【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 control section uses AT89C51 as the CPU, uses the RS232C standard serial, through the MAX232 level converter, realize the munication with the PC, use 8155H chips with the keyboard/monitor connection, and choose stepper motor drive WZM 2H110MS to drive add, slowing down, stop and so on operation to realize the control of workbench. KEYWORDS: stepper motor/SCM / 8155 chip 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 前言 機(jī)電一體化技術(shù)是指 建立在 機(jī)械、電子、傳感器、接口技術(shù)、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等 技術(shù)基礎(chǔ)上的 一種綜合性技術(shù) ，通過對(duì)機(jī)械、電子與信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)過程最 優(yōu) 化。 在機(jī)械領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和 微 機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 ，發(fā)展形成的 機(jī)電一體化 技術(shù) ，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由 “機(jī)械電氣化 ”邁入了 “機(jī)電一體化 ”為特征的發(fā)展階段。 在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備通常需要采用比較復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 來連接各個(gè)相關(guān)的執(zhí)行構(gòu)件，以保 證各執(zhí)行構(gòu)件動(dòng)作的同步性和協(xié)調(diào)性。 機(jī)械傳動(dòng)部件之間的 機(jī)械磨損 、間隙配合等所引起的運(yùn)動(dòng)誤差 和傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)等常常影響設(shè)備傳動(dòng)精度和效率。而且，由于人機(jī)的直接接觸，事故發(fā)生率較高，后果較嚴(yán)重。 采用機(jī)電一體化技術(shù)后，可以用電子器件、微型計(jì)算機(jī)來控制和實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作 及功能關(guān)系協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品操作的全部自動(dòng)化 。 通過微機(jī)控制系統(tǒng)可以精確地按照預(yù)先給定量，同時(shí)可使相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作、各種干擾因素造成的誤差，進(jìn)行執(zhí)行校正、補(bǔ)償，從而可以達(dá)到單純機(jī)械方法所實(shí)現(xiàn)不了的加工工藝精度。 本文重點(diǎn)是二維工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)，即 通過對(duì)小型機(jī)械設(shè)備的機(jī)械和機(jī)電控制相結(jié)合來加深自己對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本原理和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)過程的了解。 機(jī)電一體化系統(tǒng)綜述 ]1[ 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素 一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)一般包括 一下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感與檢測(cè)部分、信息處理與控制單元 各要素和環(huán)節(jié)之間相聯(lián)系接口 。具體系統(tǒng)中，要素的構(gòu)成不太一樣，例如，開環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)中，不需要檢測(cè)元件。 機(jī)電一體化系統(tǒng) 組成如圖 11所示 。 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 圖 11機(jī)電一體化系統(tǒng) 的組成 從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能來看， 與人體有著完美的相似性，如 表 11所示。 表 1— 1給出了機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素與人體構(gòu)成要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系 機(jī)電一體化系統(tǒng)要素 功能 人體構(gòu)成要素 控制器（計(jì)算機(jī)等） 控制（信息存儲(chǔ)、處理、傳送） 頭腦 傳感器 檢測(cè)（信息收集與變換） 感官 執(zhí)行部件 驅(qū)動(dòng)（操作） 四肢 動(dòng)力源 提供動(dòng)力（能量） 內(nèi)臟 機(jī)械本體 支撐與連接 軀干 (1)機(jī)械本體 。 包括機(jī)架、機(jī)械連接、機(jī)械傳動(dòng)等 ， 用于支撐和連接其他要素，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 ， 并形成有機(jī)的整體 。幾乎所有的機(jī)電一體化產(chǎn)品 都離不開機(jī)械本體。例如，機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的機(jī)身和床身；指針式電子手表的表殼。 因此對(duì)機(jī)械本體的設(shè)計(jì)要求有： ? 結(jié)構(gòu) 新穎，體積 小 、重量 輕、 精度 高 、剛度 大 、動(dòng)態(tài)性能更好、熱變形小、磨損小。 造型美觀、色調(diào)和諧。 ? 整機(jī)結(jié)構(gòu)使用方便，操作和維修簡(jiǎn)易。 (2) 驅(qū)動(dòng)部分。按 照系統(tǒng)控制要求，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能，驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的功能。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能， 其中 以電能為主。 因此對(duì)其要求有： ? 充分發(fā)揮執(zhí)行部件的驅(qū)動(dòng)特性，滿足快速響應(yīng)和工作平穩(wěn)性的要求。 ? 足夠的驅(qū)動(dòng)功率余量，防止執(zhí)行部件因瞬時(shí)過載而損壞。 ? 良好的散熱措施。 自動(dòng)保護(hù)措施，如過壓、欠壓、過流、過熱保護(hù)等。 (3)傳感與檢測(cè)系統(tǒng) 。主要 包括各種傳感器及其信號(hào)檢測(cè)電路 ， 作用是檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關(guān)參量的變化，將信息傳遞給電子控制單雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 元，電子控制單元根據(jù)檢查到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制。要求體積小、便于安裝與連接、檢 測(cè)精度高、抗干擾及控制性能好等。 圖 12 傳感器分類 (4)信息處理及控制系統(tǒng) 。 根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理、運(yùn)算和決策，以對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行施以按照要求的控制，實(shí)現(xiàn)控制功能。機(jī)電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的硬件和軟件以及相應(yīng)的接口所組成。硬件一般包括輸入／輸出設(shè)備、顯示器、可編程序控制器和數(shù)控裝置。機(jī)電一體化產(chǎn)品要求信息處理速度高， A／ D 和 D／ A轉(zhuǎn)換及分時(shí)處理 時(shí)的輸 入 ／輸出可靠、精度高，系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。 (5)執(zhí)行部件 。 根 據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng) ，通常由執(zhí)行元件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的功能的直接操縱者 。 執(zhí)行部件一般是運(yùn)動(dòng)部件，常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)成包括工作部分和導(dǎo)向部分。工作部分的形狀和結(jié)構(gòu)與工作對(duì)象直接相關(guān)，直接作用于工作對(duì)象。導(dǎo)向部分主要包括運(yùn)動(dòng)中的導(dǎo)軌導(dǎo)向和軸承導(dǎo)向。由于逐漸趨向精密化和高速化，從傳統(tǒng)的使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)軸承，多采用滾動(dòng)軸承、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓軸承和靜壓導(dǎo)軌。在要求更高速度的情況下 ，則采用非接觸式軸承和導(dǎo)軌，如空氣靜壓軸承和導(dǎo)軌、磁力懸浮軸承和導(dǎo)軌等?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)和功能要求，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求有： ? 實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。 ? 傳遞必要的動(dòng)力。 ? 有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 機(jī)電一體化產(chǎn)品的 5 個(gè)組成部分在工作時(shí)相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應(yīng)的軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素的連接 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本要素內(nèi)部及各要素之間，通過接口耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、物質(zhì)流動(dòng)、信息控制、能量轉(zhuǎn)換， 有機(jī)的融合，集成一個(gè)完整系統(tǒng)。各要素之間必須遵循接口耦合、物質(zhì)流動(dòng)、信息控制、能量轉(zhuǎn)換的四大原則，完成以下內(nèi)容： 1) 變換。兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)囊刂g，由于信息的模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等），無法直接實(shí)現(xiàn)信息或能量的交流，必須通過接口完成信息或能量的統(tǒng)一。涉及的接口包括傳感器接口、計(jì)算機(jī)接口。 2) 放大。在兩個(gè)信息強(qiáng)度相差懸殊的要素之間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量的匹配。 3) 耦合。變換和放大后的信號(hào)在要素之間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換，不需符合時(shí)序要求、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范。接口應(yīng) 該具有信息邏輯控制的功能，使信息按規(guī)定模式傳遞。 4) 能量轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器，各要素之間的不同類型能量的轉(zhuǎn)換，應(yīng)該滿足最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法與原理。 5) 信息控制。智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟硬件的保證下，要完成數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、決策，已達(dá)到信息控制的目的。對(duì)于智能化程度高的系統(tǒng)，還包含了知識(shí)的獲取、推理機(jī)制及知識(shí)學(xué)習(xí)等以知識(shí)驅(qū)動(dòng)為主的信息控制。 6) 運(yùn)動(dòng)傳遞。運(yùn)動(dòng)傳遞是指各組成要素之間不同類型運(yùn)動(dòng)的變換與傳輸以及以運(yùn)動(dòng)控制為目的的優(yōu)化。 若要完成以上內(nèi)容，各個(gè)子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條 件就是接口。如圖 13所示 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 圖 13 接口分類 按輸入 /輸出性質(zhì)分，接口可分為以下四類： ? 零接口。不進(jìn)行任何變換和調(diào)整，僅起連接作用的接口，如插頭、插座、導(dǎo)線、電纜等。 ? 無源接口。只用無源要素進(jìn)行變換、調(diào)整的接口，如齒輪減速器和進(jìn)給絲杠等。 ? 有源接口。含有有源要素主動(dòng)進(jìn)行匹配的接口，如電磁離合器、放大器、光電耦合器等。 ? 智能接口。含有微處理器可進(jìn)行程序編輯或可適應(yīng)性的改變接口條件的可編程接口，如各種可編程接口芯片。 按接口功能分類，又可將接口分為以下四 種類型： ? 機(jī)械接口。機(jī)械連接的接口，如聯(lián)軸器、法蘭、萬能插口等。 ? 物理接口。受接口部位的物理?xiàng)l件如電壓、頻率、電流、電容、壓力等約束的接口。 ? 信息接口。受邏輯、軟件約束的接口，如規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)、語言等。 ? 環(huán)境接口。對(duì)周圍環(huán)境條件有保護(hù)或隔離作用的接口，如防塵過濾、防水連接器、防爆開關(guān)等。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù) （ 1） 機(jī)械技術(shù) 。 在 當(dāng)代的 機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。 （ 2） 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù) 。 其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。 （ 3） 系統(tǒng) 總體 技術(shù) 。 系統(tǒng) 總體 技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。 （ 4） 自動(dòng)控制技術(shù) 。 其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。 （ 5） 傳感檢測(cè)技術(shù) 。 傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。 （ 6） 伺服傳動(dòng)技術(shù) 。 包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 相比 一般的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)除要求具有較高的制造精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即快速相應(yīng)和良好的穩(wěn)定性。不同的系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，應(yīng)具體分析。但執(zhí)行部件、機(jī)械本體和整體結(jié)構(gòu)都必須具有。為了適應(yīng)高速、高精度及與控制系統(tǒng)的性能、參數(shù)相匹配，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行下面工作。 對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)算?？墒褂脗鹘y(tǒng)的方法計(jì)算其運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、方向和行程，選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算。計(jì)算所需傳遞力的大小，選擇、設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中每一格零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，并進(jìn)行必要的強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算。同時(shí)合理選擇執(zhí)行元件。 對(duì)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體或局部進(jìn)行動(dòng) 、靜特性的分析計(jì)算和測(cè)定，以計(jì)算機(jī)為手段，在各個(gè)設(shè)計(jì)階段恰當(dāng)選擇現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的相似設(shè)計(jì)、模擬設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真技術(shù)等方法解決設(shè)計(jì)中遇到的各類具體的和總體問題。 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容可歸納為：確定系統(tǒng)整體控制方案、選擇微型計(jì)算機(jī)、進(jìn)行系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。 確定系統(tǒng)整體控制方案 1）確定控制任務(wù) 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)前，要分析控制對(duì)象的工作原理和工作過程，確定實(shí)際應(yīng)用中的具體要求，作為整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 2）構(gòu)思控制系統(tǒng)的整體 方案 圖 14 開環(huán)控制流程圖 圖 15閉環(huán)控制流程圖 圖 16半閉環(huán)控制流程圖 如以上三圖，系統(tǒng)的整體方案主要有這三種組成。其中，開環(huán)控制最簡(jiǎn)單，精度雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 低，閉環(huán)控制最復(fù)雜，但控制精度高，半閉環(huán)居中。 選擇微型計(jì)算機(jī) 對(duì)于微機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)給定以后，能完成控制的微機(jī)有多種方案，例如單片機(jī)，PLC、也可以選擇一些已經(jīng)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)等。一般以即能完成給定任務(wù)，又能充分發(fā)揮選用微機(jī)的功能，再留有一定功能余量為原則來選擇。 從控制生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程要求出發(fā)，微型機(jī)應(yīng)滿足以下要求： 1）有較完善 的中斷系統(tǒng)。主要是中斷控制方式很好的處理正常運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)控制能力和發(fā)生故障時(shí)緊急處理的能力。 2）足夠的存儲(chǔ)容量。當(dāng)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)存量不足時(shí)，應(yīng)擴(kuò)充內(nèi)存，或配備適當(dāng)?shù)耐獯鎯?chǔ)器。 3）完備的輸入 /輸出設(shè)備。 4）微處理芯片的選擇?，F(xiàn)在一般的控制系統(tǒng)多用 8 位， 16位微處理器，雖然 32位的處理芯片，現(xiàn)在發(fā)展較快，但主要擁有高精度，高速度，大量數(shù)據(jù)處理的控制系統(tǒng)，否則會(huì)造成資源的浪費(fèi)。 5）系統(tǒng)總線的選擇。 系統(tǒng)總線是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線， 其 上傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息，因此，系統(tǒng)總線包含有 三種不同功能的總線，即數(shù)據(jù)總線 DB（ Data Bus）、地址總線 AB（ Address Bus）和控制總線 CB（ Control Bus） 。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （ 1）硬件設(shè)計(jì) 1）接口設(shè)計(jì) 各子系統(tǒng)通過各種接口來實(shí)現(xiàn)傳遞動(dòng)力、執(zhí)行元件、命令或信息。大部分軟硬件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)于硬件接口，在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)慕涌?，在配和接口編寫相?yīng)的程序。 2）操作控制臺(tái)設(shè)計(jì) 微機(jī)控制系統(tǒng)要求便于人機(jī)聯(lián)系，通常都要設(shè)計(jì)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用的控制臺(tái)。這個(gè)控制臺(tái)不能用微機(jī)所帶的鍵盤代替。原因 是現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要的是簡(jiǎn)單、明了、安全的操作面板，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的操作。所以，要求操作臺(tái)應(yīng)有以下功能： ? 數(shù)據(jù)輸入鍵，用于輸入或更新給定值、修改控制器參數(shù)或其他必要的數(shù)據(jù)。 ? 幾組功能鍵或轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于轉(zhuǎn)換工作方式，啟動(dòng)、停止系統(tǒng)，或完成某些功能。 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 ? 一個(gè)顯示裝置或顯示屏，用于顯示各種運(yùn)行狀態(tài)，參數(shù)及故障指示等，還應(yīng)有一個(gè)急停按鈕。 3） 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)。根據(jù)需要選擇，要有過壓、短路、過載保護(hù)和熱保護(hù)。 (2)軟件設(shè)計(jì) 利用計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)和相應(yīng)的開發(fā)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，即控制軟件、管理軟件、診斷軟件。 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)是具有機(jī)電一體化技術(shù)的新型機(jī)電系統(tǒng)。 其發(fā)展依賴于 機(jī)械、電子、傳感器、接口技術(shù)、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等 技術(shù)，它的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 。 融合機(jī)械、電子和軟件三大部分的機(jī)電一體化模塊代表了未來產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有高度自主性、良好的協(xié)調(diào)性和自組織性的特點(diǎn)。 。 微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活 , 可進(jìn)入一般機(jī)械無法進(jìn)入的空間，并易于進(jìn)行精細(xì)操作，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的 蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。 。 21 世紀(jì)，機(jī)電一體化技術(shù)的使命是要能提供一種高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、環(huán)境舒適和可回收的智能化機(jī)械產(chǎn)品，即提供一種能滿足可持續(xù)性發(fā)展的綠色產(chǎn)品。 。 目前 , 專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法 , 是機(jī)電一體化產(chǎn)品 (系統(tǒng) ) 實(shí)現(xiàn)智能化的 4 種主要技術(shù)，隨著制造自動(dòng)化程度的不斷提高 , 將會(huì)出現(xiàn)智能制造系統(tǒng)控制器來模擬人類專家的智能制造活動(dòng) , 并會(huì)對(duì)制造中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策。 。 現(xiàn)場(chǎng)總 線和局域網(wǎng)技術(shù) 使 家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì) , 利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home) 將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng) (puter integrated appliancesystem, CIAS) ,因此機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) X_Y 數(shù)控工作臺(tái)是生產(chǎn)或教學(xué)中應(yīng)用最為普遍的一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，它包含了雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 機(jī)械和電氣控制兩部分。其中，其控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制系統(tǒng)，控制簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，而且能夠保證一定的精度。 確定主要參數(shù) 由于本文力圖設(shè)計(jì)一種小 型的 通用 工作臺(tái)， 這種工作臺(tái)可以用在小型的銑床、鉆床、磨床等，還可以用于學(xué)校的視教再現(xiàn)，所以在參考了眾多資料書籍以后，決定選取以下設(shè)計(jì)參數(shù) ]1[ ]3[ ： 工作臺(tái)面 長(zhǎng) X寬 mm 400X450 工作臺(tái)自重 kg G1 ≈ 40 行 程 縱 X橫 mm 300X300 最大工件 kg G2 ≤ 40 快速進(jìn)給速度 m/min Vmax = 步距角 deg/pulse ? = 脈沖當(dāng)量 mm/pulse p? = 主電機(jī)功率 KW PE = 主軸轉(zhuǎn)速 r/min n=272 銑刀直徑 mm D=100