20xx機電一體化系統(tǒng)綜合課程設計y數(shù)控工作臺設計說明書(編輯修改稿)
2025-01-14 05:59 本頁面
【文章內容簡介】 的轉動慣量（）；——齒輪 的轉動慣量（）；——齒輪 的轉動慣量（）；——滾珠絲杠的轉動慣量（）；M——移動部件質量（）。
對材料為鋼的圓柱零件轉動慣量可按下式估算 式中：D——圓柱零件直徑（cm）；L——零件長度（cm）。
所以 電機軸轉動慣量很小，可以忽略，則 因為，所以慣性匹配比較符合要求。
3控制系統(tǒng)硬件設計 XY數(shù)控工作臺控制系統(tǒng)硬件主要包括CPU、傳動驅動、傳感器、人機交互界面。
硬件系統(tǒng)設計時，應注意幾點：電機運轉平穩(wěn)、響應性能好、造價低、可維護性、人機交互界面可操作性比較好。
隨著微電子技術水平的不斷提高，單片微型計算機有了飛躍的發(fā)展。單片機的型號很多，而目前市場上應用MCS51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應用最廣的8位單片機89C51，價格低廉，而性能優(yōu)良，功能強大。
在一些復雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機，MCS96系列單片機廣泛應用于伺服系統(tǒng)，變頻調速等各類要求實時處理的控制系統(tǒng)，它具有較強的運算和擴展能力。但是定位合理的單片機可以節(jié)約資源，獲得較高的性價比。
從要設計的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機需要拓展程序存儲器和數(shù)據存儲器，無疑提高了設計價格，而選用高性能的16位MCS96又顯得過于浪費。生產基于51為內核的單片機的廠家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生產領域ATMEL公司的工藝和封裝技術一直處于領先地位。ATMEL公司的AT89系列單片機內含F(xiàn)lash存儲器，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；它和80C51插座兼容，并且采用靜態(tài)時鐘方式可以節(jié)省電能。
因此硬件CPU選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產品，9表示內含F(xiàn)lash存儲器，S表示含有串行下載Flash存儲器。
AT89S51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。
CPU接口部分包括傳感器部分、傳動驅動部分、人機交互界面三部分。示意圖如下所示：（行程開關） 前向通道 傳動驅動 （電磁鐵） （步進電機） 人機界面 傳感器 AT89S51 （鍵盤、LED） 后向通道 圖31 CPU外部接口示意圖 驅動1 X步進電機 驅動2 Y步進電機 驅動3 外部中斷1 外部中斷2 AD0~AD7 CE IO/M PB 口 PA口 PC口 AT89S51 鍵盤 電磁鐵 8155 圖32 AT89S51控制系統(tǒng)圖 傳動驅動部分包括步進電機的驅動和電磁鐵的驅動，步進電機須滿足快速急停、定位和退刀時能快速運行、工作時能帶動工作臺并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運行。在定位和退刀時電磁鐵吸合使繪筆抬起，繪圖時能及時釋放磁力使筆尖壓下。
步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。，步進電機每走一步。
步進電機驅動電路中采用了光電偶合器，它具有較強的抗干擾性，而且具有保護CPU的作用，當功放電路出現(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。
圖34 步進電機驅動電路圖 該電路中的功放電路是一個單電壓功率放大電路，當A相得電時，電動機轉動一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機發(fā)熱厲害被燒壞
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