【正文】 .......... 18 第 4章 控制系統(tǒng)硬件設計 ................................................................................................... 20 主控制器 CPU的選擇 ................................................................................................... 20 可編程 RAM/IO芯片 8155H ........................................................................................... 22 鍵盤與顯示電路設計 ................................................................................................... 22 I/O口的分配 ............................................................................................................... 23 驅動系統(tǒng)設計 .............................................................................................................. 23 傳感器和控制面板設計 ................................................................................................ 25 第 5章 控制系統(tǒng)軟件設計 ................................................................................................... 27 主流程圖 ..................................................................................................................... 27 步進電動機位置控制 ................................................................................................... 27 步進電動機的加減速控制 ............................................................................................ 28 繪制圖弧程序流程圖 ................................................................................................... 29 第 6章 系統(tǒng)誤差分析 .......................................................................................................... 31 誤差的來源 ................................................................................................................. 31 控制系統(tǒng)誤差 .............................................................................................................. 31 步進電機失步原因和解決辦法 .............................................................................. 31 步進電機越步原因和解決辦法 .............................................................................. 32 本設計中采用的方法 ............................................................................................ 32 進給系統(tǒng)的誤差 .......................................................................................................... 32 齒輪傳動間隙 ....................................................................................................... 32 滾柱絲杠軸向間隙的消除 ..................................................................................... 33 全文總結 ................................................................................................................................... 35 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 致 謝 ...................................................................................................................................... 36 參考資料 .................................................................................................................................. 37 附 錄 .................................................................................................................................. 38 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 兩軸 數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計是一個開環(huán)控制系統(tǒng) ,其結構簡單，實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度，降低成本 ,是微機 控制技術的最簡單的應用。 機電一體化系統(tǒng) 組成如圖 11所示。 ⑹ 運動傳遞。 機電一體化的發(fā)展趨勢 機電一體化系統(tǒng)是具有機電一體化技術的新型機電系統(tǒng)。 伺服電 動機的選用 任務書規(guī)定的脈沖當量尚未達到 ，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有因此 3000mm/min，故本設計不必采用高檔次的 伺服 電動機，因此可以選用混合式步進電動機。 導軌工作負載計算 導軌基本 額定動負載的計算 ： 動 = 1 4 6 3 2 0 6 1 6 0 1 8 2 9X c XC F W W N? ? ? ? ? ? 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 11 動 Y 總= 14 63 64 4 21 07cC F W N? ? ? ? 導軌基本額定靜負載的計算 ： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選擇 由濟寧博特公司生產(chǎn) KL 系列的 JSALG15 型 導軌副，其參數(shù)如下 ： 塊承受工作載荷 maxF 的計算 工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。 33′。大小齒輪模數(shù)均為 1mm，齒數(shù)比為 75： 36，材料為 45調質鋼，齒表面淬硬后達到 55HRC。 cm2 驗算慣量匹配，電動機軸向慣量比值應控制在 一定的范圍內，既不應太大也不應太小，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負載特性。 ⑵ 最快空載移動時電動機輸出轉矩校核 任務書給定工作臺最快空載移動速度maxv =3000mm/min，求出其對應運行頻率 m a x [ 3 0 0 0 / ( 6 0 0 .0 0 5 ) ] 1 0 0 0 0? ? ? zfH。 AT89C51 的性能參數(shù)為： Flash 存儲器容量為 4KB、 16位定時器 2個、中斷源 6個（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷 0、外部中斷 定時器 0和定時器 1 中斷）、 RAM為 128B、14 位的計數(shù)器 WDT、 I/O 口共有 32 個。常用電路有內部時鐘和外部時鐘兩種方式，本設計采用內部時鐘方式，如圖 所示。圖中， 74LS04為反相驅動器， 7407 為同相驅動器，其中，從左邊開始，第一個數(shù)碼管顯示當前工作2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 23 臺運動坐標，第二位數(shù)碼管顯示當前工作太運動方向，另外三位數(shù)碼管 顯示當前工作臺運行速度。蜂鳴器的工作原理如圖 413。 中斷服務 1 有 10 個中斷源，這六個中斷源分別是手動 X正方向運行，手動 X 負方向運行，手動 Y 正方向運行，手動Y 負方向運行，復位和繪制圓弧， X 方向的加減速和 Y 方向的加減速。 主流程圖 在等待中斷的過程中，如果有中斷到來，先檢查中斷 0的狀態(tài)，是中斷 0 則進入中斷 0 的中斷服務 INT0IS，是中斷 1則進入中斷 1 的中斷服務 INT1IS。 為了使控制系統(tǒng)和驅動器能夠正常通信，避免相互干擾，我們在驅動器內部采用 1尹志強 .機電一體化系統(tǒng)設計課程 設計指導書 .北京 : 機械工業(yè)出版社 ,2021， 84 頁 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 25 光耦器件對輸入信號進行隔離，三路信號的內部接口電路相同，常用的方式為 1）共陽方式：把 CP+、 DIR+和 EN+接在一起作為共陽端接外部系統(tǒng)的 +5V，脈沖信號接入 CP端，方向信號接入 DIR端，使能信 號接入 EN端； 2）共陰方式：把 CP、 DIR和 EN接在一起作為共陰端接外部系統(tǒng)的 GND，脈沖信號接入 CP+端，方向信號接入 DIR+端，使能信號接入 EN+端； 3）差動方式：直接連接。 8155HH 的 PA 口為輸出口，控制鍵盤的列線 Y0~Y4 的鍵位，PA 口作為鍵掃描口，同時又是 5位共陰極顯示器的位掃描口。 時鐘是單片機的心臟，單片機的各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準的。 ATMEL 公司的 AT89 系列單片機內含 Flash 存儲器， 結構簡單并可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上 ，在程序開發(fā)過程中可以十分容易的進行程序修改，同時掉電也不影響信息的保存；尤其是它和 MCS51芯片，并且采用靜態(tài)時鐘方式 可以節(jié)省電能。 步進電動機的性能校核 ⑴ 最快工進速度時電動機的輸出轉矩校核 設計中 工作臺最快工進速度maxfV=400mm/min，脈沖當量 ? ? /脈沖，由 公 式求出電動機對應的運行頻率m a x [ 4 0 0 / ( 6 0 0 .0 0 5 ) ] 1 3 3 3? ? ?fzfH。 cm2。其中大齒輪設計成雙片結構， 2021屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 15 已知工作臺的脈沖當量 ? =，滾珠絲杠的的導程 Ph=5mm， 初選步進電動機的步距角 ? =176。 參考網(wǎng)址 ： 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位 mm） 名 稱 符 號 計算公式和結果 絲杠滾道 公稱直徑 0d 20 螺距 P 5 接觸角 ? 45 鋼球直徑 wd 螺紋滾道法面半徑 R ?? 偏心距 e ? 螺紋升角 ? a rc 4 3 3 39。 xfF F 1609N?? y fnF F 366N?? zeF F 556N?? 滾動導軌的選用 導軌長度： 在工作臺外形尺寸初步估算中我們得到 X 方向導軌長度為 480mm， Y方向導軌長度為 500mm。 絲杠螺母副的選用 伺服電動機的旋轉運動需要通過絲杠螺母副轉換成直線運動，需要滿足 李敬：兩軸微機伺服工作臺的設計 6 沖當量和 ? mm的定位精度，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙。 （ 6） 伺服傳動技術 。智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟硬件的