課程設(shè)計(jì)-數(shù)控測(cè)量機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙和說明書】

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5000mm/minC向最大旋轉(zhuǎn)速度 100r/min(4)被檢工件最大尺寸（材料為鋼） 50mm350mm(5)外形尺寸（參考） 700mm400mm320mm(6)微機(jī)部分?jǐn)U展16k程序存儲(chǔ)器容量，16k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；人機(jī)交互部分的數(shù)據(jù)和程序輸入采用4行8列的行列式鍵盤，狀態(tài)和信息顯示采用8位8段LED數(shù)碼管；2個(gè)行程限位信號(hào)（來自Z向直線運(yùn)動(dòng)單元）、2個(gè)回零開關(guān)信號(hào)（分別來自Z直線運(yùn)動(dòng)單元和C回轉(zhuǎn)單元）及工作方式采用開關(guān)量信號(hào)輸入；電機(jī)控制部分包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的控制，電機(jī)控制采用軟環(huán)分和高低壓驅(qū)動(dòng)。3. 設(shè)計(jì)要求：(1) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，原理正確，制圖符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔；(2) 微機(jī)控制系統(tǒng)功能完備，包括微機(jī)部分，人機(jī)交互部分和電機(jī)控制部分；(3) 設(shè)計(jì)說明書論述清楚，計(jì)算無誤，數(shù)值單位明確，引用公式及資料有出處。第一章 總體方案的擬定第一節(jié) 概述數(shù)控技術(shù)是一種自動(dòng)控制技術(shù)，它能夠?qū)C(jī)器的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作進(jìn)行控制。采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床由程序載體、輸入裝置、CNC裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床的機(jī)械部件構(gòu)成。以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)向著更高層次發(fā)展，使機(jī)械制造水平得到很大的提高。對(duì)我們的現(xiàn)代的經(jīng)濟(jì)建設(shè)有很大的推動(dòng)作用。第二節(jié) 總體方案的確定對(duì)任務(wù)書進(jìn)行分析，數(shù)控測(cè)量機(jī)需有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)單元，一個(gè)是Z直線運(yùn)動(dòng)單元，另一個(gè)是C回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元。功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)工件軸剖面和徑剖面的測(cè)量。設(shè)計(jì)思路：Z軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母帶動(dòng)托板在滾動(dòng)導(dǎo)軌上直線移動(dòng)，絲杠直徑取D=20mm；C軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)三爪卡盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)。 一、機(jī)械傳送部件的選擇1.導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)的數(shù)控測(cè)量機(jī)Z軸直線運(yùn)動(dòng)單元需要承載的載荷不大，但運(yùn)動(dòng)分辨率高，因此，決定選用直線滾動(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)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。2.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)，要滿足Z向運(yùn)動(dòng)分辨率優(yōu)于0.01mm，滑動(dòng)絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠螺母副才能達(dá)到。滾珠絲杠螺母副的傳動(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。3.伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書要求的Z軸的運(yùn)動(dòng)分辨率優(yōu)于0.01mm，所以本次設(shè)計(jì)脈沖膽量選為0.01，尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度為5000mm/min。因此，Z軸不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，可以選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。C軸運(yùn)動(dòng)分辨率優(yōu)于0.1，最大旋轉(zhuǎn)速度為100r/min，也選用步進(jìn)電機(jī)。4.減速裝置的選用Z軸選擇了電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠螺母副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。為此，本設(shè)計(jì)決定采用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。C軸決定選用諧波減速器，諧波減速器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，傳動(dòng)效率高。(2)傳動(dòng)范圍大。(3)同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，運(yùn)動(dòng)精度高，承載能力大。(4)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。(5)齒側(cè)間隙可以調(diào)整。5.檢查裝置的的選用選用步進(jìn)電機(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。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏高了，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不受電網(wǎng)和其他外部因素的影響而失步，決定采用全閉環(huán)控制，而且測(cè)量機(jī)上用光柵尺來測(cè)量工件的軸向尺寸，若再用光柵尺作為閉環(huán)用的檢查裝置，更能起到一舉兩用的效果，使有效資源得到充分的利用。光柵的分辨率應(yīng)與測(cè)量的分辨率相匹配。6.測(cè)量裝置的選用本次設(shè)計(jì)的測(cè)量機(jī)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的軸剖面和徑剖面的測(cè)量，分別采用直線光柵和光幕式傳感器。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)的數(shù)控測(cè)量機(jī)，其控制系統(tǒng)應(yīng)具有定位和速度控制的基本功能，但無需有插補(bǔ)。所以點(diǎn)位/直線控制系統(tǒng)即可。2對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)80C31作為控制系統(tǒng)的CPU，應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高。可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。3.要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。第二章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估計(jì)導(dǎo)軌上承載的部件包括連接板和光幕式傳感器、螺母座，重量約為20N。二、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型1. 滑塊承受的工作載荷F的計(jì)算及型號(hào)的選取 工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計(jì)中的連接板水平布置，采用雙導(dǎo)軌、兩滑塊的支承形式。由于垂直方向承載的載荷為：F=G/2其中，移動(dòng)部件重量G=20N,得F=10N,選取直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為ZL系列的JSA-LG15型，已能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。由于設(shè)計(jì)的在、Z向的行程范圍為350mm，選連接板的尺寸為65mm140mm，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為460mm。2距離額定壽命L的計(jì)算上述選取的ZL系列JSA-LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過100，每根導(dǎo)軌上配有1個(gè)滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。硬度系數(shù)H=1.0、溫度系數(shù)T=1.00、接觸系數(shù)C=1、精度系數(shù)R=0.9、載荷系數(shù)W=1.5,得距離壽命：L=(HTCRWCaF)3504740940800km遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。三、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型1從靜止加速到最大移動(dòng)速度承受的載荷FD的計(jì)算本設(shè)計(jì)的最大移動(dòng)速度為5000mm/min，初選電機(jī)加速時(shí)間為300ms，設(shè)加速為勻加速。由此可計(jì)算出加速度：a=Vmaxt=5600.3=0.277m/s2。絲杠所帶動(dòng)的移動(dòng)部件包括滑塊、連接板和光幕式傳感器、螺母座、螺母、滾珠的重量總和約為30N。FQ=ma=30.277=0.831N滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)=0.005。得移動(dòng)克服的摩擦力為：FM=G=300.005=0.15NFD=FQ+FM1N2初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的加速載荷，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈1列，精度等級(jí)取2級(jí)，額定動(dòng)負(fù)載為9309N，遠(yuǎn)大于FD,滿足要求。3傳動(dòng)效率的計(jì)算將公稱直徑d0=20mm，導(dǎo)程Ph=5mm，代入=arctanPh/(d0) ，得絲杠螺旋升角=433。將摩擦角=10，代入=tan/ tan(+),得傳動(dòng)效率=96.4。4剛度的驗(yàn)算（1）絲杠的支承采用“單推-單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為450mm；鋼的彈性模量E=2.1105MPa；查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-31，得滾珠直徑Dw=3.175mm，絲杠底徑d2=16.2mm，絲杠截面積S=d2/4=206.12mm2。絲杠在加速載荷FD作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1=FDa/(ES)= 0.00001155mm。（2）根據(jù)公式Z=d0/Dw-3,求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為31，代入公式：Z=Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FYJ=FD/3=0.33N。則由式2=0.0013FD103DwFYJZ2/10=0.00003863mm。（3）將以上算出的1和2代入總=1+2，求得絲杠總變形量總=0.00005018mm=0.05018m。本設(shè)計(jì)中絲杠的有效行程為350mm，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-27知，2級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315-400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25m，絲杠剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足。6壓桿穩(wěn)定性校核關(guān)系式Z1Z2Z（個(gè)）2450d=mZ2450da=d+2m2652df=d-21.25m21.547.5b=(610)m88a=d1+d2237由于絲杠受到的軸向力很小，這里無需校核。四、確定齒輪減速箱已選定Z軸脈沖當(dāng)量為=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=5mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=1.5。傳動(dòng)比i為：i=（Ph）/(360)= （1.55）/(3600.01)=25/12在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一級(jí)齒輪降速傳動(dòng)，選Z1=24, Z2=50 因傳遞的扭矩較小，取模數(shù)m=1mm,為了消除齒輪側(cè)隙，這里采用雙片齒輪，這樣齒寬b應(yīng)為 （610）m，選小齒輪為8m，大齒輪為雙片彈簧齒輪，都為4m。齒輪的有關(guān)尺寸如右表。C軸要求運(yùn)動(dòng)分辨率優(yōu)于0.1，最大旋轉(zhuǎn)速度為400r/min，由于分辨率較高，所以決定采用諧波減速器。所需諧波減速器應(yīng)輸出的力矩Tmax為：Tmax=J,J為諧波減速器總輸出慣量，為諧波減速器輸出的最大角加速度，工件的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1J1=0.78D4L10-3=0.78543510-3=17.0625kgcm2卡盤的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J2J2=0.78D4L10-3=0.78104510-3=39 kgcm2法蘭的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J3J3=0.78D4L10-3=0.78104110-3=7.8 kgcm2J=J1+J2+J3=63.8625 kgcm2=1002600.3=34.91rad/s2Tmax=J=0.2229Nm由于C軸起動(dòng)用的是恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，選擇諧波減速器的原則是按照最高轉(zhuǎn)速選用機(jī)型。輸出軸最大轉(zhuǎn)速要求為100r/min。所以決定采用北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所生產(chǎn)的諧波減速器XB1系列40機(jī)型，減速比用48的。與之相關(guān)參數(shù)請(qǐng)查看去上述研究所網(wǎng)站。機(jī)型 空載靜態(tài)啟動(dòng)力矩 (gfcm)飛輪矩GD2(kgfm2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I(kgm2)XB1-40602002.3510-5 0.5910-5 機(jī)型d1d2DD1D2LL2L3L4L6HH1C出軸L3向下L出軸L4向上L電機(jī)D3直聯(lián)L74015M58050661232238621(65)(65)5x18按電機(jī)型號(hào)確定機(jī)型減速比u 輸入轉(zhuǎn)速 3000 rpm輸入轉(zhuǎn)速 1500 rpm輸入轉(zhuǎn)速 1000 rpm輸出力矩T2 N.m輸出轉(zhuǎn)速n2 rpm額定輸入功率p kW輸出力矩T2 N.m輸出轉(zhuǎn)速n2 rpm額定輸入功率p kW輸出力矩T2 N.m輸出轉(zhuǎn)速n2 rpm額定輸入功率p kW40486580100 8.0101215 63463830 0.0810.0740.0730.073 8.0101217 31231915 0.0400.0370.0360.040 8.0101217 21151310 0.0270.0250.0240.027 五、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型1先確定Z軸有用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。（1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=20mm，總長(zhǎng)450mm，導(dǎo)程Ph=5mm，材料密度=7.8510-3kg/cm3；移動(dòng)部件總重力G=30N；小齒輪寬度b1=8mm，直徑d1=24mm；大齒輪寬度b2=8mm，直徑d2=50mm；傳動(dòng)比i=25/12。滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js為：查綜合作業(yè)指導(dǎo)書表3-25，得Js=0.840.45 kgcm2=0.378 kgcm2 移動(dòng)部件折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG為：JG=Gg(L02)2可查綜合作業(yè)指導(dǎo)書表3-26得出JG=6.450.003 kgcm2=0.01935kgcm2J1、J2齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgcm2)對(duì)于鋼材 J=0.78D4L10-3式中 D圓柱體直徑 L圓柱體長(zhǎng)度J1=0.7810-3d14L1=0.7810-32.440.8 kgcm2 =0.021kgcm2J2=0.7810-3d24L2=0.7810-3540.8 kgcm2=0.39 kgcm2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為55BF003，為三相反應(yīng)式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，三相六拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為1.5，從機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=0.06kgcm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J=Jm+J1+(Z1Z2)2(J2+Js)+Gg(L02)2=0.06+0.021+(1225)2(0.39+0.378)+0.01935=0.06+ 0.20240544=0.26240544 kgcm2（2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq為： Teq=Tamax+Tf+T0 Tamax為啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 Tf為移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 T0為由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩（可以忽略） Tamax= J= Jnmax602ta10-2= J2nmax10-260tanmax=vmaxpb3600式中 電機(jī)最大角加速度（rad/s2）； nmax電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）； ta運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間（s）。令起動(dòng)加速時(shí)間ta=300ms其他符號(hào)和前面意義相同，代入數(shù)據(jù)nmax=vmaxpb3600=50000.011.5360=2083.33r/minTamax= J2nmax10-260ta=0.7422083.33600.310-2 Ncm =5.38NcmTf=F0L02i F0=G式中 F0導(dǎo)軌的摩擦力（N）； G運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；取0.005 i齒輪降速比； 傳動(dòng)鏈總效率，在此取0.8。 F0=G=0.00530=0.15N Tf=0.15L02i=0.150.50.4820.8=0.0072NcmTeq=Tamax+Tf=5.38+0.00725.39Ncm （3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： Tjmax4Teq=45.39 Ncm= 21.56 Ncm上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為55BF003，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=66 Ncm?？梢姡瑵M足要求。（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核任務(wù)書給定最大移動(dòng)速度v=5000mm/min，脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖，電機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為=5000/(600.01)Hz= 8333.33Hz。從機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-3、表4-7和55BF003電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出，55BF003電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)18000Hz，可見沒有超過這個(gè)界限。在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf9 Ncm，大于快速起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq，滿足要求。已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=0.26240544 kgcm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=0.06kgcm2，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載起動(dòng)頻率q=1800Hz。則由式（4-17）可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為：L=q1+J/Jm=777Hz上式說明，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777Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz。綜上所述，55BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。技術(shù)參數(shù)：型號(hào)相數(shù)步距角(DEG.)電壓(V)電流(A)保持轉(zhuǎn)矩N.m( kg.cm)空載啟動(dòng)頻率(HZ)運(yùn)行頻率(HZ)接線圖備注55BF00331.5/32730.666(7)18001可供雙軸伸外形安裝尺寸：型號(hào)DD1hdELd2MS備注55BF00355320-0.0172.56-0.01-0.02220.570404-M3為了節(jié)省成本，配件應(yīng)盡量選擇一樣，因此C軸電機(jī)初選55BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，（見綜合作業(yè)指導(dǎo)書表3-23）采用三相雙三拍驅(qū)動(dòng)，步距角為3,由于諧波減速器的減速比為48，所以輸出軸的分辨率為0.0625，優(yōu)于0.1，滿足要求。C軸的轉(zhuǎn)速要求為100r/min。所以所需電機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率為(100360)/(600.0625)= 9600Hz，小于55BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率。滿足要求。由所選的諧波減速器的相關(guān)參數(shù)可看出即使步進(jìn)電機(jī)直接由最高轉(zhuǎn)速起動(dòng)，諧波減速器輸出的轉(zhuǎn)矩也能滿足要求。但為了避免有沖擊，還是采用低速起動(dòng)高速運(yùn)行的方法。五、直線光柵尺的選用本設(shè)計(jì)所選Z相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用全閉環(huán)控制，可在導(dǎo)軌上固定標(biāo)尺光柵，導(dǎo)軌塊上固定光柵讀數(shù)頭，用以檢測(cè)光幕式傳感器的行程和移動(dòng)速度。光柵尺的分辨力應(yīng)與Z軸脈沖當(dāng)量相匹配。由Z軸脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖和需要測(cè)量的行程為350mm。考慮到光柵輸出的A、B相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，和為了降低成本。因此，光柵的柵距選0.04mm。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，絲杠每產(chǎn)生一個(gè)脈沖當(dāng)量，光柵對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。本設(shè)計(jì)選擇長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SGC6T435025型號(hào)直線光柵：電壓5V、方波輸出、有效行程350mm、柵距25線/mm、精度為10m的直線光柵。采用YC-18-7，七芯插頭。六、光幕式傳感器的選用由于需要檢查的工件最大直徑為50mm，所以選擇的光幕式傳感器的發(fā)射器和接收器的距離應(yīng)大于50mm，又考慮到工件裝載方便，需留出余量，所以使發(fā)射器和接收器的距離為100mm，根據(jù)已知條件，決定采用沃爾士環(huán)控系統(tǒng)工程（深圳）有限公司出售的由德國(guó)生產(chǎn)的德國(guó)SI 光幕式紅外光傳感器 FLB系列 FLB-F2，詳細(xì)信息：詳細(xì)介紹：尺寸：各種供選（38mm300mm）發(fā)射器和接收器的最大距離：300mm濾光器: 冷光反射器 工作電壓：+12VDC+32VDC 工作溫度：-20C . +60C 在Windows上可調(diào)整的參數(shù)：開關(guān)指示(亮/暗)調(diào)整 、激光功率調(diào)整、開關(guān)延時(shí)調(diào)整、信號(hào)平均值、公差值范圍設(shè)置、參考值范圍設(shè)置輸出：模擬量: 0 . +10V 數(shù)字量:NPN,PNP開關(guān)頻率：1kHz開關(guān)指示：橙色LED材料：鋁(電鍍藍(lán)色)保護(hù)等級(jí)：IP67由此可知滿足本設(shè)計(jì)要求。第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容一、 繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。（1）數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ) ，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。（2）機(jī)床的硬件電路有以下五部分組成:1、 主控制器 即中央處理單元（CPU）；2、 總線 包括數(shù)據(jù)總線(DB)，地址總線(AB)和控制總線(CB)；3、 存儲(chǔ)器 包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；4、 接口 即I/O輸入/輸出接口電路；5、 外圍設(shè)備 如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。繪制機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖圖 4-1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)）目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。由于其具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，經(jīng)過分析本次任務(wù)要求，決定采用MCS-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。由于8031內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器，且只有地址為007FH這128個(gè)單元作為片內(nèi)RAM供用戶使用。由于本次任務(wù)要求：微機(jī)部分?jǐn)U展16k8位程序存儲(chǔ)器，16k8位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；人機(jī)交互部分的輸入接口采用4行8列的行列式鍵盤，輸出接口采用8位8段LED數(shù)碼管；2個(gè)行程限位信號(hào)（Z向直線運(yùn)動(dòng)單元）、工作方式（手動(dòng)、自動(dòng)、編輯等）及報(bào)警指示等采用開關(guān)量信號(hào)輸入；電機(jī)控制部分采用軟環(huán)分和高低壓驅(qū)動(dòng)，控制機(jī)床的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)單元，所以，RAM、ROM、I/O接口均需擴(kuò)展。決定擴(kuò)展兩片2764、兩片6264、一片8279、一片8255。1、不同型號(hào)的EPROM工作速度有差別，一般為200450ns,選擇時(shí)應(yīng)注意是否系統(tǒng)的時(shí)序要求。即8031所提供的讀取時(shí)間應(yīng)大于EPROM的工作時(shí)間。8031訪問EPROM時(shí)，其所能提供的讀取時(shí)間t與所選的晶體時(shí)鐘有關(guān)，大約為3T，其中的T為時(shí)鐘周期，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用晶體頻率為6MHz，則t480ns故凡工作速度小于480ns的芯片在時(shí)序上均滿足要求，所以2764滿足要求。2、常用的靜態(tài)RAM芯片有6116、6264、62256等，6264采用CMOS工藝，有+5V供電，典型存取時(shí)間為150200ns。所以6264滿足要求，采用28引腳雙列直插式扁平封裝。由于單片機(jī)8031芯片的P0口分時(shí)傳送低8位地址線和數(shù)據(jù)線，P2 口傳送高8位地址，所以采用74LS 373地址鎖存器，鎖存低8位地址。單片機(jī)的P2口用作高位地址線和片選地址線，由于P2口具有鎖存功能，故不必外加地址鎖存器。2764和6264芯片均具有8KB，需要13根地址線。A0 A7 低8位相應(yīng)接74LS 373的輸出1Q8Q，A8 A12 相應(yīng)接8031芯片的P2.0 P2.4 。由于擴(kuò)展了兩片2764、兩片6264、一片8279、一片8255，所以系統(tǒng)采用全地址譯碼，兩片2764芯片片選信號(hào)對(duì)應(yīng)接74LS138譯碼器的0和1。兩片6264芯片的片選信號(hào)對(duì)應(yīng)接74LS138的2和3，單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址（即允許地址重疊），8031芯片控制信號(hào)接2764的引腳，讀寫控制信號(hào)和分別接6264芯片的和。由于8031芯片內(nèi)部沒有ROM，只能用外部程序存儲(chǔ)器，所以必須接地。二、ROM、RAM、I/O接口芯片地址分配器件地址選擇線片內(nèi)地址單元/字節(jié)地址編輯2764（1）000x xxxx xxxx xxxx8K0000H1FFFH2764（2）001x xxxx xxxx xxxx8K2000H3FFFH6264（1）010x xxxx xxxx xxxx8K4000H5FFFH6264（2）011x xxxx xxxx xxxx8K6000H7FFFH82791001 1111 1111 111x29FFEH9FFFH82551011 1111 1111 11xx4BFFCHBFFFH三、軟環(huán)分 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書要求采用軟環(huán)分，又因?yàn)閮蛇\(yùn)動(dòng)單元都選用了55BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，并且Z軸采用三相六拍的控制方式，C軸采用三相雙三拍的控制方式。所以選用了8255的PA0PA2分別對(duì)應(yīng)Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的A、B、C三相繞組，確定A-AB-B-BC-C-CA-A為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn); PA3PA5分別對(duì)應(yīng)C軸步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相繞組,并確定AB-BC-CA-AB為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。第二節(jié)I/O接口電路一、I/O接口電路的擴(kuò)展由于8031只有P口和P口部分能提供用戶作為I/O口使用，不能滿足輸入輸出口的要求，因此系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8279和一片8255可編程I/O接口芯片。8279的片選信號(hào)接74LS138的4端。8255的片選信號(hào)接74LS138的5端。74LS138有三個(gè)輸入A、B、C分別接到8031的P、P、P,輸出8個(gè)輸出，低電平有效。8279與鍵盤、顯示器的連接：鍵盤的行線接8279的RLRL，本次設(shè)計(jì)8279采用外部譯碼方式，SLSL經(jīng)74LS138（1）譯碼器輸出，作為按鍵盤的列線，SLSL又由74LS138(2)譯碼器輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后輸出到顯示器各位的共陰極，輸出線OUTB、OUTA作為8位段數(shù)據(jù)輸出口，控制74LS138(2)的譯碼，當(dāng)位切換時(shí)，輸出低電平，使74LS138(2)輸出全為高電平，當(dāng)鍵盤上出現(xiàn)有效的閉合健時(shí)，鍵輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)的進(jìn)入8279的FIFORAM，并向8031請(qǐng)求中斷，8031響應(yīng)中斷，讀取FIFORAM中的輸入鍵值更新顯示器輸出，僅需改變8279種顯示緩沖器RAM中的內(nèi)容。8255的PA口用于控制Z向,C向的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)任務(wù)書要求采用軟環(huán)分，于是PB口和PC口主要用于功能鍵的控制。第三節(jié) 所用芯片接線引腳介紹一、8031單片機(jī)芯片的介紹8031芯片具有40根引腳按其功能分為四類1.電源線2根（V,V）2.晶體振蕩器2根XTAL:振蕩器的反相放大器輸入，使用外部振蕩器時(shí)必須接地。XTAL:當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部振蕩信號(hào)3.I/O口 共用P,P,P,P四個(gè)八位口，32根地址線，其功能如下：（1）PP：分時(shí)用作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線。（2）PP：供用戶使用。（3）PP：它作為高8位地址線（4）PP：該口的每一位均可獨(dú)立的定義為第一I/O口或第二I/O口功能作為第一功能實(shí)用時(shí)，口結(jié)構(gòu)與操作與P口完全相同。第二功能如下所示：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通T,T:定時(shí)器0，1外部輸入 、：外部中斷RxD:串行輸入口 TxD:串行輸出口4.控制線（1）：程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)；（2）：為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令；為低電平時(shí)，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令，8031的端口必須接地；（3）ALE：ALE是地址鎖存器的使能信號(hào)，ALE信號(hào)鎖存低8位地址（4）RST/VPD：是復(fù)位/備用電源端二、2764 ROM芯片的介紹2764芯片為28腳雙列直插式扁平封裝芯片，其管腳的功能介紹如下：片選端； ：輸出使能端 ； AA：地址端接口；DD：數(shù)據(jù)端接口；：編程控制端； V：編程電源端；V：電源端； V：接地。三、6264 RAM芯片的介紹6264芯片也為28腳雙列直插式扁平封裝芯片，其管腳功能介紹：V：電源端； V：接地。：片選端1; CS2：片選端2;：讀輸入選通端; ：寫輸入選通端;AA：地址線;I/OI/O：I/O口。四、地址鎖存器74LS373和地址譯碼器74LS138的引腳圖五、專用鍵盤顯示器接口芯片82798279是通用可編程鍵盤和顯示器I/O接口部件。利用8279，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤/顯示器的自動(dòng)掃描，并識(shí)別鍵盤上閉合健的鍵號(hào)，不僅可以大大節(jié)省CPU對(duì)鍵盤顯示器的操作時(shí)間，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且顯示穩(wěn)定。程序簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，由于這些優(yōu)點(diǎn)，8279芯片被日益廣泛地應(yīng)用，其引腳功能如下：（1）I/O控制器與數(shù)據(jù)緩沖器利用、A和、信號(hào)去控制各種內(nèi)部寄存器讀寫，A=1，表示傳送的是命令或狀態(tài)信息，A=0時(shí)數(shù)據(jù)信息。DBDB與CPU數(shù)據(jù)總線相連。為片選信號(hào)，為低電平時(shí)，CPU才選中8279進(jìn)行讀寫。（2）IRQ為中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效。（3）RLRL為反饋輸入線，作為鍵輸入線由內(nèi)部拉高電阻拉成高電平，也可由按鍵拉成低電平。（4）SHIFT、CNTL/STB為控制鍵輸入線，由內(nèi)部拉高電阻拉成高電平。（5）SLSL為掃描輸出線，用于對(duì)鍵盤顯示器掃描。（6）OUTB,OUTA為顯示段數(shù)據(jù)輸出線。（7）為消隱輸出線，低電平有效，當(dāng)顯示器切換時(shí)，或使用顯示消隱命令時(shí)，將顯示消隱。（8） RESET為復(fù)位輸入線，高電平有效。六、8255可編程接口芯片：8255具有3個(gè)8位的并行I/O口，分別為PA口、PB口和PC口，它們都可以通過軟件編程來改變I/O口的工作方式，其功能如下：片選端； PAPA:A口； PBPB:B口； PCPC:C口A,A:地址線； ：讀信號(hào)； : 寫信號(hào)； DD:數(shù)據(jù)線RESET:復(fù)位信號(hào)； GND:地。第四節(jié)輔助電路的設(shè)計(jì)一、輔助電路的介紹微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)除了各種主要功能芯片外，還必須包括一些其他必要的輔助電路。這些輔助電路有：鍵盤顯示器電路，步進(jìn)電機(jī)控制電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等。各種電路介紹如下：1.鍵盤顯示器接口電路數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有：LED顯示器，LCD和CRT顯示器。本設(shè)計(jì)采用LED顯示器，通常它是由八個(gè)發(fā)光二極管組成的，具有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)采用共陰極結(jié)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)如圖所示： 鍵盤是由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備，其工作原理如圖所示： 2.步進(jìn)電機(jī)控制電路步進(jìn)電機(jī)控制電路如下列框圖所示：步進(jìn)電機(jī)控制電路框圖現(xiàn)分別介紹如下：（1）脈沖分配器（環(huán)形分配器）環(huán)形分配器有硬件和軟件兩種，硬件環(huán)形分配器需要的I/O口接線少，其執(zhí)行速度快，但需要專有的芯片。軟環(huán)形分配器實(shí)用程序?qū)崿F(xiàn)的。本設(shè)計(jì)中要求使用軟環(huán)分配器。其具體程序內(nèi)容見下部分。（2）光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后，控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流也較大。如果將I/O口輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響計(jì)算機(jī)的程序正常運(yùn)行，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)接口電路的損壞。所以一般要在接口電路與功率放大器間加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。電路圖如圖所示：光電隔離電路圖該圖為同向輸出電路，控制信號(hào)經(jīng)74LS05集電極開路門反相后驅(qū)動(dòng)光耦合器的輸入發(fā)光二極管。當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，74LS05不吸收電路，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，從而輸出的光敏晶體管截至，輸入電壓為零電平。反之輸出電壓為高電平。（3）功率放大電路脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不滿足步進(jìn)電機(jī)的要求，必須將它放大，已產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，本次設(shè)計(jì)所選用的是一種高低壓供電電路。其具體電路圖如圖所示。高低壓驅(qū)動(dòng)電路圖其工作原理：電路中各晶體管均處在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)控制脈沖到來時(shí)，V、V、V均導(dǎo)通，同時(shí)脈沖變壓器的二次側(cè)產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使V出于導(dǎo)通狀態(tài)，使二極管處于負(fù)偏置而截止，將電動(dòng)機(jī)繞組L與電源En斷開，高壓電源通過V2、 V1為步進(jìn)電機(jī)繞組L供電，使其電流上升沿變陡，通過b時(shí)間后，脈沖電流消失，使V處于截至狀態(tài)，切斷高壓電源EH與電動(dòng)機(jī)繞組LA的回路，En通過VD2, V1為電動(dòng)機(jī)供電，提供電動(dòng)機(jī)所需的額定電流。 3.8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)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，本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部方式，如圖所示。晶體可在1.212MHz之間任選，耦合電容在530PF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。時(shí)鐘電路圖4.復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)，在時(shí)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(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機(jī)便從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。下圖中為上電與按鈕復(fù)位組合。在上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。復(fù)位電路圖5.越界報(bào)警電路為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。本次設(shè)計(jì)采用中斷方式，利用8031的外部中斷，只要有任一個(gè)行程開關(guān)閉合，即工作臺(tái)在某一個(gè)方向越界，均能產(chǎn)生中斷信號(hào)，為了報(bào)警，設(shè)置紅綠燈指示，正常工作時(shí)綠燈亮，當(dāng)越界報(bào)警是紅燈亮。兩燈均由一個(gè)I/O口輸出。（a）為報(bào)警信號(hào)的產(chǎn)生。 (b)為報(bào)警指示。6.掉電保護(hù)電路掉電保護(hù)電路，保護(hù)一些重要的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，如幾何尺寸，工藝參數(shù)，再掉電后仍能妥善保存，恢復(fù)供電后又能馬上運(yùn)行。掉電保護(hù)電路圖圖中Va為電源電壓，Vb為備用電池電壓并且VaVb，V為存儲(chǔ)器RAM電源端，正常通電時(shí)，二極管VD2導(dǎo)通，VD截止，電壓由Va提供，同時(shí)Va還通過電阻R對(duì)電池充電。斷電后，VD2截止，VD導(dǎo)通，此時(shí)RAM的工作電壓由電池Vb經(jīng)二極管VD1和電阻提供。第四章微機(jī)控制軟件第一節(jié) 概述機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成，只有軟件和硬件相結(jié)合時(shí)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的功能。本章主要是對(duì)控制軟件做一下簡(jiǎn)要介紹，其次按設(shè)計(jì)要求完成一項(xiàng)環(huán)形分配器流程框圖的繪制以及其源程序的編寫。 第二節(jié) 控制軟件組成及功能一、典型的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的組成形式如下圖中所示：二、數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的功能介紹如下：（一）系統(tǒng)總控程序這是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的主循環(huán)程序，系統(tǒng)上電后便進(jìn)入這部分程序運(yùn)行，它主要完成以下工作：1:系統(tǒng)的初始化；2：命令處理循環(huán)（二）零件加工程序的輸入和輸出管理零件加工程序的輸入有兩種方法：1：通過光電閱讀機(jī)輸入。2：從鍵盤輸入。零件程序存儲(chǔ)器一般容量較大，可以存放多個(gè)零件加工程序。數(shù)控系統(tǒng)采用的零件加工方式是存儲(chǔ)器工作方式，系統(tǒng)從零件存儲(chǔ)器中逐段取出程序送入程序緩沖器。然后對(duì)程序緩沖器中程序段數(shù)據(jù)預(yù)處理，形成可供插補(bǔ)運(yùn)算的數(shù)據(jù)。（三）零件加工程序的編輯編輯程序也可以看作鍵盤命令處理程序，既可以用來從鍵盤輸入新的零件加工程序，也可以用來對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)在零件程序存儲(chǔ)器中的零件加工程序進(jìn)行編輯和修改。常用的編輯功能包括插入、刪除、查找、移動(dòng)等。（四）機(jī)床手動(dòng)調(diào)整控制機(jī)床手動(dòng)調(diào)整動(dòng)作包括：各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)、主軸運(yùn)動(dòng)、刀架轉(zhuǎn)位、冷卻液的開停等。 在手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)下，除了控制機(jī)床的動(dòng)作外，還要對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)置。由上述內(nèi)容可看出，手動(dòng)調(diào)整的控制程序是一個(gè)對(duì)操作面板和鍵盤輸入命令進(jìn)行掃描的循環(huán)。它不斷地讀取操作面板和鍵盤的輸入信息。分析識(shí)別輸入的命令進(jìn)形相應(yīng)的處理。（五）零件加工程序的解釋和執(zhí)行零件加工程序的解釋與執(zhí)行是完成零件加工任務(wù)的基本模塊，用來根據(jù)零件加工 程序?qū)崿F(xiàn)零件的軌跡加工，一個(gè)加工程序段的解釋執(zhí)行，包括取得程序段，程序譯碼，完成程序段中指定的G、M、S、T功能。對(duì)軌跡加工類程序段進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，插補(bǔ)計(jì)算，伺服控制等步驟。（六）插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)程序是根據(jù)插補(bǔ)數(shù)學(xué)模型而編制的一種運(yùn)算處理程序，它的作用是決定在所要求的進(jìn)給長(zhǎng)度上數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的每一次進(jìn)給都需要執(zhí)行一次插補(bǔ)程序。插補(bǔ)的頻率是由程序所要求的進(jìn)給速度所決定的。進(jìn)給越快，插補(bǔ)頻率越高。（七）伺服控制伺服控制程序是根據(jù)插補(bǔ)程序的結(jié)果，經(jīng)適當(dāng)計(jì)算直接輸出去控制執(zhí)行元件的動(dòng)作。對(duì)于開環(huán)的步進(jìn)電機(jī)的控制，主要完成脈沖分配和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速控制。和插補(bǔ)計(jì)算一樣，伺服控制也是由定時(shí)中斷引起的，也常常作為定時(shí)中斷服務(wù)程序的一部分出現(xiàn)或由定時(shí)中斷服務(wù)程序調(diào)用（八）系統(tǒng)自檢該程序檢測(cè)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)各個(gè)硬件部件功能的正確性。只是可能存在的故障的位置與性質(zhì)。這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性。第三節(jié) 系統(tǒng)直線插補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)一、直線插補(bǔ)（一）第一象限插補(bǔ)軌跡如圖所示：（二）、插補(bǔ)程序1.直線插補(bǔ)的程序框圖如下： 2.插補(bǔ)程序此程序根據(jù)經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車床硬件電路圖編寫，程序首先對(duì)芯片8255進(jìn)行初始化，再用逐點(diǎn)比較法對(duì)第一象限直線進(jìn)行插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)。環(huán)行分配器是采用軟環(huán)分配。程序如下：ORG 1000HLP: MOV SP,#60H 設(shè)置堆棧指針 MOV DPTR, #BFFFH 8255初始化，BFFFH為8255控制口地址 MOV A #8BH 控制字為8BH，（即10001011B）設(shè)置為A口輸出，B口輸入，C口輸入 MOVX DPTR A MOV 4AH, #00H 偏差單元清零MOV 49H, #00H MOV 48H #01H 置Z向電機(jī)初態(tài)MOV 47H,#20H 置C向電機(jī)初態(tài)MOV A,4EH （低8位低8位）50HADD A,4CH MOV 50H,AMOV A,4DH （高8位高8位）50H ADDC A,4BHMOV 4FH,AMOV A,#21H Z向、C向電機(jī)上電MOX DPTR,# BFFCH 將控制字#21H送入8255芯片的A口MOVX DPTR,ALP1: MOV A,49H 將偏差值高8位AJB ACC7LP3 ACC7=1偏差值為負(fù)值，F(xiàn)0則跳轉(zhuǎn)到子程序LP3，否則向下執(zhí)行ACALL ZMP F0走一步ZCLR C 清進(jìn)位MOV A,4AH 計(jì)算偏差F=MOV A,4CH MOV 4AH,AMOV A,49HSUBB A,4BHMOV 49H AACALL DLO 延時(shí)1msLP2:CLR CMOV A,50H 終判值減1，送到A，判斷是否為0SUBB A,#01HMOV A,50HMOV A,4FHSUBB A,#00HMOV 4FH,AORL A,50HJNZ LP1 A不為0，轉(zhuǎn)移到LP1再判斷偏差值F的正負(fù)LJMP 0000HLP3:ACALL CMP F0，轉(zhuǎn)入此程序，走一步C，CMP為C向電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序MOV A,4AH 計(jì)算新偏差F=ADD A,4EHMOV 4AH,AMOV A,49HADDC A,4DHMOV 49H,AACALL DLOSJMP LP2 轉(zhuǎn)移至LP2，重新進(jìn)行判終DLO:MOV R2,#02H 延時(shí)子程序D2:MOV R1,#7DHD1:DJNZ R1,D1DJNZ R2,D2RETZMP,CMP子程序略。致 謝 課程設(shè)計(jì)是高等教育機(jī)電一體化工程專業(yè)中本科階段一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，同時(shí)是理論聯(lián)系實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問題的開始。在設(shè)計(jì)過程中遇到了許多問題，通過請(qǐng)教指導(dǎo)老師和同學(xué)，綜合運(yùn)用各種資料文獻(xiàn)，問題基本解決。由于時(shí)間倉促及本人知識(shí)水平有限，許多不足之處希望評(píng)委老師提出意見，我將認(rèn)真仔細(xì)聽取建議，并將在以后設(shè)計(jì)做的更好。發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我應(yīng)該繼續(xù)學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)不斷積累知識(shí)和完善自我。生命不息，奮斗不止，把握未來，就要牢牢把握一卻繼續(xù)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和條件，將學(xué)習(xí)進(jìn)行到底。這次課程設(shè)計(jì)過程中，得到了肖定國(guó)、郝娟兩位老師的精心指導(dǎo)，才得到能力的進(jìn)一步提高，不足之處，請(qǐng)各位老師諒解。最后衷心感謝對(duì)我這次課程設(shè)計(jì)給予的幫助和指導(dǎo)！ 2010年9月18日參考文獻(xiàn)（1） 郝忠軍、雷小玲編：綜合作業(yè)指導(dǎo)書. 機(jī)械工業(yè)出版社（2） 尹志強(qiáng)編：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.機(jī)械工業(yè)出版社（3） 2008機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件（4） 趙長(zhǎng)德、雷田玉編：微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社（5） 丁洪生編 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社（6） 虞洪述、徐伯康編 機(jī)械制圖 西安交通大學(xué)出版社（7） 林其俊編： 數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社（8） 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