計(jì)數(shù)器時(shí)間常數(shù)。步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖如下所示：步進(jìn)電機(jī)控制子程序：開始中斷初始化設(shè)時(shí)間常數(shù)地址指針首地址指向1000H加速減速 脈沖計(jì)數(shù)器賦初值恒速送時(shí)間常數(shù)至計(jì)數(shù)器中 N返回關(guān)中斷？開中斷啟動(dòng)定時(shí)器 Y 步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序入口送時(shí)間常數(shù) 步進(jìn)電機(jī)進(jìn)一步N0=0？N1=0？時(shí)間常數(shù)地址指針加1N1←N11N2=0？N0←N01時(shí)間常數(shù)地址指針加1關(guān)中斷N2←N21 中斷返回（1）內(nèi)存地址分配 加速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N0地址設(shè)為20H；恒速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N1低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址位22H；減速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N2地址位23H。加速N1L EQU 21H 。以提高整個(gè)系統(tǒng)的精神要求。致 謝《畢業(yè)設(shè)計(jì)》是我在大學(xué)里的最后一門課程。其次我要感謝這三年里給我授課的