【毕业设计】数控车床XY轴工作台和自动控制系统设计 ㊣ 精品文档 值得下载

题目涉及内容的相关文献资料手册标准大胆创新，确定合理可行的总体设计方案机械部分和驱动部分设计思路清晰，计算结果正确，选型合理微机控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确课程设计说明书份，包括目录，题目及要求，总体方案的确定，机械系统设计，控制系统设计，参考文献等。

设计说明书应叙述清楚表达正确内容完整技术术语符合标准。

第三章课程设计的内容第节课程设计题目两维数控平台及控制系统设计。

已知条件脉冲当量，滚珠丝杠及导轨使用寿命中等冲击，工作台的有效行程为快速进给速度和工作载荷第二节课程设计的内容数控装置总体方案的确定数控装置设计参数的确定方案的分析，比较，论证。

机械部分的设计确定脉冲当量机械部件的总体尺寸及重量的初步估算传动元件及导向元件的设计，计算和选用确定伺服电机绘制机械结构装配图系统等效惯量计算系统精度分析。

数控系统的设计微机及扩展芯片的选用及控制系统框图的设计接口电路及伺服控制电路的设计和选用系统控制软件的设计编写课程设计说明书说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，电气部分的设计说明，选用元器件参数的说明，软件设计及其说明，尽量用计算机完成第四章数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。

进行方案的分析比较和论证。

系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。

伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而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得到广泛应用。

考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。

计算机系统的选择采用系列中的单片机扩展控制系统。

单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。

控制系统由微机部分键盘及显示器接口及光电隔离电路步进功率放大电路等组成。

系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。

显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。

工作台的传动方式为保证定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。

为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。

由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。

考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。

系统总体框图如下计算机光电隔离功率放大步进电机向工作台光电隔离功率放大步进电机向工作台第五章机械部分设计机械部分设计内容包括确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计计算与选择，绘制机械部分装配图等。

第节脉冲当量的确定脉冲当量第二节工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算向和向工作台承载重量和。

取向导轨支撑钢球的中心距为，向导轨支撑钢球的中心距为，设计工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为长宽高重量按重量体积材料比重估算为向拖板下拖板尺寸为长宽高上导轨含电机重量为工作台简图夹具及工件重量约工作台运动部分总重量为第三节滚动导轨副的计算选择根据给定的工作载荷和估算的和计算导轨的静安全系数，式中为导轨的基本静额定载荷工作载荷般运行状况，运动时受冲击振动。

根据计算结果查有关资料初选导轨因系统受中等冲击，因此取，根据计算额定静载荷初选导轨选择德国公司滚动直线导轨，其型号为基本参数如下装配型号滑块牌号质量导轨牌号单位质量导轨长度插头附件安装尺寸基本额定载荷滑座个数单向行程长度每分钟往复次数导轨的额定动载荷依据使用速度和初选导轨的基本动额定载荷验算导轨的工作寿命额定行程长度寿命工作温度小于，中等冲击，低速场合，每根导轨的滑块数为，轨道硬度，导轨的额定工作时间寿命导轨的工作寿命足够第四节滚珠丝杠计算选择初选丝杠材质钢导程强度计成单片机的外存储器扩展电路。

扩展电路设计通用可编程接口芯片单片机共有个位并行接口，但供用户使用的只有口及部分口线。

因此要进行口的扩展。

与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的接口芯片。

键盘，显示器接口电路键盘，显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。

通常，数控系统都采用行列式键盘，即用口线组成行，列结构，按键设置在行列的交点上。

数控系统中使用的显示器主要有和。

下图所示为采用接口管理的键盘，显示器电路。

它有键和位显示器组成。

为了简化秒电路，键盘的列线及显示器的字位控制共用个口，即共用的口进行控制，键盘的行线由口担任，显示器的字形控制由的口担任。

步进电机驱动电路设计脉冲分配器步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的系列指令脉冲按定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。

数控系统中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。

本设计采用集成脉冲分配器。

光电隔离电路在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。

如果将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起电气干扰。

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，通常使用光电耦合器。

功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要必须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。

因此必须选用功率放大器，需根据步进电机容量选择功率放大器。

本设计选用功率放大器。

这里采用的功率放大电路如下图所示其它辅助电路设计的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生内部方式和外部方式。

内部方式利用芯片的内部振荡电路，在，引脚上外接定时元件，如下图所示。

晶体可以在之间任意选择，耦合电容在之间，对时钟有微调作用。

采用外部时钟方式时，可将直接接地，接外部时钟源。

时钟电路复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现。

在时钟工作后，只要在引脚上出现以上的高电平，单片机就实现状态复位，之后便从单元开始执行程序。

在实际运用中，若系统中有芯片需要其复位电平与复位要求致时，可以直接相连。

当晶振频率选用时，复位电路中取，取，取。

实用复位电路图如下所示越界报警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。

利用光电耦合电路，将行程开关接至发光二极管的阴极，光敏三极管的输出接至的口。

当任何个行程开关被压下的时候，发光二极管就发光，使光敏三极管导通，由低电平变成高电平。

可利用软件设计成查询的方法随时检查有无越界信号。

也可接成从光敏三极管的集电极输出接至的外部中断引脚或，采用中断方式检查越界信号。

第三节机床数控系统硬件电路设计该系统选用系列的作为主控制器。

扩展存储电路为片和片。

程序存储器扩展为，数据存储器扩展为。

的片选控制端直接接地，该电路始终处于选中状态。

系统复位以后，从开始执行监控程序。

的片选端由译码器的输出提供。

所以的空间地址为。

系统的扩展接口电路选用通用可编程并行输入输出接口芯片。

的片选端接至译码器的的输出端，故控制命令寄存器及口的地址号分别为及。

区的地址为。

的口为控制工作抬，向电机的接口。

为防止功率放大器高电压的干扰，不步进电机接口与功率放大器之间采用光电隔离。

键盘与显示器设计在起，的口担任键盘的列线及显示器的扫描控制口的为键盘的行线。

的口为显示器的字形输出口。

该系统采用共个行列式键盘和位段共阴极显示器。

为了增加数码管显示亮度，分别在字形口和字位口加进行驱动。

口剩余的线分别作为工作台，四个方向的行程限位控制信号。

在软件设计上的口，口设置为输出，口设置为输入。

计算机随时巡回检测的电平，当线为时，应立即停止，向电机的驱动，并发出报警信号。

另外，光电隔离器的输出端必须采用隔离电源。

隔离电源选用三端集成稳压器设计。

第七章系统控制软件的设计系统控制软件的主要内容数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。

按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个部分系统管理程序它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。

其功能主要是接受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。

零件加工源程序的输入处理程序。

该程序完成从外部设备输入零件加工源程序的任务。

插补程序。

根据零件加工源程序进行插补，分配进给脉冲。

伺服控制程序。

根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以及方向。

诊断程序。

包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等功能。

机床的自动加工及手动加工控制程序。

键盘操作和显示处理程序。

包括监视键盘操作，显示加工程序机床工作状态操作命令等信息。

二软件设计系统控制功能分析数控工作台的控制功能包括系统初始化。

如对接口，进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。

工作台复位。

开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。

输入和显示加工程序。

监视按键，键盘及开关。

如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。

工作台超程显示与处理。

工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。

工作台的自动控制。

工作台的手动控制。

工作台的联动控制。

系统管理程序控制管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。

其主要功能是接受和执行操作者的命令。

在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。

数控工作台的基本操作功能有输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。

自动加工程序设计机床在自动加工时的动作顺序工作台移动到位刀具快速进给加工退刀工作台运动到下位置计算机在加工过程中的操作读取刀具轨迹，控制机床完成加工步进电机控制子程序设计步进电机的控制包括速度，转角及方向的控制。

步进电机在突然启动或停止时，由于负载和惯性，会使电机失步，所以电机运行时有个加，减速过程。

通过确定进给脉冲数和脉冲时间间隔，即可实现步进电机转角与速度的控制。

时间常数的确定在步进电机控制程序中，利用单片机的定时器中断，延时产生进给脉冲的时间间隔。

此间隔由送入定时器的时间常数决定。

时间常数由下式计算式中为脉冲时间间隔为单片机机器周期，在时钟为时，。

步进电机加，减速进给脉冲及脉冲时间间隔的确定设步进电机加，减速方式为直线加，减速。

要使步进电机不失步，应满足式中为步进电机启动力矩为负载力矩为惯性力矩。

由步进电机，取步进电机的加速启动力矩则使步进电机不失不的惯性力矩步进电机角加速度又式中为上升到步进电机最高频率所需时间，所以有加速脉冲个数确