【正文】 首先要感謝 張老師對我的指導和督促， 張 老師給我指出了正確的設計方向，使我加深了對知識的理解 ,同時也避免了在設計過程中少走彎路， 張 老師 的督促使我一直把畢業(yè)設計放在心理，保證按質按量的完成；要感謝宿舍同學，是大家營造了良好的學習環(huán)境，在做設計的過程中互幫互助，還要感謝那些把 相關書籍 借閱 的同學，使 我 可以 非常方便 的 查閱資料， 讓 我能夠按時完成畢業(yè)設計。 中斷服務 1 有 6 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。該編譯器是 51 系列單片機程序設計的常用工具，既可用匯編，也支持 C語言編譯。此系統(tǒng)中共有 9 個 LED， LED1 燈亮表示 X 軸負方向禁止通行， LED2燈亮表示 X 軸正方向禁止通行， LED3 燈亮表示 Y 軸負方向禁止通行， LED4 燈亮表示 Y 軸正方向禁止通行， LED5 燈亮表示手動使工作臺向 X 軸負方向通行， LED6燈亮表示手動使工作臺向 X 軸正方向通行， LED7 燈亮表示手動使工作臺向 Y 軸負方向通行， LED8 燈亮表示手動使工作臺向 Y 軸正方向通行， LED9 亮表示系統(tǒng)通電運行。因此， 18 必須在 X、 Y 軸的方向各加上兩個行程開關。此系統(tǒng)中用到的電源電壓為 27V、 12V、 5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標準的 27V電源作為基準，通過芯片進行電壓轉換得到所需的 12V和 5V電壓。 由于步進電機采用的是三相六拍的工作方式（三個線圈 A、 B、 C），其正轉的通電順序為： AABBBCCCAA，其反轉的通電順序為： AACCCBBBAA。 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，當功放電路出現故障時，不會將大的電壓加在 CPU上使其燒壞。 驅動系統(tǒng) 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。 （ 5） 和 決定 8155 的 PA、 PB、 PC 口的地址?？紤]到電路的簡便性和可實現性，實際中采用內部自帶鎖存器的 8155，所以 AT89S51 的 I/O 口線分配如下： （ 1） 控制 XY 兩個方向步進電機的 A、 B、 C 線圈通電，形成AABBBCCCAA 三相六拍正轉模式和 AACCCBBBAA 的反轉模式。示意圖如下所示 ： 14 圖 41 CPU外部接口示意圖 AT89S51 要完成的任務： （ 1）將行程開關的狀態(tài)讀入 CPU，通過中斷進行處理，它的優(yōu)先級別最高。 ATMEL公司的 AT89系列單片機內含 Flash 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。 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。 13 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設計 XY 數控工作臺控制系統(tǒng)硬件主要包括 CPU、傳動驅動、傳感器、人機交互界面。 確定齒輪模數及有關尺寸 因傳遞的扭距較 小，取模數 1m mm? ，齒輪有關尺寸見表 33?？紤]到重力影響， Y向電機負載較大，因此取 287yG G N?? ，所以 ? ?3 6 0 .0 1 2 4 .7 0 .0 3 2 8 7 1 .3 3 ( )2 1 .5 0 .9 6T N c m?? ? ????? 若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動力矩 ~ TT ? 取安全系數為 ，則 ? ? qT N cm?? 對于工作方式為三相六拍的三相步進電機 m ax 66qj TT ?? ? ?Ncm ⑶、步進電機的最高工作頻率 m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 1 6 6 7( )6 0 6 0 0 . 0 1pVf H z? ?? ? ?? 查表選用兩個 45BF005Ⅱ 型步進電機。 ⑸、穩(wěn)定性驗算 由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗算。 ⑵、滾珠絲杠螺母副幾何參數計算 ， 見表 31。此外，滾動體支承工作臺，若工作臺剛度差，則在自重和載荷作用下產生彈性變形，會使工作臺下凹（有時還可能出現波浪形），影響導軌的精度。 滾動導軌的參數確定 ⑴、導軌型式： 圓形截面滾珠導軌 ⑵、導軌長度 ① 上導軌（ X 向） 取動導軌長度 100Bl ? 動導軌行程 55l? 支承導軌長 度 155BL l l? ? ? ② 下導軌（ Y 向） 50l? 100Bl ? 150L? 選擇導軌的型號： GTA16 ⑶、直線滾動軸承的選型 ① 上導軌 240( )XGN? ② 下導軌 7 287( )YGN? 由于本系統(tǒng)負載相對較小，查表后得出 LM10UUOP 型直線滾動軸承的額定動載荷為 370N，大于實際動負載；但考慮到經濟性等因素最后選擇 LM16UUOP 型直線滾動軸承。 考慮電機步距角和絲桿導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動。 （ 3） XY 工作臺的傳動方式 為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，又要求結構緊湊，所以選用絲杠螺母傳動副。它的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，有較高的性價比。 總體方案確定 （ 1）系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng) 由于工件在移動的過程中沒有進行切削，故應用點位控制系統(tǒng)。 4 第 2 章 總體方案設計 設計任務 設計一個數控 XY 工作臺及其控制系統(tǒng)。重點解決數控系統(tǒng)和相關功能部件 數字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可 靠性和生產規(guī)模問題。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定 。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數控技術的研究、開發(fā)以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元 ,反映了數控機床加工向網絡化方向發(fā)展的趨勢。數控系統(tǒng)開放化已經成為數控系統(tǒng)的未來之路。當前由于電主軸的出現 ,使得實現 5 軸聯動加工 2 的復合主軸頭結構大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數控系統(tǒng)的價格差距縮小。在加工精 度方面 ,近 10 年來 ,普通級數控機床的加工精度已由 10μ m 提高到 5μ m ,精密級加工中心則從 3～ 5μ m ,提 高到 1～ m并且超精密加工精度已開始進入納米級 m 。從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面 : (1)高速、高精加工技術及裝備的新趨勢 效率、質量是先進制造技術的主體。 裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代 化程度 ,數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術和最基本的裝備 ,又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類典型機電一體化產品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。 I 摘 要 當今世界 電子 技術迅速 發(fā)展 ，微處理器、微型 計算 機在各技術領域得到了廣泛 應用 ，對各領域技術的發(fā)展起到了極大的推動作用。 關鍵字 ： 數控技術 機電一體化的基礎 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢 II Abstract Now the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement ponent, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the puter and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multidisciplinary area of technology synthesis overlapping technologyintensive systems engineering. New generation39。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術