Z3063搖臂鉆床數(shù)控化改造的設計【全套含CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 畢業(yè)論文 題 目：Z3063搖臂鉆床數(shù)控化改造的設計 姓 名： 班 級： 學 號： 指導老師： 摘 要 X-Y數(shù)控工作臺改裝設計是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，其結構簡單。實現(xiàn)方便并且能夠保證一定的精度。 本文主要對Z3063工作臺的機械部分和控制部分進行設計，對滾珠絲杠，滾動導軌及步進電動機做了設計計算及選用，并也對軸承座進行了分析和選擇，另外也利用AutoCAD進行了裝配圖的繪制，對其導軌座的設計及各零部件的安裝也作了比較詳細的說明。針對滾珠絲杠的計算，通過對滾珠絲杠的動載荷及靜載荷的計算，確定所要絲杠的動靜載荷值，并選擇。針對滾動導軌，分別計算滾動導軌的動載荷及其工作壽命來確定滾動導軌的參數(shù)，并選取。針對步進電動機的選取，我分別作了其轉動慣量和轉動力矩的計算，根據所得的數(shù)據作步進電動機的選擇。 關鍵詞：XY工作臺 步進電動機 滾動導軌 滾珠絲杠 ABSTRACT The?XY?CNC?Workbench?the?design?modifications?and?is?an?open-the-loop?control?system,?its?structure?is?simple.?To?achieve?that?the?the?convenient?and?able?to?to?Guaranteed?the?certain?level?of?accuracy?as. This?paper?mainly?carried?out?the?the?mechanical?part?of?for?Z3063?workbench?design,?on?the?the?ball?screw,?the?scroll?guide?rail,?and?the?stepping?motor?done?a?design?calculated?and?choosed,?and?also?on?the?bearings?seat?and?couplings?carried?out?analysis?and?selection,?In?addition?also?the?use?of?AutoCAD?for?a?the?the?drawing?of?of?the?assembly?FIG.,?of?its?the?the?installation?of?of?the?the?the?design?of?outlets?and?of?of?the?guide?seat?Parts?were?also?made?by?Compare?Detail?of?described.?For?the?the?calculation?of?of?the?ball?screw,?the?through?the?the?the?dynamic?load?of?of?Ball?Screw?by?with?the?calculation?of?and?static?load?of?the.,?To?determine?the?you?want?to?lead?screw?static?and?dynamic?load?value,?and?select?the.?Against?the?scroll?through?the?guide?rail,?respectively,?calculate?the?the?the?rolling?guide?the?dynamic?load?of?and?its?working?life?of?to?to?determine?the?the?scroll?through?the?the?parameters?of?of?the?guide?rail,?and?select?the.?Against?the?Select?the?of?the?stepper?the?electric?motor,?I,?respectively?have?have?a?made?an?rotation?thereof?the?the?calculation?of?of?the?the?inertia?Cover?and?the?rotating?torque?is,?according?to?the?resultant?Data?make?the?the?the?choice?of?of?the?stepper?motor. Key?words:?XY?workbench?stepping?motor?rolling?guide?ball?screw 目 錄 第一章 緒論 1.1課題究的背景與意義…………………………………………… 1 1.2數(shù)控技術的發(fā)展與現(xiàn)狀………………………………………… 1 1.2.1發(fā)達國家數(shù)控技術的發(fā)展狀況………………………… 1 1.2.2國內數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………… 2 第二章 Z3063搖臂鉆床工作臺改造總體方案…………………………… 3 2.1 Z3063搖臂鉆床簡介…………………………………………… 3 2.2機械改造方案…………………………………………………… 5 2.2.1系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng)……………………………… 5 2.2.2 計算機系統(tǒng)……………………………………………… 6 2.2.3 X—Y工作臺的傳動方式……………………………… 6 第三章 機械部分的設計和計算………………………………………… 7 3.1確定系統(tǒng)脈沖當量……………………………………………… 7 3.2初步確定工作臺的尺寸及其重量……………………………… 7 3.3滾珠絲杠的設計計算及選擇…………………………………… 8 3.3.1求絲杠的靜載荷………………………………………… 9 3.3.2 確定動載荷及其使用壽命……………………………… 9 3.3.3滾珠絲杠的選取………………………………………… 10 3.3.4 滾道半徑、偏心距……………………………………… 10 3.3.5 穩(wěn)定性計算……………………………………………… 10 3.3.6 剛度過驗算……………………………………………… 11 3.4 滾動導軌的計算與選擇………………………………………… 11 3.4.1 導軌的型號……………………………………………… 12 3.4.2 導軌的受力分析………………………………………… 12 3.4.3計算導軌的壽命………………………………………… 12 3.5 電機的計算…………………………………………………… 14 3.5.1 負載慣量的計算………………………………………… 17 3.5.2 負載轉矩的計算………………………………………… 17 3.5.3 步進電動機的選擇……………………………………… 18 3.6 齒輪計算、設計……………………………………… …… 19 第四章 精度分析………………………………………………………… 20 4.1 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)誤差來源………………………………………… 20 4.2 系統(tǒng)誤差的消除………………………………………………… 21 第五章 控制部分的設計………………………………………………… 22 5.1 硬件電路總體方案…………………………………………… 22 5.1.1主控制器CPU的選擇…………………………………… 22 5.1.2 I/O口擴展電路設計…………………………………… 23 5.1.3鍵盤、顯示接口電路…………………………………… 24 5.1.4步進電機驅動電路……………………………………… 25 5.1.5其它輔助電路設計……………………………………… 26 5.2控制系統(tǒng)軟件的設計………………………………………… 27 5.2.1系統(tǒng)控制軟件的主要內容……………………………… 27 5.2.2程序設計技術…………………………………………… 28 5.2.3步進電機控制子程序的設計…………………………… 28 結論……………………………………………………………………………30 致謝……………………………………………………………………………31 參考文獻………………………………………………………………………31 09屆機械電子工程畢業(yè)設計 第一章 緒論 1.1課題研究的背景與意義 數(shù)控技術是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。用數(shù)控技術實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控(Numerical?Control)機床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅動器及進給裝置等部分。 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。 1.2數(shù)控技術的發(fā)展與現(xiàn)狀 1.2.1發(fā)達國家數(shù)控技術的發(fā)展狀況 美、德、日三國是當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。 1.美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務,并且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發(fā)展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數(shù)控機床的主機設計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數(shù)控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數(shù)控機床產量增加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。 2.德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一臺數(shù)控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數(shù)控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 3.日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978年產量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上占50%，在國內約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。 1.2.2國內數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數(shù)控技術和數(shù)控產業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產數(shù)控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。 第二章 Z3063搖臂鉆床工作臺改造總體方案 根據設計任務確定系統(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)行機構及傳動方案的確定，伺服電機類型及調速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。進行方案的分析、比較和論證。對普通機床進行數(shù)控化改造與購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%至80%的費用，改造費用低，大大節(jié)省了成本，特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只需要花費新機床購置費用的1/3，產品交貨期短。機床經改造后降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應。 2.1 Z3063搖臂鉆床簡介 Z3063鉆床是機械制造中使用廣泛的一類機床，作為孔加工機床，主要用來加工箱體、機架等外形較復雜、沒有對稱回轉軸線的工件上的孔。鉆削加工時，工件不動，刀具作旋轉運動和軸向進給運動。鉆床可完成鉆孔、鉸孔、锪平面、攻螺紋等工作，鉆床主要由底座、內立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等部分組成。由于搖臂鉆床運動部件較多，常采用多臺電動機拖動。Z3063搖臂鉆床共有4臺電動機，一般采用籠型異步電動機，其中M1為主電動機，控制主軸旋轉運動和進給運動，單向旋轉，用機械變換完成加工螺紋所需要的正反向運動。主軸的正反運動一般通過正反轉摩擦離合器來實現(xiàn)。M2為升降電動機，控制搖臂升降運動，雙向旋轉。M3為液壓泵電動機，M4為冷卻電動機，對加工的道具進行冷卻，手動控制，單向旋轉。Z3063液壓搖臂床主要適用于在大、中型鑄件，鋼件上鉆孔，擴孔、鉸孔及攻螺紋等加工。適合本機床工作的溫度要求在0到45攝氏度、大氣壓強86到106 Kpa空氣清潔度較好、粉塵濃度不得大于10mg/m3、不得含酸、堿腐蝕和有毒氣體：不得有爆炸危險，不得有導電塵埃：廠房內不得有雨雪侵襲：地面平整、清潔、室內光線充足。機床安裝在遠離振源、熱源等地方。 2.2機械改造方案 2.2.1系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng) 采用直角坐標控制方式，在原機床的底座上設計一個獨立的十字數(shù)控滑臺，即提供了獨立的X，Y坐標。Z坐標作為主軸的上下運動，通過機床手動微進給軸傳入。采用連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動。 2.2.2 計算機系統(tǒng) 采用ATMEL公司的AT89系列單片機擴展控制系統(tǒng)。它。內含F(xiàn)lash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。 2.2.3 X—Y工作臺的傳動方式 為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，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構。 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 第三章 機械部分的設計和計算 3.1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。 3.2初步確定工作臺的尺寸及其重量 初步設定能夠加工的最大面積為200×210mm，最大工件的重量為150kg。因此我初定工作臺的。工作臺的材料為號鋼，其密度為。（取）因此： 3.2.1 工作臺（X向托板） 3.2.2 取Y向托板=X向托板 3.2.3 上導軌座（連電機）重量 初步取導軌座的長，寬為，高為，但導軌座中間有一大空缺，空缺部分大約2807030mm3。因此 所以根據上面所求，得XY工作臺運動部分的總重量為： 根據要求所知，其最大加工工件為，另外，還有絲杠、電機等，大約3kg，因此：m4=3kg 3.3滾珠絲杠的設計計算及選擇 X方向定位精度要求為0.01mm，工作臺快進速度定為2m/min，加速時間為0.1s。 絲杠分為滑動絲杠和滾珠絲杠。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動轉變?yōu)樾D運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設備、精密儀器、精密數(shù)控機床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個方面的優(yōu)良特性：傳動效率高、定位精度高、傳動可逆性、使用壽命長、同步性能好。由于滾珠絲杠副運轉順滑、消除軸向間隙以及制造的一致性，采用多套滾珠絲杠副方案驅動同一裝置或多個相同部件時，可獲得很好的同步工作。 滾珠絲杠與傳統(tǒng)滑動絲杠相比，有以下優(yōu)點：一，與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3，在省電方面很有幫助。 二，高精度的保證。三，微進給可能。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。四，無側隙，剛性高。滾珠絲杠副可以加預壓，由于預壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加預壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲杠螺母部的剛性增強)。五，高速進給可能。滾珠絲杠由于運動效率高，發(fā)熱小，所以可實現(xiàn)高速進給運動。 因此，在設計X方向工作臺時，采用滾珠絲杠驅動。滾珠絲杠負載有運動部件和導軌之間的摩擦阻力，鉆頭切削時的絲杠受的軸向力。由于工作臺運動時不進行切削，而進行切削時，絲杠受的軸向力很小，可以忽略不計，因此，絲杠的負載只按運動部件和導軌之間的摩擦阻力算。 3.3.1求絲杠的靜載荷 已知其計算公式： 式中的KF：載荷系數(shù)，取1.1 KH：硬度系數(shù)，取1.0 KL：精度系數(shù)，取1.0 FM：絲杠工作時的軸向阻力 根據： 其中為淬火鋼的摩擦因數(shù)(查《數(shù)控機床系統(tǒng)設計》P182) 。 因此： 3.3.2 確定動載荷及其使用壽命 根據絲杠動載荷公式： 式中：：額定動載荷 n：絲杠的最高轉速 ：使用壽命 FC：靜載荷 根據： 式中的絲杠的最高轉速，因題目中所給其工作臺快進的速度為，因此其計算為： 所以： 3.3.3滾珠絲杠的選取 安裝尺寸 根據動載荷及動載荷和公稱導程值的核對，最后選取的滾珠絲杠為天津龍創(chuàng)日盛機電實業(yè)有限公司生產的FFB2005-2 ，其公稱直徑為20mm，公稱導程為5mm，動靜載荷分別為6.4KN和12.2KN。 3.3.4 滾道半徑、偏心距 在上圖中查得，鋼球直徑為3.5mm，絲杠底徑為16.9mm。 滾道半徑 偏心距 3.3.5 穩(wěn)定性計算 因螺桿較長，所以穩(wěn)定性驗算應以下式求臨界載荷： 式中：E：螺桿材料的彈性模量，查《材料力學》表2-2，取E=200GPa Ia：螺桿危險截面的軸慣性矩 μ：長度系數(shù)，查《機電一體化設計手冊》得μ=1 絲杠的有效長度是240mm >2.5~4 是安全的 3.3.6 剛度過驗算 按最不利的情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉矩引起彈性變形方向是一致的，所以 式中： 查《材料力學》表2-2得，μ=0.25， 所以： 每米螺紋度上的螺紋距離彈性變形為 查《機電一體化設計手冊》滾動螺旋 3.4 滾動導軌的計算與選擇 滾動導軌副的介紹 一、滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成，如圖： 當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內部。二、特點 滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撉?，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一。與V型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍。能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得：能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。 導軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。 簡化了機械結構的設計和制造。 3.4.1 導軌的型號 查《機電一體化技術手冊》1卷下冊6篇3章，選用GGB20BA型導軌；表6.3-11，選擇導軌精度等級為4級，每個托板有兩條導軌，每條導軌有兩個滑塊。由于絲杠的直徑為20mm，跟根《機電一體化技術手冊》所給的選用方法，選用導軌的規(guī)格為20。查《機電一體化技術手冊》表6.3-12和表6.3-13選擇導軌的預加載荷為普通載荷P=287.5N。導軌是承受力的主要部件，除工件外、工作臺外，還有鉆床的切削力，鉆床的切削力約為100N。 3.4.2 導軌的受力分析 A=70，b=80。當機床沒有切削時， 當機床在切削時候， 當量載荷： 查《機電一體化設計手冊》得GGB型號規(guī)格為20的導軌的動載荷為11.6KN。 3.4.3計算導軌的壽命： 式中：ft：溫度系數(shù)。查《機電一體化技術手冊》表6.3-3，取ft=1 fc：接觸系數(shù)。查《機電一體化技術手冊》表6.3-4，fc=0.81 fw：載荷系數(shù)。查《機電一體化技術手冊》表6.3-5，fw=1.2 壽命 根據要求所知其壽命要在6年以上，一年300天，一天8小時；假設每分鐘走6個行程，則 所選用的導軌壽命比要求壽命要長，所以合格。 我選定的導軌副的型號為GGB20BA，其尺寸見上圖。來自昆山春本自動化設備有限公司。 3.5 電機的計算 數(shù)控機床上可以用步進電機和伺服電機控制，這里先對兩者進行一下性能比較，以便更好的選擇合適的電機。 步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 第一，控制精度不同。兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°，1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36 °，也有一些高性能的步進電機步距角更小，如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09 o；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8 °、0.9 °、0.72 °、0.36 °、0.18 °、0.09 °、0.072 °、0.036 °，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360 °/10000=0.0036 °。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360 °/131072 ，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。 第二，低頻特性不同。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。 第三，矩頻特性不同。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 第四，過載能力不同。步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 第五，運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 第六，速度響應性能不同。步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。 步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰?，即給一個脈沖，步進電機就轉一個角度，因此非常合適單片機控制，在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，電機則轉過一個步距角，同時步進電機只有周期性的無累積誤差，精度高。 步進電動機有如下特點：第一，步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。因此，當它轉一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性；第二，由步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非常可靠，同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；第三，步進電動機的動態(tài)響應快，易于啟停、正反轉及變速；第四，速度可在相當寬的范圍內平穩(wěn)調整，低速下仍能獲得較大轉距，因此一般可以不用減速器而直接驅動負載。第五，步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。第六，步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應措施。 步進電機有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進角1.8°四相混合式步進電機為例，在整步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉1.8°，旋轉一周，則需要200個脈沖，在半步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉0.9°，旋轉一周，則需要400個脈沖?？刂撇竭M電機旋轉必須按一定時序對步進電機引線輸入脈沖。 步進電機在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。如果使用細分方式，就能很好的解決這個問題，步進電機的細分控制，從本質上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內部的合成磁場為均勻的圓形旋轉磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分，一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電機旋轉力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小，步進電機半步工作方式就蘊涵了細分的工作原理。 通過以上信息，可知本次設計的工作臺控制精度要求不需要很高，考慮成本因素等等，選擇步進電機控制。 下面對步進電機進行計算選型。 3.5.1 負載慣量的計算 絲杠的轉動慣量 工作臺的轉去慣量 工件的轉動慣量 3.5.2 負載轉矩的計算 快速空程啟動時電機所需力矩；最大切削負載時電機所需力矩；快給速進時電機所需力矩 由于電機與絲杠間直接用齒輪連接，所以傳動鏈效率η取0.9，滾球未加預緊力時的效率η0取0.93；鉆床在X、Y軸進給方向是沒有切削力的，所以沒有切削力矩。 空載加速力矩 切削加速力矩 摩擦力矩 附加摩擦力矩 切削力矩 3.5.3 步進電動機的選擇 根據上述分析，最后我選定步距角為0.36度的型號為60BYG550A的步進電動機，其最大靜轉矩為0.6>我所需要的0.22 。 其外形結構及尺寸如下圖所示： 3.6 齒輪計算、設計 根據本部分的第一步所初選的電機步距角和脈沖當量，又已知滾珠絲杠螺距t=5mm，在傳動系統(tǒng)中應加一對齒輪降速傳動。齒輪傳動比： 若取Z1=60，則Z2=30。模數(shù)m=1mm 齒輪尺寸： Z 60 30 60 30 62 32 57.5 29.5 45 第四章 精度分析 以步進電機為執(zhí)行元件所構成的開環(huán)系統(tǒng)具有功能簡單、價格低廉等特點，在一些經濟型普通數(shù)控機床上得到了廣泛的應用。但是，這種系統(tǒng)普遍存在低速不平穩(wěn)、控制精度不高、拖動能力較小等問題，特別是控制精度問題在實際中最引人關注。 4.1 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)誤差來源 本設計中的開環(huán)控制系統(tǒng)，工作臺沒有檢測反饋裝置，控制系統(tǒng)發(fā)出的信號只是單向傳遞，由控制系統(tǒng)傳向移動工作臺。控制系統(tǒng)對工作臺的實際位置不作檢測。因此，加工精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。而伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為步進電機，步進電機將直接影響整個系統(tǒng)的精度。對于步進電機，步距角對精度有顯著的影響，若步距角顯著減小，轉子達到新穩(wěn)定點時所具有的動能變小，振動也變小，精度得到提高，低速運行時的平滑性也得到提高。反之，會使精度變差。 除了伺服系統(tǒng)的性能對工作臺的精度有影響，減速機構傳動鏈中的傳動間隙，滾珠絲杠的傳動間隙及其剛度，齒輪減速機構，支撐軸承也會影響系統(tǒng)精度。。 滾珠絲杠副的傳動精度主要有兩個影響因素。其一，傳動間隙。由于絲杠、支承存在傳動間隙，機械傳動鏈在改變方向時，會引起步進電機的空走，而工作臺并無實際移動。這樣，最初的指令產生的脈沖只能起到消除間隙的作用，從而影響了工作臺的位置精度。其二，絲杠的傳動剛度。滾珠絲杠副和支承絲杠的軸承在內的傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度稱為滾珠絲杠副的傳動剛度。當工作臺切削進給時，承受切削力，絲杠會產生彈性變形，此彈性變形會影響系統(tǒng)的定位精度和傳動精度。 4.2 系統(tǒng)誤差的消除 對于步進電機來說，提高步距角精度，改善步距角特性，會提高定位精度。因為步進電機的步距角與步進電機定子繞組相數(shù)、通電方式系數(shù)、步進電機轉子齒數(shù)有關，所以合理選擇步進電機電磁參數(shù)能有效地改善步距角精度。其次就是減小步距角或采用細分電路。當傳動比一定時，隨著步距角的減小，脈沖當量也減小 ，從而提高了加工精度。但是步距角的減小受到電動機轉子外形尺寸、相數(shù)以及拍數(shù)的限制，沒有辦法做得很小。因而，只能采取細分電路，使得步進電機的勵磁繞組電流的切換按很小的階梯進行。步進電機在細分狀態(tài)下，步距角顯著減小，達到了提高精度的目的。本設計中的驅動器自帶有細分的功能。也可以說，在一定程度上提高了系統(tǒng)的精度。再次就是采用間隙和螺距補償電路，也稱誤差較正電路。由于機械傳動的間隙具有一定的穩(wěn)定性，很有可能是一個常數(shù)，這個常數(shù)隨磨損緩慢增加?？捎蓪嶋H調整和測量來決定?？梢栽诠ぷ髋_反向或移動有間隙誤差的位置時，用補充一定脈沖量的方法來消除誤差，提高精度。對于提高絲杠副的傳動精度，通常采用預緊的方法。這種方法相比于誤差較正電路的方法來說，更為簡便易行，在實際中更常用。本設計中，絲杠副采用的是墊片預緊的方法來消除間隙，提高精度。 為了提高傳動精度和傳動平穩(wěn)性，避免齒輪在旋轉中產生沖擊和噪聲，對于30／60這一對齒輪還必須設計頂隙和側隙調整機構。 主動輪裝在步進電機軸上，而步進電機的端面用螺釘與偏心套聯(lián)接，偏心套裝在箱體上，轉動偏心套(這時步進電機連同齒輪一同轉動) 從而可以調整主動輪與從動輪之間的中心距，使齒輪頂隙得到調整。齒輪側隙的調整是利用圓柱薄片齒輪可調拉簧錯齒調整法來實現(xiàn)的. 支撐軸承采用預緊的方法來消除間隙，提高精度。 第五章 控制部分的設計 5.1、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)的硬件結構框圖如下： 控制系統(tǒng)硬件框圖 除此之外，還要根據數(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轉換、D/A轉換、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換的中間電路。它們可根據控制系統(tǒng)的要求選取。 5.1.1、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）。 隨著微電子技術水平的不斷提高，單片微型計算機有了飛躍的發(fā)展。單片機的型號很多，而目前市場上應用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應用最廣的8位單片機89C51，價格低廉，而性能優(yōu)良，功能強大。 從要設計的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機需要拓展程序存儲器和數(shù)據存儲器，無疑提高了設計價格，而選用高性能的16位MCS-96又顯得過于浪費。生產基于51為內核的單片機的廠家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生產領域ATMEL公司的工藝和封裝技術一直處于領先地位。ATMEL公司的AT89系列單片機內含F(xiàn)lash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。 因此硬件CPU選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產品，9表示內含F(xiàn)lash存儲器，S表示含有串行下載Flash存儲器。 AT89S51的性能參數(shù)為：Flash存儲器容量為4KB、16位定時器2個、中斷源6個（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷0、外部中斷1、定時器0和定時器1中斷）、RAM為128B、14位的計數(shù)器WDT、I/O口共有32個。 5.1.2、I/O口擴展電路設計: CPU接口部分包括傳感器部分、傳動驅動部分、人機交互界面三部分。示意圖如下所示：（行程開關） 前向通道 傳動驅動 （步進電機） 人機界面 傳感器 AT89S51 （鍵盤、LED） 后向通道 圖5-1 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。 （2）通過程序實時控制電機的運行。 （3）接受鍵盤中斷指令，并響應指令，將當前行程開關狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應到LED上，實現(xiàn)人機交互作用。 由于AT89S51只有P1口和P3口是準雙向口，但P3口主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進行I/O擴展?？紤]到電路的簡便性和可實現(xiàn)性，實際外擴鎖存器的8255，所以AT89S51的I/O口線分配如下： （1）P1.0-P1.5控制X-Y兩個方向步進電機的A、B、C線圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正轉模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反轉模式。 （2）P1.6口輸出控制電磁鐵的吸合。 （3）P3.2和P3.3兩個中斷源中INT0優(yōu)先級最高，它讀入行程開關的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點動、復位、圓弧插補開關的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。 （4）P0.0-P0.7外部I/O擴展的數(shù)據讀取。 （5）P2.7和P2.6決定8255的PA、PB、PC口的地址。 P1.0-P1.2 驅動1 X步進電機 驅動2 Y步進電機 P1.3-P1.5 P1.6 驅動3 P3.2 外部中斷0 P3.3 外部中斷1 P0.0-P0.7 AD0~AD7 P2.7 CE P2.6 IO/M PB 口 PA口 PC口 AT89S51 鍵盤 電磁鐵 8255 圖5-2 AT89S51控制系統(tǒng)圖 PB口接LED反映當前運行的8個狀態(tài)：X+禁止、X-禁止、Y+禁止、Y-禁止、手動X+運行、手動X-運行、手動Y+運行、手動Y-運行。 PA口低四位反映觸發(fā)中斷1的4個行程開關的狀態(tài)。 PC口低6位反映了觸發(fā)中斷2的手動X+運行、手動X-運行、手動Y+運行、手動Y-運行、復位（RST）、圓弧插補6個開關的狀態(tài)。 5.1.3、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)據的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據的動態(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，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)。 5.1.4、步進電機驅動電路: 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，電動機的角位移僅與控制脈沖數(shù)成正比，轉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轉換，可采用較為簡單的開環(huán)控制，因而成為經濟型數(shù)控機床最主要的一種的伺服驅動單元。步進電機的驅動電路由圖5所示四部分組成。 步進電機驅動電路 步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設計時的脈沖當量為0.01mm，步進電機每走一步，工作臺直線行進0.01mm。 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(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。 圖4-3 步進電機驅動電路圖 圖中僅為一相的驅動電路，其余兩相與之相同。相繞組的通斷由開關管VT1和VT2共同控制，VT2的發(fā)射極接一個采樣電阻R，該電阻上的壓降與相繞組電流i成正比。 當控制脈沖ui為高電平時，VT1和VT2兩個開關管均導通，直流電源向繞組供電。由于繞組電感的影響，采樣電阻R上的電壓逐漸升高，當超過給定電壓ua的值時，比較器輸出低電平，使與門也輸出低電平，VT1被截止，直流電源被切斷，繞組電流i經VT2、R、VD2續(xù)流而衰減，采樣電阻R上的電壓隨之下降。當采樣電阻R上的電壓小于給定電壓ua時，比較器輸出高電平，與門也輸出高電平，VT1重新導通，直流電源又開始向繞組供電。如此反復，相繞組的電流就穩(wěn)定在由給定電壓ua所決定的數(shù)值上。 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：A-AB-B-BC-C-CA-A，其反轉的通電順序為：A-AC-C-CB-B-BA-A。 步進時鐘 A相波形 B相波形 C相波形 圖4-4 三相六拍工作方式時相電壓波形（正轉） 5.1.5、其它輔助電路設計 （1）AT89S51的時鐘電路 單片機的時鐘可以由兩種方式產生：內部方式和外部方式。 內部方式利用芯片內部振蕩電路，AT89S51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，它的出入端為引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。AT89S51常選擇振蕩頻率6MHz或12MHz的石英晶體。 （2）復位電路 ????AT89S51單片機的第9腳（RST）為復位引腳，系統(tǒng)上電后，時鐘電路開始工作，只要RST 引腳上出現(xiàn)大于兩個機器周期時間的高電平即可引起單片機執(zhí)行復位操作。有兩種方法可以使AT89S51單片機復位，即在RST引腳加上大于兩個機器周期時間的高電平或WDT計數(shù)溢出。單片機復位后，PC=0000H，CPU從程序存儲器的0000H開始取指執(zhí)行。 上電瞬間，由于電容兩端電壓不能突變，RST引腳電壓端為VR為VCC，隨著對電容的充電， RST引腳的電壓呈指數(shù)規(guī)律下降，到t1時刻，VR降為3.6V，隨著對電容充電的進行，VR最后將接近0V。RST引腳的電壓變化如圖所示。為了確保單片機復位，t1必須大于兩個機器周期的時間，機器周期取決于單片機系統(tǒng)采用的晶振頻率，圖中，R不能取得太小，典型值 8.2kΩ. （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。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。行程開關接到發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接到?AT89S51的I/O口P1.0。當任何一個方向的行程開關被壓下，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?AT89S51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?AT89S51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。） 5.2、控制系統(tǒng)軟件的設計 5.2.1、系統(tǒng)控制軟件的主要內容 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容。 （1）系統(tǒng)管理程序 它是實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調工作的主體軟件。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 伺服控制程序根據插補運算的結果或操作者的命令控制伺服電機的速度、轉角及方向。 （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。 5.2.2、程序設計技術 系統(tǒng)控制軟件根據系統(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。 5.2.3、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)步進電機轉角與速度的控制。 經過計算知加、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）是否結束的標志。 復位程序流程 DIRX EQU 30H DIRY EQU 31H RST： CLR P1.6 RPA： MOV A，PA MOV DPTR，A MOVX A，@DPTR ；讀PA口內容 JNB ACC.0，ACC2 MOV DIRX，#00H ；表X電機反轉 ACALL XMOTOR0 ；X電機反轉一步 ACC2： JNB ACC.2，LOOP0 MOV DIRY，#00H ；表Y電機反轉 ACALL YMOTOR0 ；Y電機反轉一步 AJMP RPA LOOP0： AJMP LOOP1 結論 本次設計讓我學到了很多，通過查詢設計資料，對Z3063搖臂鉆床工作臺進行了數(shù)控改造的機械結構改造，本方案的改造從原機床的特點出發(fā)，保證了原機床的加工范圍，改造后機床結構簡單，專用性強，易于維修，改造周期短，提高了機床的性能