XY工作台说明书111.docx
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XY工作台说明书111
摘要
现今世界技术迅速,微处置器、微型机在各技术领域取得了普遍,对各领域技术的进展起到了极大的推动作用。
一个较完善的机电一体化系统,应包括以下几个大体要素:
机械本体、动力与驱动部份、执行机构、传感测试部份、操纵及信息处置部份。
机电一体化是系统技术、运算机与信息处置技术、自动操纵技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学术领域综合交叉的技术密集型系统工程。
新一代的CNC系统这种典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化和轻量、微型化方向进展。
关键字:
机电一体化的基础大体组成要素特点进展趋势
Abstract
Nowtheworldelectronictechnologyrapidlyexpand,themicroprocessor,themicrocomputerobtainthewidespreadapplicationinvariousareaoftechnology,tovariousdomainstechnologydevelopmentenormouspromotioneffect.Aperfectintegrationofmachinerysystem,shouldcontainthefollowingseveralbaseelements:
Basicmachine,powerandactuationpart,implementingagency,sensingmeasurementcomponent,controlandinformationprocessingpart.Theintegrationofmachineryisthesystemtechnology,thecomputerandtheinformationprocessingandmanagementtechnology,theautomaticcontroltechnology,theexaminationsensingtechnology,theservodrivetechnologyandthemechanicalskillandsoonmulti-disciplinaryareaoftechnologysynthesisoverlappingtechnology-intensivesystemsengineering.Newgeneration'sCNCsystemthiskindofmodelintegrationofmachineryproducttowardthehighperformance,theintellectualization,thesystematizationaswellasthefeatherweight,themicrominiaturizeddirectiondevelops.
keywords:
Integrationofmachineryfoundationbasiccomponentelementscharacteristictrendofdevelopment.
第一章课程设计的内容和要求………………………………………3
第二章系统的整体方案设计…………………………………………4
第三章机械部份设计……………………………………………5
脉冲当量和传动比的确信……………………………………5
工作台外形尺寸及重量初步估算…………………………………5
传动系统等效转矩惯量计算……………………………………6
工作载荷分析及计算……………………………………………6
滚珠丝杠螺母副的选型和校核…………………………………8
导轨的选型和计算………………………………………………11
驱动电机的选择…………………………………………………11
第四章数控系统设计…………………………………………………15
操纵系统硬件的大体组成…………………………………15
接口程序初始化及步进电机操纵程序…………………………17
直线圆弧插补程序设计…………………………………………19
参考文献…………………………………………………………………25
第一章课程设计的内容和要求
课程设计的内容
任务是:
设计一个数控X-Y工作台及其操纵系统。
该工作台可安装在铣床上,用于铣削加工。
具体参数如下:
最大铣刀直径
最大铣削宽度
最大铣削深度
加工材料
工作台加工范围(mm)
最大移动速度
24mm
8mm
5mm
碳钢
X=300Y=250
3m/min
设计内容包括:
数控装置整体方案的确信
(1)确信系统组成方案(组成框图、功能、机械传动系统简图、要紧的设计参数,及方案分析、比较、说明)。
机械部份的设计
(1)确信脉冲当量;
(2)机械部件的整体尺寸及重量、转动惯量的初步估算;
(3)传动元件及导向元件的设计,计算和选用;
(4)伺服电机计算、选用;
(5)绘制机械结构装配图;
数控系统的设计
(1)确信数控系统装置方案(组成框图、功能、要紧的设计参数,及方案分析、比较、说明)。
(2)电气操纵原理图设计(CPU、存储器、I/O接口电路及伺服驱动电路)
(3)系统操纵软件的结构设计(操纵流程图)和部份功能操纵软件设计(汇编程序及流程图)。
课程设计的要求
图纸要求
(1)机械结构装配图,A0图纸一张。
要求视图大体完整、符合要求。
其中至少有一个坐标轴的完整剖视图。
(2)数控系统框图(附在说明书上)。
(3)数控电器图,A1图纸一张。
(4)软件框图(可附在说明书上)。
编写设计说明书要求
说明书应当表达整个设计的内容,包括整体方案的确信、系统框图的分析、机械传动设计计算、电气部份的设计说明,选用元件及其具体参数的说明、软件设计及其说明等,说明书很多于8000字
第二章系统的整体方案确信
数控系统整体方案设计的内容包括:
系统运动方式的确信,执行机构及传动方案的确信,伺服电机类型及调速方案确信,运算机操纵系统的选择。
进行方案的分析、比较和论证。
系统运动方式的确信
该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精准的运动关系因此采纳持续操纵方式。
伺服系统的选择
开环伺服系统在负载不大时多采纳功率步进电机作为伺服电机.开环操纵系统由于没有检测反馈部件,因此不能纠正系统的传动误差。
但开环系统结构简单,调整维修容易,在速度和精度要求不太高的场合取得普遍应用。
考虑到运动精度要求不高,为简化结构,降低本钱,宜采纳步进电机开环伺服系统驱动。
运算机系统的选择
采纳MCS-51系列中的8031单片机扩展操纵系统。
MCS-51单片机的要紧特点是集成度高,靠得住性好,功能强,速度快,性价比高。
操纵系统由微机部份、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。
系统的工作程序和操纵命令通过键盘操作实现。
显示器采纳数码管显示加工数据和工作状态等信息。
2.4X—Y工作台的传动方式
为保证必然的传动精度和平稳性和结构的紧凑,采纳滚珠丝杠螺母传动副。
为提高传动刚度和排除间隙,采纳有预加载荷的结构。
由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大,应选用转动直线导轨副,从而减小工作台的摩擦系数,提高运动平稳性。
为了减少了零件的数量和中间环节的阻碍,精度高,效率高,电动机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连。
但此种连接对安装、加工的要求较高,选用挠性联轴器,如膜片联轴器,电动机的额定转矩较大,等效转动惯量亦大,对系统的稳固性和快速性将产生不利阻碍。
系统整体框图如下:
第四章数控系统设计
操纵系统硬件的大体组成
数控系统的硬件框图如下所示:
中央处理单元CPU
存储器RAM
ROM
外设:
键盘,显示器,打印机,磁盘机,通讯接口等
输入/输出
I/O接口
信号变换
控制对象
微处置器选择
在以单片机为核心的操纵系统中,大多数采纳MCS-51系列单片机的8031芯片,通过扩展存储器、接口和面板操作开关等,组成功能较完善、抗干扰性能较强的操纵系统。
8031内部包括一个8位CPU,128字节的RAM,两个16位的按时器,四个8位并行口,一个全双工串行口,可扩展的程序和数据存储器各64K,有5个中断源。
系统扩展
系统中采纳键盘实现输入,并采纳LED显示器,它们均需要占用较多芯片口线,因此该系统需要进行系统扩展。
可编程并行接口8155A是一种应用普遍的并行接口扩展器件。
它具有三个8位并行口PA、PB、PC,由此提供了24条口线。
图4-1扩展连线
显示模块与键盘连接
如图3-2,通过P1口及译码器的键盘和显示接口电路。
那个地址由P1口的准双向口功能能够实现一口多用。
第一,使P1口的低4位输出字形代码;P1口的高4位输出一个位扫描字,经3—8译码器后显示某一名,并持续1ms。
列位扫描一遍以后,关掉显示。
第二,使P1口的高4位转为输入方式,使P1口的低4位输出键扫描信号,有键按下时,转入键译码和处置程序。
图3—2通过P1口及译码器的键盘和显示接口电路
步进电机驱动电路设计
(1)脉冲分派器
步进电机的操纵方式由脉冲分派器实现,其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按必然的分派方式和顺序输送给步进电机的各相绕组,实现电机正反转。
数控系统中通常利用集成脉冲分派器和软件脉冲分派器。
本设计的脉冲分派由软件完成。
(2)光电隔离电路
在步进电机驱动电路中,脉冲分派器输出的信号经放大后操纵步进电机的励磁绕组。
若是将输出信号直接与功率放大器相连,将会引发电气干扰。
因此在接口电路与功率放大器间加上隔离电路实现电气隔离,通常利用光电耦合器。
(3)功率放大器
脉冲分派器的输出功率很小,远不能知足步进电机的需要,必需将其输出信号放大产生足够大的功率,才能驱动步进电机正常运转。
因此必需选用功率放大器,需依照步进电机容量选择功率放大器。
本设计选用功率放大器。
接口程序初始化及步进电机操纵程序
8255A初始化程序
INTT:
MOVDX,8155A操纵端口
MOVAL,86H
OUTDX,AL
MOVAL,05H
OUTDX,AL
40H类型中断效劳程序
MOVDX,8155A
INAL,DX
IRET
步进电机驱动程序
电机的操纵电路原理及操纵字
节拍
通电相
控制字
正转
反转
二进制
十六进制
1
10
A
00000000
00H
2
9
AB
00000001
01H
3
8
B
00000011
03H
4
7
BC
00000010
02H
5
5
C
00000110
06H
6
5
CD
00000111
07H
7
4
D
00000101
05H
8
3
DE
00000100
04H
9
2
E
00001100
0CH
10
1
EA
000001101
0DH
设电机总的运行步数放在R4,转向标志寄存在程序状态寄放器用户标志位F1(D5)中,当F1为0时,电机正转,为1时那么反转。
正转时P1端口的输出操纵字00H,01H,03H,02H,06H,07H,05H,04H,0CH,0DH寄存在片内数据存储单元20H~29H中,2AH中寄存终止标志00H,在2BH~36H的存储单元内反转时P1端口的输出操纵字00H,0DH,0CH,04H,05H,07H,06H,02H,03H,01H,00H寄存在37H单元内寄存终止标志00H。
电机正反转及转速操纵程序
PUSHA;爱惜现场
MOVR4,#N;设步长计数器
CLRC;
ORLC,D5H;转向标志为1转移
JCROTE;
MOVR0,#20;正转操纵字首址指针
AJMPLOOP;
ROTE:
MOVR0,#2BH;反转操纵字首地址
LOOP:
MOVA,@R0;
MOVP1,A;输出操纵字
ACALLDELAY;延时
INCR0;指针加1
MOVA,#00H;
ORLA,@R0;
JZTRL;
LOOP1:
DJNZR4,LOOP;步数步为0转移
POPA;恢复现场
RET;;返回
TPL:
MOVA,R0;
CLRA;
SUBBA,#06H;
MOVR0,A;恢复操纵字首指针
AJMPLOOP1;
DELAY:
MOVR2,#M;
DELAY1:
MOVA,#M1;
LOOP:
DECA;
JNZLOOP;
DJNZR2,DELAY1;
RET;
直线圆弧插补程序设计
在机电设备中,执行部件如要实现平面斜线和圆弧曲线的途径运动,必需通过两个方向运动的合成来完成。
在数控机床中,这是由X、Y两个方向运动的工作台,依照插补操纵原理实现的。
直线插补程序的设计
用逐点比较法进行直线插补计算,每走一步,都需要以下四个步骤:
误差判别:
判别误差
或
,从而决定哪个方向进给和采纳哪个误差计算公式。
坐标进给:
依照直线所在象限及误差符号,决定沿+X、+Y、-X、-Y的哪个方向进给。
误差计算:
进给一步后,计算新的加工误差。
终点判别:
进给一步后,终点计算器减1.假设为0,表示抵达终点停止插补;不为0,那么返回到第一步继续插补。
终点计算判别可用两个方向坐标值来判定,也可由一个方向的坐标值来判定。
当
,可用X方向走的总步数
作为终点判别的依据,如动点X等于终点
那么停止。
当
,那么用Y方向走的总步数
作为终点判别的依据。
由此,第一象限直线插补程序的算法如图:
程序设计
设计程序时,在RAM数据区别离寄存终点坐标值
、
,动点坐标值X,Y,误差
。
对8位机,一样可用2字节,而行程较大时那么需用3字节或4字节才能知足长度和精度要求。
另外,所有的数据区必需进行初始化,如设置初始值、X、Y向步进电机初态(操纵字)。
插补程序所用的内存单元如下:
28H
29H
2AH
2BH
2CH
70H
X
Y
电机正反转控制字
电机正反转操纵字为:
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D1D0为X向电机操纵位。
D0=1运行,D0=0停止;D1=1正转,D1=0反转。
D2D3为Y向电机操纵位。
D2=1运行,D2=0停止;D3=1正转,D3=0反转。
第一象限直线插补的程序如下:
ORG2000H
MIAN:
MOVSP,#60H;
LP4:
MOV28H,#0C8H;
MOV29H,#0C8H;
MOV2AH,#00H;X
MOV2BH,#00H;Y
MOV2EH,#00H;F
MOV70H,#0AH;
LP3:
MOVA,2EH;
JB,LP1
MOVA,70H
SETB
CLR
MOV70H,A;
LCALLMOTR;
LCALLDELAY;
MOVA,2EH;
SUBBA,29;
INC2AH;
AJMPLP2;
LP1:
MOVA,70H
STEB
CLR
LCALLMOTR
LCALLDELAY
MOVA,2EH
ADDA,28H
LP2:
MOV2EH,A
MOVA,28H
CJMEA,2AH,LP3
RET
程序中MOTR为步进电机的操纵子程序。
圆弧插补程序的设计
逐点比较法
逐点比较法的圆弧的插补计算进程和直线插补进程大体相同,也分为误差判别、坐标进给、误差计算和终点判别四个步骤。
不同点在于:
(1)误差计算公式步进与前一点误差有关,还与前一点的坐标有关,在计算误差的同时要进行坐标计算。
(2)终点的判别是以一个方向的坐标值与终点坐标值相较较判定其是不是相等为判据。
假设
,那么以X是不是等于
作为终点判据;假设
,那么以Y是不是等于
作为终点判据。
第一象限逆圆弧插补程序算法如图:
4.3.2.2程序设计
和直线插补程序设计一样,也在内存中开辟存储单元用以寄存有关数据。
在RAM数据区别离寄存懂点坐标X和Y,其初始值为起点坐标值,其后依据坐标计算结果而转变,寄存终点坐标值
,
和寄存误差
飞存储单元。
第一象限逆圆弧插补程序如下:
XLEQU18H
XHEQU19H
YLEQU28H
YHEQU29H
LEQU1AH
HEQU1BH
LEQU2AH
HEQU2BH
FLEQU2CH
FHEQU2DH
ORG2400H
MAIN:
MOVSP,#60H;
MOV70H,#08H;
MOVXL,#80H;XL
MOVXH,#0CH;XH
MOV
L,#80H;
L
MOV
H,#0CH;
H
MOV
L,#00H;
L
MOV
H,#00H;
H
MOVYL,#00H;YL
MOVYH,#00H;YH
MOVFL,#00H;FL
MOVFH,#00H;FH
LP3:
MOVA,FH
JNB,LP1
MOVA,70H
SETB
CLR
LCALLMOTR
MOVR1,#28H
MOVR0,#1CH
MOVR7,#02H
LCALLMULT2
ADD:
CLRC
MOVA,FL
ADDCA,1CH
MOVFL,A
MOVA,FH
ADDCA,1DH
MOVFH,A
CLRC
MOVA,YL
ADDA,#01H
MOV28H,A
MOVA,YH
ADDCA,#OOH
MOVYH,A
CLRC
MOVA,FL
ADDA,#01H
MOVFL,A
MOVA,FL
ADDCA,#00H
MOVFH,A
AJMPLP2
LP1:
MOVA,70H
SETB
MOV70H,A
LCALLMOTR
MOVR1,#18H
MOVR0,#1CH
MOVR7,#02H
LCALLMULT2
SUB:
CLRC
MOVA,FL
SUBBA,1CH
MOVFL,A
MOVA,FL
SUBBA,1DH
MOVFH,A
CLRC
MOVA,XL
SUBBA,#01H
MOVXL,A
MOVA,XH
SUBBA,#00H
MOVXH,A
CLRC
MOVA,FL
ADDA,#01H
MOVFL,A
MOVA,FL
ADDCA,#00H
MOVFH,A
LP2:
MOVA,YH
CJNEA,
H,LP3A
MOVA,YL
CJNEA,
L,LP3A
LP3A:
AJMPLP3
ORG2500H
MULT2:
PUSHPSW
PUSHA
PUSHB
CLRC
MOVR2,#00H
SH1:
MOVA,@R1
MOVB,#02H
MULAB
POPPSW
ADDCA,R2
MOV@R0,A
INCR0
INCR1
DJNZR7,SH1
POPB
POPPSW
RET
参考文献
[1]机械设计(第七版)西北工业大学机械原理及机械零件教研室
[2]机械制造技术基础吉林大学于骏一邹青
[3]机械制造装备设计(第二版)大连理工大学冯辛安
[4]画法几何与机械制图机械类近机类冯开平左宗义
[5]机电一体化设计基础机械工业出版社郑堤唐可洪
[6]机械制造技术基础课程设计指导教程邹青
[7]单片机中级教程——原理与应用北京航空航天大学出版社张俊谟
[8]微型运算机原理及应用(第三版)郑学坚周斌
[9]有效机床设计手册
[10]机械设计手册
[11]机械加工工艺装备设计手册
[12]机械零件设计手册
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