【正文】 (1).微機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)； (2).I/O 接口電路及伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用； (3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) (1).說(shuō)明書(shū)是課程設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方 案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，電氣部分的設(shè)計(jì)說(shuō)明，選用元器件參數(shù)的說(shuō)明，軟件設(shè)計(jì)及其說(shuō)明； (2).說(shuō)明書(shū)不少于 84 字，盡量用計(jì)算機(jī)完成。 6 第 二章 課程設(shè)計(jì)的目的、意義及要求 第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的目的 ,意義 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是 培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。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。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。 (3) 、智能化、開(kāi)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 。從 EMO2022 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。 9 第三節(jié) 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 6 第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的目的、意義 機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué) 科技 術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。 6 第三章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 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(chē)、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。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。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)。 （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。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品 。 已知條件： 定 位精度： 177。 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。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。 第二節(jié) 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算 X 向和 Y 向工作臺(tái)承載重量 WX 和 WY。0 39。 所以有： 3 4 2 213 4 2 223 4 2 230. 78 10 2. 4 2. 5 6. 47 10 .0. 78 10 5. 0 3. 0 14 6. 25 10 .0. 78 10 2. 0 30 37 .4 4 10 .J k g c mJ k g c mJ k g c m????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有： 2 2 2 2 224 10 ( ) ( 146 .25 4) 10 200 ( ) 93 .50 180dJ k g c m??? ? ? ? ? ? ??第七節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的選用 (１）步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系： T Ps?? ? 式中 ? 為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移， ? 為機(jī)械傳動(dòng)的效率。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。 ３ .存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) (１）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存 儲(chǔ)器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。 由以上分析，采用２７６４ EPROM 芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示： 擴(kuò)展 2764 電路框圖 (２）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 ↓ ↓ ALE ↓ PSEN EA CE A12 ↓ A8 2764 A7 ↓ A0 OE D7 ↓ D0 譯碼電路 G 74LS372 19 由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠(yuǎn)不能 滿足系統(tǒng)的要求?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。８１５５與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。 5．其它輔助電路設(shè)計(jì) （１）８０３１的時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示： （３）越界報(bào)警電路 為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。 ２７３２的片選控制端 CE 直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。 另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。 插補(bǔ)程序。包括監(jiān)視鍵盤(pán)操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。 （ 5）、 工作臺(tái)超程顯示與處理。數(shù)控 XY 工作臺(tái)的基本操作功能有：輸入加工程序，自動(dòng)加工，刀位控制，工作臺(tái)位置控制，手動(dòng)操作，緊急停機(jī)等。 要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足： m g IT T T?? 式中： mT 為步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩； gT 為負(fù)載力矩； IT 為慣性力矩。 （ 2）程序清單 N0 EQU 20H 。在設(shè)計(jì)中我們兼顧經(jīng)濟(jì)性，考慮滿足精度的 要求，因此對(duì)于設(shè)備及元件的選擇都要求具有高精度，因此設(shè)計(jì)的成本較高。 30 第八章 參考資料 高鐘毓．機(jī)電控制工程．北京：清華大學(xué)出版社， 2022． 劉助柏．知識(shí)創(chuàng)新思維方法論．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 宋云奪 . 宋云奪 . 光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的未來(lái) [J]. 光機(jī)電信息 , 2022,(12). 丁連紅 . 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀分析 [J]. 中國(guó)科技信息 , 2022,(12) 張鵬萬(wàn) ,孫劍峰 ,李占平 . 機(jī)電一體化中的接口技術(shù) [J]礦業(yè)工程 , 2022,(06) 王寶敏 . 談機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) [J]. 大眾科技 , 2022,(05) 王維剛 . 淺談機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) [J]. 黑龍江科技信息 , 2022,(02) 楊春光 . 我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) [J]. 科技促進(jìn)發(fā)展 , 2022,(03) 張毅剛 .單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M].北京 :高等教育出版社 ,2022. 張大明 ,彭旭昀 ,尚靜基 .單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2022. 1 付家才 .單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù) [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2022. 1 陳小忠 ,黃寧 ,趙小俠 .單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子 程序 [M].北京 :人民郵電出版社 ,2022. 1 MedWin 用戶手冊(cè) . . 1 徐正惠，胡海影 .單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程 [M].北京：科學(xué)出版社 ,2022. 1 汪道輝 .單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2022. 1 戴佳，戴衛(wèi)恒 .51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講 [M].北京：電子工業(yè)出版社 ,2022. 1 彭為，黃科，雷道仲 .單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講 [M].北京：電子工業(yè)出版社 ,2022. 1 楊將新，李 華軍，劉東駿 .單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實(shí)踐 [M].北京：電子工業(yè)出版社 ,2022. 1 賴麒文 .8051 單片機(jī) C 語(yǔ)言徹底應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社 ,2022. 傅曉林，《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 2 張建民，唐水源，《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，高等教育出版社， 2022，北京 2 鄭堤，唐可洪 ,《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社， 1997，北京 2 趙丁選，《機(jī)電一體化使用手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社社， 2022，北京 2 唐介，《電機(jī)與拖動(dòng)》，高等教育出版社， 2022，北京 2 張訓(xùn) 文 ,《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》 ,北京理工大學(xué)出版社 ,2022,北京 。通過(guò) 這次 畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我學(xué)會(huì)了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料、如何舉一反三、如何通過(guò)改進(jìn)并加入自己的想法與觀點(diǎn)，使之成為自己的東西。恒速 N1H EQU 22H N2 EQU 23H 。 EPROM 存儲(chǔ)器中，時(shí)間常數(shù)依次安排在首地址為 1000H 的存儲(chǔ)單元中，每個(gè)時(shí)間常數(shù)占據(jù)兩個(gè)字節(jié)，低位地址存放時(shí)間常數(shù)低 8 位，高位地址存放時(shí)間常數(shù)高 8 位。步進(jìn)電機(jī)在突然啟動(dòng)或停 止時(shí)，由于負(fù)載和慣性，會(huì)使電機(jī)失步，所以電機(jī)運(yùn)行時(shí)有一個(gè)加，減速過(guò)程。 （ 6）、 工作臺(tái)的自動(dòng)控制。如對(duì) I/O 接口 8155， 8255A 進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。 伺服控制程序。數(shù)控系統(tǒng)總的電氣原理圖以及圖中各元件的參數(shù)和型號(hào)見(jiàn)附（二），附（ 三）。 8031 的 P1 口為顯示器的字形輸出口。 6264 的片選端 CE 由譯碼器（ 74LS138）的 Y2 輸出提供。當(dāng)任何一個(gè)行程開(kāi)關(guān)被壓下的時(shí)候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo) 通，由低電平變成高電平。晶體 可以在１ .２～１２之間任意選擇，耦合電容在５～３０ pF 之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用 YB013硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下： （ 2）光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤(pán)，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒(méi)有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用 6116,6262 靜態(tài) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在選擇芯片時(shí)要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時(shí)序的匹配。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器 和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所以： 3 6 [ ( ) ]2p s zbP G PT ??? ? ???? 式中： sP 為移動(dòng)部件負(fù)載（ N）， G 為移動(dòng)部件質(zhì)量（ N）， z P 為與重力方向一致的作用在16 移動(dòng)部件上的負(fù)載力（ N）， ? 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， b? 為步進(jìn)電機(jī)的步距角（ rad） ,T 為電機(jī)軸負(fù)載力矩（ ）。4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 .9 6ggg gttt t???? ? ?? ? ? （ 3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊 ,因此取 ? ,0 .5 ( )O S L X YX Y Z X YC f PP F W??? x Z XY Z YO X S L XO Y S L YP = ( F +W ) = ( 20 00 +67 8)=133 9NP = ( F +W ) = ( 20 00 +65 ) =13 27 .6NC =f P =4 13 35 .79 =53 43 .16 NC =f P =4 13 27 .6=5 31 N