【正文】 第一個(gè)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前的位置參數(shù)， 即絕對(duì)位置，這個(gè)絕對(duì)位置是有極限的，他就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的最大范圍，所以我們?cè)?導(dǎo)軌旁設(shè)立兩個(gè)限位開關(guān)作報(bào)警用。程序見附錄 1。 對(duì)于 AT89C51 的程序設(shè)計(jì)，由于所需實(shí)現(xiàn)的功能較簡(jiǎn)單，采用匯編的形式。 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 26 3．本設(shè)計(jì)中 X+\X\Y+\Y按鈕分別表示手動(dòng)使工作臺(tái)相對(duì)應(yīng)的方向運(yùn)動(dòng)；圖形表示加速， 表示 減速且分別在 X 軸和 Y 軸各設(shè)立了一對(duì)加減速鍵用于調(diào)整工作臺(tái)運(yùn)行速度。當(dāng) 輸出端為低電平“ 0”使， 7406 的輸出端升高約為 +5V，壓電蜂鳴器的 兩引線間的直流電壓降至接近于 0V，發(fā)音停止。這里行程開關(guān)作用有兩個(gè)：首先防止意外情況發(fā)生，使工作臺(tái)超過最大行程，造成事故，這是主要原因；另外可以用與定位機(jī)械部分安裝定位。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖 圖 46步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 BD28Nb 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng) 二 相混合式步進(jìn)電機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器采用原 裝進(jìn)口模塊， 內(nèi)部自帶脈沖分配器， 實(shí)現(xiàn)高頻斬波，恒流驅(qū)動(dòng)，具有很強(qiáng)的抗干擾性、高頻性能好、起動(dòng)頻率高、控制信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電隔離、電流可選、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性好、噪聲小，帶動(dòng) 以下所有的 90BYG 系列電機(jī) 三 相混合式步進(jìn)電機(jī)。 驅(qū)動(dòng)電路集成化已成為一種趨勢(shì)，目前，已有多種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電 路芯片，他們大多接驅(qū)動(dòng)和保護(hù)于一身，方便簡(jiǎn)單，節(jié)約空間。 ⑷ ：連接上位機(jī) PC。 圖 45 鍵盤與顯示電路 I/O 口的分配 ⑴ P0:接 8155HH的 AD0~AD7，做低 8位數(shù)據(jù)總線和地址總線。 8155H 的引腳如圖 ： 圖 44 鍵盤與顯示電路設(shè)計(jì) 下圖 是 AT89C51 單片機(jī)用擴(kuò)展的 I/O接口芯片 8155HH實(shí)現(xiàn)的 5位 LED 顯示和 20 鍵的鍵盤 /顯示器的接口電路。 Intel 8155H 芯片內(nèi)包含有 256 個(gè)字節(jié)的 RAM 存儲(chǔ)器（靜態(tài)），RAM 的存取時(shí)間為 400ns。但 RAM 定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 22 斷系統(tǒng)仍在工作。 圖 42 ⑵ 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 （ 9） P1 口（ 18）：準(zhǔn)雙向通用 I/0 口。 （ 4） PSEN（ 29）：片外 ROM 選通信號(hào)，低電平有效。 一 、 AT89C51 單片機(jī)的引腳功能 （ 1） VCC（ 40）：電源 +5V。從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用較老的 8051 單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而選用高性能的 16位 MCS96又顯得過于浪費(fèi)。 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 20 第 4章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的作用是使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)在程序的控制下自動(dòng)完成規(guī)定的工作，是數(shù)控機(jī)床的主要組成部分，主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。由 公 式可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為： 1 1 5 9 .81/??? qLzeq mffHJJ 說明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于 zH 。由 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性 圖查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 maxT = N? m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT = 滿足要求?？梢姡瑵M足要求。則有： 2eqT =tT + fT 其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT 由公式計(jì)算。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高， 0T 相對(duì)于 maxaT 和 fT 很小，可以忽略不計(jì)。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在 1/4—— 1之間，4 ??meqJJ 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 16 由此可見 :1 14??JmJeq ,符合慣量匹配要求。 從表（ 45） 查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4 kg小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jz1= kg 22S LRJ ??? 22Z RJ ??? b 22????????hW PJM 滾珠絲 杠的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量 Js= 減速箱中心距為 [（ 75+36） ?1/2]mm=,小齒輪厚度為 20mm，雙片大齒輪厚度均為 10mm。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 為了滿足脈沖當(dāng)量的的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速，采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連。 壓桿穩(wěn)定性校核 計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 FK。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 YJ mFF? /3=593N。 將摩擦角 ψ =10′ ，代入 tantan( )?? ??? ? 得傳動(dòng)效率 η =% 。所選絲杠的額定靜載荷為 21569 遠(yuǎn)大于 1779， 杠滿足要求。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： ( ) 1 .1 1 6 0 9 0 .0 0 5 ( 5 5 6 3 3 6 6 4 4 ) 1 7 7 9?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?m x z yF k F F F G N 最大動(dòng)工作載荷 FQ 的計(jì)算 設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度 v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程 Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=v/Ph=80r/min。靜 f 6 0 0 2 0 6 1 6 0 9 6 6XXC F W W N? ? ? ? ? ? ?李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 12 L=( H T C RWf f f ffmaxaCF )3 50≈ 1954 Km 大于期望值 50Km， 故距離額定壽命滿足要求。本例中的 XY 工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。由此可估算三個(gè)方向的銑削力分別為： fcF 160 9N?? ecF 556 N?? fn cF 366 N?? 考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力 zF ，受到水平方向的銑削力分別為 fF 和fnF 今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力 xF ，徑向銑削力為 yF 。 系統(tǒng)總體框圖 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 21 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 8 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)部分 工作臺(tái)的外形尺寸及重量初步估算 根據(jù)工作臺(tái) 面尺寸和 加工范圍，估算其重量。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1）設(shè)計(jì)的 XY 工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控 鉆 床 和銑床 上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。以降低成本，提高性價(jià)比。 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計(jì)數(shù)控工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié) 構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 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。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。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： ⑴ 模塊化?，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。 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。 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)。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 。 ⑸ 信息控制。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。涉及的接口包括傳感器接口、計(jì)算機(jī)接口。 1高安邦 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精解 .北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 1~50. 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(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。 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)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。 leverage 8,155H chip for connection to the keyboard/monitor。開環(huán)控制能充分的利用微機(jī)的軟件、硬件功能以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制，使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大 , 進(jìn)一步提高機(jī)床的精度和可靠性。本文機(jī)械部分采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速器帶動(dòng)滾珠絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副上運(yùn)動(dòng)，其中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用 90BYG22602 型號(hào)。 select stepping motor drive BD28Nbdrive stepper motors for operations such as addition, deceleration and emergency stop, enabling control over the table. KEY WORDS: Stepper motors, Microcontroller, 8155H chips, Workbenc2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 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。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。 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 一 、 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 。 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 二 、 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)。 ⑵ 放大。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。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)2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 采集、分析、判斷、決策，已達(dá)到信息控制的目的。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù) （ 1） 機(jī)械技術(shù) 。 （ 3） 系統(tǒng) 總體 技術(shù) 。 （ 5） 傳感檢測(cè)技術(shù) 。 （ 6） 伺服傳動(dòng)技術(shù) 。 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) 。 ⑶ 綠色化 。 ⑸ 網(wǎng)絡(luò)化 。 絲杠螺母副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 6 沖當(dāng)量和 ? mm的定位精度，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。 控制系統(tǒng) 的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。 2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 開 環(huán)控制，選用 MCS51系列的 8位單片機(jī) 89C51 作為控制系統(tǒng)的 CPU，能夠滿足 相關(guān)指標(biāo) 。 XY工作臺(tái) 外觀圖 如下 ： 圖 31 X 方向工作臺(tái)尺寸的確定： X 向托板（上托板）的尺寸：長(zhǎng)寬高 230mm 230mm