450x450多用數(shù)控XY工作臺設計【含CAD圖紙+說明書】,含CAD圖紙+說明書,450,x450多用數(shù)控XY工作臺設計【含CAD圖紙+說明書】,x450,多用,數(shù)控,xy,工作臺,設計,cad,圖紙,說明書,仿單 《機電一體化系統(tǒng)設計》課程設計 說 明 書 設計者 ： 專業(yè)： 指導老師： 一、課程設計的題目及要求 （一）題目：多用數(shù)控XY工作臺設計。 已知條件：定位精度：±0.01mm，滾珠絲杠及導軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊，各題目的有效行程、快速進給速度和工作載荷見下表： 題號 有效行程(mm) 快速進給速度(mm/min) 工作載荷Fz (N) Lx Ly vmax vymax 15 450 450 1500 1500 1200 （二）設計要求： 1. 課程設計應在教師的指導下由學生獨立完成，嚴格地要求自己，不允許相互抄襲； 2. 認真閱讀《課程設計指導書》，明確題目及具體要求； 3. 認真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文獻資料、手冊、標準； 3. 大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設計方案； 4. 機械部分和驅(qū)動部分設計思路清晰，計算結(jié)果正確，選型合理； 5. 微機控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理； 6. 手工或電腦繪制機械系統(tǒng)裝配圖一張（A1），控制系統(tǒng)電氣原理一張（A1或A2），圖紙符合國家標準，布圖合理，內(nèi)容完整表達清晰； 7. 編寫課程設計說明書（不少于8000字，電腦打?。?，應包括以下內(nèi)容： （1）封面 （2）設計題目 （3）目錄 （4）正文（總體方案設計，機械系統(tǒng)設計計算，電氣控制方案等） （5）設計總結(jié) （6）參考文獻 8．設計單獨完成任務。 （三）課程設計的目的： 《機電系統(tǒng)設計》課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。其目的是： 1. 能夠正確運用《機電系統(tǒng)設計》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點和設計思想、設計方法，了解設計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設計的初步能力； 2. 培養(yǎng)學生機電一體化系統(tǒng)方案設計與分析的能力、機械電子伺服系統(tǒng)設計與分析的能力、創(chuàng)造性提出并解決關(guān)鍵問題的能力。 3. 通過機械部分設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設計方法和步驟； 4. 通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想； 5. 通過課程設計提高學生應用手冊、標準及編寫技術(shù)說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。 （四）課程設計的任務： 綜合運用所學的機械、電子、控制理論等方面的專業(yè)知識進行機電一體化系統(tǒng)的初步設計，為將來的進一步設計打好基礎。 二、總體方案的確定 根據(jù)設計任務確定系統(tǒng)的總體機械和控制系統(tǒng)方案：進行系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。進行方案的分析、比較和論證。 1. 系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng) 采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。 2. 計算機系統(tǒng) 采用MCS-51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高。控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。 3. X—Y工作臺的傳動方式 為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。 考慮電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。 系統(tǒng)總體框圖 三、機械部分的設計和計算 1、工作臺的初步設計： （1）確定系統(tǒng)脈沖當量 脈沖當量是個進給指令時工作位移量，應小于等于工作臺的位置精度。一般為0.01~0.005mm。 （2）工作臺外形尺寸及重量初步估算。 工作臺簡圖 載物臺的尺寸：長 寬 高 X向拖板（上拖板）尺寸：長 寬高= ； 重量：按重量=體積材料比重估算： Y向拖板（下拖板）尺寸：長 寬高=，重量為495N， X-Y工作臺運動的總重量W=495N+495N=990N； (3) 滾動導軌副的計算、選擇 工作載荷P=0.5(Fz+W)= 又因為靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。此題中有沖擊所以取fSL=4; 則 根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導軌： 選取導軌的型號為：JSA-LG15，其額定靜載荷中，，符合設計要求。 因為有效行程，，且X方向載物臺的寬度為130mm,Y方向載物臺的長度為200mm.考慮到留有一定的余量。經(jīng)綜合考慮，取上拖板導軌的長度為850mm,下載物臺導軌的長度為850mm. 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷C(kN)驗算導軌的工作壽命Ln： (hour)= （4）滾珠絲杠計算、選擇 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=6mm。 （1） 強度計算 絲杠軸向力：(N) 式中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。 所以： 壽命值： 其中絲杠轉(zhuǎn)速=（r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。在這里取， 所以最大動載荷： 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號。 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查表3-31選擇GD系列2006-3型滾珠絲杠副，公稱直徑為20mm，導程為6mm，循環(huán)滾珠為3圈1列，精度等級取五級，額定動載荷為9366N，滿足要求。 傳動副的傳動效率：，其中是公稱直徑，帶入的= ，其中：φ=10’，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。 （4）穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。此題即采用止推軸承，否則，按教材32頁式（2.2）驗算。 式中：Fk為絲杠實際承受載荷的能力；fk為壓桿穩(wěn)定的支撐系數(shù)；E=2.1x1011Pa為鋼的彈性模量；為絲杠小徑d1的截面慣性矩；ls為絲杠長度；K=2.5~4為壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)。 （5）剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm)，其中（材料為鋼），，Y向受力最大，所以取F=834.8N。 ，絲杠因受扭矩所引起的導程變化量很小，可忽略，所以導程誤差， E級精度的絲杠允許誤差為。剛度足夠。 （5）齒輪設計，計算。 齒輪傳動比：，其中步距角α=1.5?/step。 根據(jù)計算的傳動比，由整體結(jié)構(gòu)要求初定大小齒輪齒數(shù)及模數(shù)m，從結(jié)構(gòu)上采取措施消除傳動間隙以提高傳動精度（如下圖所示）。齒輪1、2的分度圓直徑分別為：d1=mz1，d2=mz2；齒寬b=20mm，分度圓壓力角α=20?；齒頂圓直徑為：da1=(z1+2)m，da2=(z2+2)m；中心距a=0.5(d1+ d2)。 1、2--薄齒輪, 3—彈簧, 4、8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 6、7—螺母 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 若取Z1=24，則Z2=50。因傳遞的扭矩較小，取模數(shù)m=1mm 齒輪尺寸： Z 24 50 24 50 26 52 21.5 49.5 37 （6）步進電機等效負載計算 （1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 折算到步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為： (kg·cm2) 式中：Jw，Jz1，Jz2和Js分別為折算到步進電機軸上的工作臺、齒輪1、齒輪2和絲杠的等效轉(zhuǎn)動慣量，kg·cm2。其中： ， 所以： (N·m2) 式中：d0為絲杠的名義直徑；Ls為絲杠的總長；ρs，ρz分別為絲杠和齒輪的材料密度，可取為7.85x10-3kg/cm3。 （2）等效負載轉(zhuǎn)矩計算 空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩： (N·m) 工作時的負載轉(zhuǎn)矩： (N·m) (N·m) 式中：η=0.8，為考慮絲杠預緊時的傳動效率。 （3）起動慣性阻轉(zhuǎn)矩計算 (N·m) 式中：電機轉(zhuǎn)速ωm=2πpnm/60，起動加速時間Δt=0.025s。 （4）步進電機輸出軸上總負載轉(zhuǎn)矩計算 =+0.0030.29+0.347 =0.64(N·m) （7）步進電機的選擇 為使步進電機正常起動（不失步），其起動力矩應滿足：，取如選用三相六拍工作方式，，則 步進電機的最高運行頻率為： 綜合考慮，確定步進電機的型號為75BC380A。 說明：為便于設計和采購，X、Y軸的電機可選擇一樣。 （8）機械傳動結(jié)構(gòu)裝配圖見附錄。 四、機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 1、確定硬件電路總體方案: 機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成： ① 主控制器：就是中央處理單元CPU。 ② 總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。 ③ 存儲器：包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。 ④ 接口：即I/O輸入/輸出接口電路。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下： 控制系統(tǒng)硬件框圖 除此之外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設備和信號變換電路。其中信號變換電路是A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、光電隔離、功率放大等，是實現(xiàn)微機與控制對象之間的信號匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路。它們可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選取。 2、主控制器CPU的選擇： 在微機應用系統(tǒng)中，CPU的選擇應考慮以下要素： （1） 時鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理的速度）； （2） 可擴展存儲器（ROM/RAM）的容量； （3） 指令系統(tǒng)功能是否強； （4） I/O口擴展的能力； （5） 開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。 3、存儲器擴展電路的設計: ①程序存儲器擴展 單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用EPROM。其型號分別是2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別是2k、4k、8k、16k、32k。要注意8031所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的讀取時間。 ②地址鎖存器74LS373 單片機規(guī)定P0口提供低8位地址線，同時又要作數(shù)據(jù)線，所以是分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提供低8位地址信息，一般采用74LS373作為地址鎖存器，并由CPU發(fā)出地址允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 ③有關(guān)程序存儲器和地址鎖存器的接線圖參見控制部分的電氣原理圖。 ④數(shù)據(jù)存儲器的擴展 因為8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116和6264靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，其選用的規(guī)則與EPROM程序存儲器的要求相同。有關(guān)它的接線圖也參見控制部分的電氣原理圖。 ⑤譯碼電路 在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機連接。單片機數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送，故要進行片選控制。片內(nèi)有多個字節(jié)單元時，還要進行片內(nèi)地址選則。 由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，因此，單片機的硬件設計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復雜。可采用線選法和全地址譯碼方法。 4、I/O口擴展電路設計: 8031單片機共有四個8位并行I/O口，但可提供給用戶使用的只有P1口及部分P3口線。因此在大部分應用系統(tǒng)中都不可避免的要進行I/O口擴展。 其中通用可編程接口芯片8155與微機的接口較為簡單，是微機系統(tǒng)中廣泛使用的接口芯片。 5、鍵盤、顯示接口電路: 鍵盤、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行、列接構(gòu)，按鍵設置在行列的交點上。 數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），為了方便顯示圖形，也有用CRT接口顯示方式的系統(tǒng)。 6、步進電機驅(qū)動電路: 步進電機是一種用脈沖信號控制的電動機，在負載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，電動機的角位移僅與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速僅與控制脈沖頻率成正比。在多數(shù)情況下，用步進電機作為執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)中不需要A/D或D/A轉(zhuǎn)換，可采用較為簡單的開環(huán)控制，因而成為經(jīng)濟型數(shù)控機床最主要的一種的伺服驅(qū)動單元。步進電機的驅(qū)動電路由圖5所示四部分組成。 步進電機驅(qū)動電路 ①計算機接口 在數(shù)控系統(tǒng)中，步進電機接口電路至關(guān)重要。沒有它將無法實現(xiàn)微機對步進電機的控制。如前所述，8031系列單片機含有4個并行輸入/輸出口，提供32根I/O線。其中P1口可供用戶使用，作為步進電機及其他控制對象的接口。也可以采用8155或8255（8255功能與8155相似，可參看有關(guān)資料）等可編程并行輸入、輸出接口芯片設計擴展接口電路，來控制步進電機與其它外部設備。 ②脈沖分配器 脈沖分配器又叫環(huán)形分配器，是驅(qū)動步進電機比不可少的環(huán)節(jié)。步進電機的控制方式由環(huán)形分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。在數(shù)控系統(tǒng)中通常使用較多的是集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。 集成脈沖分配器，按其電路結(jié)構(gòu)不同分為TTL集成電路和CMOS集成電路。目前市場上提供的TTL產(chǎn)品有YB013、YB014、YB015及YB016，分別為三相、四相、五相和六相。它們都是18個管角的直插式封裝。 軟件環(huán)形分配器用軟件編程的方法來實現(xiàn)，在數(shù)控機床教學實驗中已詳細地介紹了軟件環(huán)形分配器的設計方法，不在贅述。 ③隔離電路 在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進電機的勵磁繞組。由于步進電機需要的驅(qū)動電壓較高（幾十伏），電流也較大（幾安到幾十安），如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起強電氣干擾。輕則影響計算機程序的正常進行，重則導致計算機和接口電路的破壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。 光電耦合器由發(fā)光器件和受光器件組成，聯(lián)結(jié)發(fā)光源的引線作為輸入端，聯(lián)接受光器件的引線為輸出端。通常發(fā)光器件是發(fā)光二極管，受光器件是光敏三極管。圖6是型號4N25光電耦合器的引腳與接線圖。圖（a）為共集電極輸出型，圖（b）為共發(fā)射極輸出型。當輸入信號Vt加到輸入端時，發(fā)光二極管導通激發(fā)發(fā)出紅外光，受光三極管受光照射后，由于光敏效應產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實現(xiàn)了以光為媒介的電信號傳輸。輸入端與輸出端在電氣上完全隔離。 由于光電耦合器非線性失真大，不適合傳輸模擬信號，一般只用于進行開關(guān)量的傳輸及電平轉(zhuǎn)換。 4N25型光電耦合器引腳與接線圖 ④功率放大器 脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出的信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進電機的正常運轉(zhuǎn)。 功率放大器按其結(jié)構(gòu)不同分為單電源型和雙電源型。前者電路設計為單電壓供電，僅在步進電機的繞組回路串聯(lián)一個小于10歐的電阻，以增大功率放大器負載回路的電阻，使步進電機繞組中電流上升的時間常數(shù)減小，提高上升沿的陡度。（τ=L/R） 雙電源型采用高低壓供電電路，在功率放大器導通初始時，加上比額定電壓高幾倍的電源供電，使電動機繞組電流從零很快增大，當電流升到接近額定值時切斷高電壓電源而由額定電壓為繞組提供正常工作電流。 單電源功率放大器線路簡單，但效率不高，只適用小功率的步進電機。目前我國步進電機的功率放大器以由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，所以在設計數(shù)控機床控制電路時不必考慮其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，只需要根據(jù)選用的步進電機容量選擇功率放大器。 7、其它輔助電路設計 ①8031的時鐘電路 單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。 內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件。晶體可在1.2~12MHz之間任選，耦合電容在5~30pF之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部方式時，可以把XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源。 ②復位電路 單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后CPU就從0000H單元開始執(zhí)行程序。一般數(shù)控系統(tǒng)都采用上電與按鈕復位組合，如圖7所示。上電瞬間，RC電路允許，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上的高電平，單片機就有效復位。在實際應用系統(tǒng)中若有些需要復位的芯片其復位電平與8031復位要求一致，就可直接相連。當晶振頻率選用6MHz時，復位電路中C取22μF，R取200Ω，Rk取1kΩ。為了保證復位可靠，通常采用如圖8所示的實用復位電路。 復位電路 ③越界報警電路 為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。如是兩坐標聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，則有4個方向可能越界，即+X、-X、+Y、-Y。一旦某一方向越界，應立即停止工作臺移動，可通過光電耦合器的輸入隔離電路如圖9所示。行程開關(guān)接到發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接到8031的I/O口P1.0。當任何一個方向的行程開關(guān)被壓下，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導通，由低電平變?yōu)楦唠娖健?031可用軟件設計成查詢的方法隨時檢測有無越界信號。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接到8031的外部中斷引腳（INT0或INT1），采用中斷方式檢測越界信號。（為了報警，可以設置發(fā)光二極管，工作時不亮，有越界信號時，紅燈亮，指示工作臺越過極限位置。） 8、電氣原理見附錄 五、系統(tǒng)控制軟件的設計 1、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容 數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾部分內(nèi)容。 ①、系統(tǒng)管理程序 它是實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其主要功能是：（1）接收操作者的命令；（2）執(zhí)行命令；（3）從命令處理程序返回到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。 ②、零件加工源程序的輸入處理程序 該程序完成從外部I/O設備輸入零件加工源程序的任務。 ③、插補程序 插補程序根據(jù)零件加工源程序進行插補運算，分配進給脈沖。 ④、伺服控制程序 伺服控制程序根據(jù)插補運算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機的速度、轉(zhuǎn)角及方向。 ⑤、診斷程序 診斷程序包括移動部件移動越界處理、緊急停機處理、系統(tǒng)故障診斷、查錯等功能。 ⑥、機床的自動加工與手動控制程序 在調(diào)整機床時往往需要機床的手動控制。 ⑦、鍵盤操作和顯示處理程序 鍵盤操作和顯示處理程序的功能包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。 2、程序設計技術(shù) 系統(tǒng)控制軟件根據(jù)系統(tǒng)功能的要求而設計，應可靠的實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在設計系統(tǒng)軟件時必須詳盡而細致地分析系統(tǒng)控制對象的特點及對控制功能的要求。在確定好控制方式、計算方法和控制順序后，將其處理順序用框圖描述出。系統(tǒng)控制軟件通常用匯編語言編寫。 程序設計的方法通常有：模塊化程序設計和自頂向下程序設計。 3、步進電機控制子程序的設計 步進電機的控制包括速度、轉(zhuǎn)角及方向的控制。步進電機在突然啟動或停止時，由于負載和慣性，會使電機失步，所以步進電機運行時應有一個加、減速過程。 通過確定進給脈沖數(shù)和脈沖時間間隔，即可實現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)角與速度的控制。 經(jīng)過計算知加、減速脈沖個數(shù)都為27個。 因為，所以 計算時要根據(jù)脈沖時刻tn查時間常數(shù)表，得脈沖時間間隔T， 再由Te=T×10-3/（te×10-6）求出時間常數(shù)Te， 式中：T——脈沖時間間隔（ms）；te——單片機機器周期（μs），在時鐘為6MHz時，te≈2μs。 在EPROM存儲器中，時間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個時間常數(shù)占兩個字節(jié)，低位地址存放時間常數(shù)低8位，高位地址存放時間常數(shù)高8位。 在程序中，設置加速、恒速、減速脈沖數(shù)計數(shù)器N0、N1、N2。以計數(shù)器的值是否為0作為相應過程（加速、恒速或減速）是否結(jié)束的標志。 步進電機控制程序框圖見圖10。 步進電機控制子程序（后臺程序）流程圖 （b）步進電機控制中斷服務程序流程圖 4、匯編語言程序設計 （1）內(nèi)存地址分配 加速脈沖數(shù)計數(shù)器N0地址設為20H。 恒速脈沖數(shù)計數(shù)器N1低8位字節(jié)NIL地址21H，高8位字節(jié)地址22H。 減速脈沖數(shù)計數(shù)器N2地址23H。 加速、恒速、減速脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)NL地址為24H，高位字節(jié)NH地址為25H。 步進電機進給控制子程序FEED首地址為0E80H。每調(diào)用一次該程序，步進電機按規(guī)定方向進給一步。 （2）程序清單 N0 EQU 20H ；加速 NIL EQU 21H ；恒速 NIH EQU 22H ；恒速 N2 EQU 23H ；減速 NL EQU 24H ；脈沖總數(shù)寄存器 NH EQU 25H DS EQU 26H ；地址指針偏移量 FEED EQU 0E80H ORG 0E00H 0E00 758160 START：MOV SP，#60H ；程序開始 0E03 758901 MOV TMOD，#01H ；設計數(shù)器是工作方式1，16位定時器 0E06 75201B MOV N0，#1BH ；設N0初值為27 0E09 75231B MOV N2，#1BH ；設N2初值為27 0E0C E520 MOV A，N0 ；計算2×N0 0E0E 23 RL A 0E0F F8 MOV R0，A 0E10 C3 CLR C ；計算N1=N-2N0 0E11 E524 MOV A，NL 0E13 98 SUBB A，R0 0E14 F521 MOV NIL，A ；恒速計數(shù)器賦值（低位） 0E16 E525 MOV A，NH 0E18 9400 SUBB A，#00H 0E1A F522 MOV NIH，A ；恒速計數(shù)器賦值（高位） 0E1C 901000 MOV DPTR，#1000H ；設時間常數(shù)地址指針初值1000H 0E1F 752600 MOV DS，#00H ；設地址偏移量初值為00H 0E22 93 MOVC A，＠A+DPTR ；從EPROM中讀取時間常數(shù) 0E23 F58A MOV TL0，A ；送時間常數(shù)至定時器0中 0E25 0526 INC DS 0E27 E526 MOV A，DS 0E29 93 MOVC A，＠A+DPTR 0E2A F58C MOV TH0，A 0E2C 0526 INC DS 0E2E D2AF SETB EA ；置中斷使能控制器IE的EA位（即開中斷允許） 0E30 D2A9 SETB ET0 ；允許定時器0中斷 0E32 D28C SETB TR0 ；啟動定時器0開始計數(shù) 0E34 20AFFD WAIT：JB EA，WAIT ；中斷允許返回 0E37 22 RET 中斷服務程序： ORG 000BH ；定時器0中斷入口地址 000B 020F00 LJMP 0F0CH ORG 0F00H 0F00 E526 INT：MOV A，DS ；送時間常數(shù)至定時器0中 0F02 93 MOVC A，＠A+DPTR 0F03 F58A MOV TL0，A 0F05 0526 INC DS 0F07 E526 MOV A，DS 0F09 93 MOVC A，＠A+DPTR 0F0A F58C MOV TH0，A 0F0C 0526 INC DS ；修改地址便移量指針 0F0E D180 ACALL FEED ；調(diào)FEED子程序，使電機進給一步 0F10 E520 MOV A，N0 ；判斷N0是否為0，為0則轉(zhuǎn)入恒速 0F12 B40012 CJNE A，#00H，LOOP1 0F15 E522 MOV A，NIL ；判斷N1是否為0，為0則轉(zhuǎn)入減速 0F17 B40010 CJNE A，#00H，LOOP2 0F1A E522 MOV A，NIH 0F1C B4000B CJNE A，#00H，LOOP2 0F1F E523 MOV A，N2 ；判斷N2是否為0 0F21 B40014 CJNE A，#00H，LOOP3 0F24 C2AF CLR EA ；N2為0，減速結(jié)束，關(guān)中斷 0F26 32 RETI ；中斷返回 0F27 1520 LOOP1：DEC N0 ；N0不為0，則N0=N0-1 0F29 32 RETI 0F2A E521 LOOP2：MOV A，NIL ；N1不為0，則N1=N1-1 0F2C C3 CLR C 0F2D 9401 SUBB A，#01H 0F2F F521 MOV NIL，A 0F31 E522 MOV A，NIH 0F33 9400 SUBB A，#00H 0F35 F522 MOV NIH，A 0F37 32 RETI 0F38 1523 LOOP3：DEC N2 ；N2不為0，則N2=N2-1 0F3A 32 RETI 六、課程設計的心得和體會 這次的課程設計是跟我們所學專業(yè)密切相關(guān)的，就是用我們所學的知識去設計一個機電一體化的產(chǎn)品—數(shù)控機床，從剛開始的不知從何入手到慢慢的開始找到方法，體會到了要學會查資料文獻來解決問題的方法，在畫圖過程中也遇到了諸多的問題，整體的布局，局部的表達，不知道該如何在圖上表達工件，最后經(jīng)問同學問老師，慢慢的解決了，但是我相信這個圖里還有很多不正確不合理的地方，不過我想隨著實踐的增多閱歷的增加，以后的設計會逐漸的更具有實踐性。對于圖中的錯誤，懇請老師指出，也希望老師多多包涵，我會盡力去改正！ 七、參考資料 [1] 傅曉林，機電一體化系統(tǒng)課程設計指導書，重慶交通大學，2005 [2] 張建民, 機電一體化系統(tǒng)設計, 高等教育出版社, 2001. [3] 成大先, 機械設計手冊, 機械工業(yè)出版社, 2002. [4] 機電一體化技術(shù)手冊編委會, 機電一體化手冊, 機械工業(yè)出版社, 1991. [5] 張新義, 經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計, 機械工業(yè)出版社, 1994. [6] 王巍，機械制圖，機械工業(yè)出版社, 2000 [7] 尹勇，Protel DXP電路設計入門與進階，高等教育出版社, 2001.