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下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763摘 要随着制造业的发展，人们深刻的感受到数控机床在生产中的地位是越来越重要。本文结合机电一体化的需要，设计以单片机作为控制系统的 X-Y 型工作台（XY 工作台是指能分别沿着 X 向和 Y 向移动的工作台） 。通过对 X-Y 型工作台机械结构设计和控制电路接口的设计，阐述了机电一体化设计中的共性和关键技术。这种工作台通常与整机设计成一个整体，其形状，尺寸，结构因机器类型不同而有较大差异，但其工作原理有着共同点。关键词：X-Y 数控十字滑台；机电一体化；单片机 下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763AbstractAlong with manufacturing industry development，peoples profound feeling numerical control engine bed in production status is more and more important. Combine mechanical-electrical integrations need, design a Model X-Y working bench with one-chip computer as the of the control system(X-Y working bench is separately along X and Y motion work table.). Though describing the working bench mechanicals design of structure and interface of the control circuit to Model X-Y, have explained generality in the design of mechanical-electrical integration and its key technology. This kind of working bench is usually designed with the complete machine into a whole , its form , size, there is a greater difference because types of the machine are different in the structure, but its operation principle has common point. Keywords: X-Y numerical control cross slippery platform; The mechanical-electrical integration; One-chip computer目 录下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397631 绪 论 .11.1 数 字 控 制 技 术 的 产 生 和 发 展 .11.2 我 国 数 控 机 床 的 发 展 情 况 .21.3 数 控 机 床 中 十 字 滑 台 的 设 计 .22 机 床 改 造 总 体 方 案 设 计 .43 确 定 机 械 传 动 改 造 方 案 .53.1 设 计 原 始 参 数 .53.2 确 定 切 削 用 量 .53.3 进 给 运 动 的 切 削 负 载 分 析 及 计 算 方 法 .53.3.1、 各 个 方 向 的 分 力 .53.3.2、 摩 擦 阻 力 .53.3.3、 等 效 转 动 惯 量 计 算 .63.3.4、 丝 杠 摩 擦 阻 力 矩 的 计 算 .63.3.5、 等 效 负 载 转 矩 Tm 的 计 算 .63.3.6、 起 动 惯 性 阻 力 矩 的 计 算 .63.3.7、 步 进 电 机 输 出 轴 总 的 负 载 转 矩 的 计 算 .63.4 步 进 电 机 的 匹 配 选 择 .73.5 滚 珠 丝 杠 的 选 择 与 校 核 .73.5.1、 工 作 原 理 及 结 构 .73.5.2、 滚 珠 丝 杠 副 的 特 点 .73.5.3、 承 载 能 力 的 校 核 .83.5.4、 压 杆 稳 定 性 验 算 .8下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.5.5、 刚 度 验 算 .83.6 齿 轮 的 校 核 计 算 .93.7 轴 承 的 选 择 与 校 核 .123.8 导 轨 的 选 择 .134 控 制 系 统 的 硬 件 及 软 件 设 计 .144.1 确 定 控 制 系 统 方 案 .144.2 单 片 机 控 制 系 统 硬 件 设 计 .144.2.1、 单 片 机 控 制 系 统 的 硬 件 构 成 .144.2.2、 单 片 机 引 脚 及 其 功 能 .154.2.3、 控 制 线 .154.3 单 片 机 的 选 择 .164.4 存 储 器 的 选 用 与 扩 展 .164.5 存 储 器 的 选 用 及 连 接 .164.6 地 址 锁 存 器 .174.7 键 盘 与 显 示 电 路 及 其 程 序 .184.7.1、 8155 工 作 方 式 设 定 .194.7.2、 状 态 查 询 .204.7.3、 8155 定 时 功 能 .204.7.4、 键 盘 显 示 电 路 工 作 原 理 .224.8 步 进 电 机 接 口 电 路 .295 总 结 .32参 考 文 献 .33下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763致 谢 .34买文档送全套图纸 扣扣 414951605下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397631 绪 论1.1 数 字 控 制 技 术 的 产 生 和 发 展最早采用数字控制技术进行机械加工的思想，是在20世纪40年代提出的。当时美国北密执安的一个小型飞机叶片轮廓样板时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行了处理，并考虑了刀具对加工路径的影响，使加工精度达到0.0381mm。以当时的水平来看，是相当高的。1952年，美国麻省理工学院研制出一套实验性数字控制系统，并把它装在一台数字立式铣床上，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上的第一台数控机床，是数控机床的第一代。但是这台机床毕竟是一台实验性机床，到了1954年11月，在帕尔森专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克公司生产出来的。1959年，电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路版，从而使数控机床跨入了第二代。同年3月，由美国克耐杜列克公司发明下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。现在加工中心已成为数控机床中一种非常重要的品种，在工业发达的国家中占数控机床总量的1/4左右。1960年，研制出了小规模集成电路。由于它的体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。以上三代，都是采用专用控制的硬件数控系统（NC）。1967年，英国首先把几台数控机床联成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMSFlexible Manufacturing System 柔性制造系统。之后，美、欧、日等国也相继进行了开发和应用。随着计算机技术的发展，小型计算机的价格和使用了微处理器。1974年，美、日等国首先先研制出以微处理器为核心的数控机床。30多年来，微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和应用，这是第五代数控。后来，人们将MNC也统称为CNC。20世纪80年代初，国际上又出现了柔性制造单元FMC。这种单元投资少、见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成制造系统中使用。所以近几十年来，得到快速发展和应用。FMC和FMS被认为是实现CIMSComputer Integrated Manufacturing System 计算机集成制造系统的必经阶段和基础。1.2 我 国 数 控 机 床 的 发 展 情 况我国从1958年开始研究数控技术，一直到20世纪60年代中期处于研制、开发时期。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。20世纪60年代末70年代初研制成功X53K1G立式数控铣床、CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。从20世纪70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面开展，数控加工中心在上海、北京研制成功。但数控系统的可靠性、稳定性未得到解决。在这一时期，数控机床结构简单，使用方便。20世纪80年代，我国从国外引进部分系列的数控系统和直流主轴电机技术和一些新的技术，使我国的数控机床在性能上有了质的飞跃。1995年以后，我国数控机床的品种有了新的发展。数控机床品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床、重型数控机床都相继研制出来。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763现在我国已经建立了以中，低档数控机床为主的产业体系，未来几十年，我国将成为数控机床的生产，使用大国。1.3 数 控 机 床 中 十 字 滑 台 的 设 计随着制造业的发展，人们深刻的感受到数控机床在生产中的地位是越来越重要，虽然近几年我国组合机床的技术在不断的发展，然而组合机床通用部件中的大型滑台，至今仍主要是单坐标的滑台。而有些国家的组合机床早在70年代（或更早些）就有了双坐标的十字滑台。 机电一体化技术的数控机械如数控机床、绘图机、火焰切割机、电加工机床以及衣料开片机等都有一个在X-Y平面内作配合运动的工作台。这种工作台通常与整机设计成一个整体，其形状，尺寸，结构因机器类型不同而有较大差异，但其工作原理有着共同点。该设计的数控X-Y工作台是一个既能用于生产实际又可用于数控教学的典型机电一体化产品。考虑到8031单片微机具有较高的性能价格比，具有强有力的指令系统，决定选用INTER公司生产的8位8031单片机芯片作为本系统的微处理器。XY工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。本文通过对XY工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计，阐述了机电一体化系统设计中的共性和关键的技术。 在超精密机床和超精密加工中，为使机床微位移的分辨率进一步提高；为进行机床和加工误差的在线补偿，以提高加工精度；为进行某些特殊的非轴对称表面的加工，都需要使用微量进给装置。高精度微量进给装置现在已成为超精度机床的一个重要的关键装置。现在高精度微量进给装置已可达到0.0010.01m的分辨率。这对实现超薄切削，实现高精度尺寸加工和实现在线误差补偿是十分有用的。 3数控X-Y工作台、数控钻床等设备实际上是2轴半的系统，即工作台的两个方向联动、垂直于工作台的刀具不必与工作台联动。在对一些XY工作台的研究调查中发现目前的简易数控控制系统基本上是基于普通单片机，显示为LED数码管的系统，操作很不方便而且通用性不强。为此，在此基础上设计了通用的2轴半数控控制器。其基本思想是采用最新的微处理技术和集成电路技术，提高系统集成度，从而提高可靠性，降低成本，减小体积。它具有良好的人机交互界面，满足一般2轴半数控系统的需要。 下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397632 机 床 改 造 总 体 方 案 设 计对数控十字滑台而言，主要是纵横方向两个坐标的传动，根据设计任务要求，决定采用点位控制，用步进电机驱动的开环控制系统，这样可以使控制系统简单，成本低，调试维修容易，为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，此工作台采用滚珠丝杠螺母副和滚珠滚动导轨，为尽量消除齿侧间隙，计算机系统仍采用MCS-51系列单片机扩展系统。 X-Y数控十字滑台的总体框图如下 ： 614下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763微机 环 形 分 配 器 光电隔离 功率放大 步 进 电 机步 进 电 机 工作 台 执行 元 件环 形 分 配 器 光电隔离 功率放大图 21（结构总体框图）3 确 定 机 械 传 动 改 造 方 案3.1 设 计 原 始 参 数(1)、工作滑台面长X宽（mm） 250mmX250mm (2)、铣刀 20mm (3)、铣削深度 p=5mm (4)、铣刀齿数 Z=3 (5)、齿进给量 0.2zfm(6)、被加工材料 HB=250 (7)、工作台移动速度 x=2 、y=2m/min下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.2 确 定 切 削 用 量根据加工方式不同，切削用量选择方式也不同。对铣削而言，主要是切削速度V，切削深度 ,切削宽度 ,每齿进给量 ,铣刀齿数z,铣刀直径D 。切削用量主要paef根据刀具的类型，刀具的材料，被加工工件的材料等参数和有关手册及教科书确定。除了工作进给速度而外，还有一个快进速度问题，一般情况下，推荐快进速度为V0.2/min。 这里要注意把机床的主运动与进给速度分开。 43.3 进 给 运 动 的 切 削 负 载 分 析 及 计 算 方 法设计参数为：铣刀的直径 D=20mm，齿数 Z=3，切削深度 ，每齿进给量5pam,被加工材料 HB=250。据实际工作情况可认为同时工作的齿数为 2 齿，0.2zfm每齿切削层面积为 S=0.25=1.00mm,两齿为 21=2mm,则圆周力 Fc=2250=500kgf=5000N3.3.1、各个方向的分力 沿进给方向的水平分力 Fh=0.4Fc=2000N 沿进给方向的垂直分力 Fv=0.90Fc=4500N 沿铣刀轴向分力 Fa=0.55Fc=2750N 3.3.2、摩擦阻力 铣床工作台与导轨间的相对运动为滑动摩擦，取摩擦系数u=0.1。摩擦力等于正压力乘摩擦系数。正压力应包括主切削力 及工作台之动力矩，设工作台重量为aFj100kg，故可算出其摩擦阻力为：F摩=（10010+2750）0.1=375N 3.3.3、等效转动惯量计算其中： 036ti5i齿轮传动比， 步距角， 螺距，脉冲当量 0ti=0.756/3600.01=1.25 Z1=20;Z2=25;m=1.5(模数);b=20mm(齿宽)；压力角为20 df1=mZ1=30mm;df2=mZ2=37.5mm;de1=33mm;de2=40.5mm 若将齿轮看作近似的圆柱体，齿轮材料为45钢，则齿轮的转动惯量分别为： Jz1= 44527.83210.8kgmJz2= 510下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763根据类比的方法，滚珠系直径选择为d0=32mm;L=0.55 m;材料为45钢，则系杠的转动惯量可近似算出为 Js= 44327.832510.5kgm查手册预选电机为110BF003 查得的电机转子轴的转动惯量为 ,拆算到电动机轴上的总转42.610J动惯量为： 2 23212 0()(/3.).8510mzzsJJiit kgm 73.3.4、丝杠摩擦阻力矩的计算 由于床用的是滚珠丝杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不计。 3.3.5、等效负载转矩 Tm 的计算 Tm=1/23.14(F纵+F摩) V溜/n Tm=1/(223.14)(2000+375)2/416.67=1.81Nm3.3.6、起动惯性阻力矩的计算 以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速式制动减速的时间t=0.3S，由于步进电机的角速度 =23.14416.67/60=43.63m则角加速度为： =43.63/0.3=145.4则: T惯=J =0.85103145.4=0.124(Nm) 3.3.7、步进电机输出轴总的负载转矩的计算 J=Tm+T惯 J=1.81+0.124=1.934（Nm） 3.4 步 进 电 机 的 匹 配 选 择考虑到机械传动系统的效率为n，安全系数取K，此时的负载总转矩 T=(1.5/0.7) 1.934=4.15Nm 由预选的步进电机型号为三相六拍，步距角0.75，其最大静转矩Tymax=7.84Nm,为保证正常的起动与停止，步进电机的起动转矩Tg必须大于或等于T由下表可以查出Tg/Tymax之比值 。1电机相数 3 4 5 6运行拍数 3 6 4 8 5 10 6Tg/Tymax 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.915 0.866则可算出 Tg=0.8667.84=6.789(Nm)，因为比4.15 Nm大，所以选择合适。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.5 滚 珠 丝 杠 的 选 择 与 校 核3.5.1、工作原理及结构 丝杠和螺母的螺纹滚道间置有滚珠，当丝杠或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生的滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的旋转槽两端设有回程引导装置。 3.5.2、滚珠丝杠副的特点（1）刚度好 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度，可满足各种机械传动要求，无爬行现象，始终保持传动高效率，效率高达90%95%，耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。 （2）传动具有可逆性 既可将回转运动变为直线运动，又可将直线运动变为回转运动，且逆传递可保持运动的平稳性和灵敏性。 （3）传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有很高的制造精度，又由于摩擦小，丝杠副工作时温升和热变形小，容易获得较高的传动精度。 （4）使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动，磨损极小，长期使用后仍能保持其精度，因而受命长，具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠要高56倍。 （5）不能自锁 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设置制动装置。 （6）制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。 滚珠丝杠的选择，一般是根据机床原来丝杠的大小，按类比法来选择直径，因此必须进行以下项目的校核。3.5.3、承载能力的校核 3max0HwQLfPC9式中滚珠丝杠寿命系数=60nT/ 61fw载荷系数，中等冲击1.2-1.5 T使用寿命时间 15000 硬度系数 1.0 Hf=F纵+F摩 =2000+375=2375N maxP则Q= 6360.150/.123754961N下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763查表可知道满足要求。 3.5.4、压杆稳定性验算 223.14/maxPkFEIRDP12式中 Pk实际承受载荷的能力 FK压杆稳定的支承系数,双推-双推时为4,单推-单推时为1,又推简支时为2,双推自由式为0.25; E刚的弹性模量2.110 (Mpa); I丝杆稳定安全系数,一般取2.5-4,垂直安装取小值. 由上例，取由上例,取Fk=2,I=3.14/32*2.5=3.83,d1=25mm;取K=4,L=La=120cm(系杠长度) 4则 Pk=1.7210NPmax(Pmax=2375N)3.5.5、刚度验算 丝杠的刚度是要保证第一导程的变形量在允许的范围内,起变形计算公式为: L= 002/3.14ttPESMIE式中 S-丝杠最小截面积; M-扭距(N.m),系数符号同上. 式中的正号用于拉伸,负号用于压缩.若都为拉伸,有如下计算结果: 设 t=0.6mm,S=3.1416R12=3.14160 (1.42/2)2=1.58mmI=0.4cm,M=Tmax.i=7.841.25=9.0(N.m),P=Pmax=2375N则: L=23750.6/(2.1*10)1.58+98080.6 /(23.14160.42.1 ) 810=496.4 810Cm=5.0u 满足使用要求 所以,我们的电机选择型号:110BF003 丝杠选 LL326。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 31( 滚珠丝杠螺母副)即螺纹调隙式的滚珠丝杠螺母副，其一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出在套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预紧拉力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。 这种结构的特点是结构紧凑，调整方便，虽轴向位移不太精确，但应用较广泛。3.6 齿 轮 的 校 核 计 算所选齿轮参数如下： Z1=20;Z2=25;m=1.5(模数);b=20mm(齿宽)；压力角为20 df1=mZ1=30mm;df2=mZ2=37.5mm;de1=33mm;de2=40.5mm 小齿轮用 40Cr,调质处理，硬度为 241HB-286HB,平均为 260HB。大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度为 229HB-286HB，平均取 240HB。 15612.83cos01.594.89aZZ齿间载荷分布系数： 221.60.89HKZ齿向载荷分布系数： 2 23 311.760.612.53HbKABCbd查表得： .5,.VK荷系数： .52.7AH弹性系数： 查表得 =189.8EZEaMP节点区域系数： 查图得 .Z接触最小安全系数：由表得 min10HS工作时间： 1038.24ht h下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763应力循环次数：查表可估计 7910LN则指数 m=8.788.71 1maxmax8.78.78.776064.020532.910n ni ihiVi iTTtNtyt 故原估计应力次数正确。 772/.391/.91Li接触寿命系数查图得： 2.4NNZ，由 查表得：12,NZlim1lim0,580MPaPa许用接触应力 ：lim1nli22mn17.8250.461.3NHSZPad算接触应力： 1 22.71984.589.250. 3230EHKTuZ MPabd故选择合适2齿根弯曲疲劳强度验算 ：25重合度系数： 0.70.75.219Y齿间载荷分配系数： .3.2KF齿向载荷分布系数 ：F1.50.1.537/20/3.7926afaahmhcb由查图可得： .FK下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763载荷系数K ：38 1.52.391.0AVFK齿形系数 查图得： =2.8，aY1FaY26Fa应力修正系数 查图得： =1.54， s s .58s弯曲疲劳极限 查图得：limFlim1lim260,40FFMPPa弯曲最小安全系数 由表估计得：inS1039.1LN指 数49.11149.149.149.17604.780250203.41ihiLVinaxTtNlt原估计循环次数正确 7721/./.LNi弯曲寿命系数 由图得：NY120.96,.NNY尺寸系数 由图得：xx许用弯曲应力 ：F710lim1nlim22n6.9460.8250.1.NXFFNXFFYMPaS校核：111122112 23.01942.850.724.6315840.FFasFFasFFKTY MPabdYPa下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.7 轴 承 的 选 择 与 校 核 在轴承的选择上选用深沟球轴承和推力球轴承配合。深沟球轴承承受轴向力，推力球轴承承受轴向力。预选轴承 ：249深沟球轴承 6205 d=25 D=52 B=18 24rCKN7.8orKN推力球轴承 51305 d=25 D=52 B=18 35.615C有轻微冲击，预期使用寿命为： =5000h 采用脂润滑hL223.14/maxPkFEIRDP/aorC/0/28.54orFCE 查机械零件设计表 18.7 得 e=0.38/ar /7.3ar故查表 18.7 得：X=1 ，Y=0rFedf 1.df1.527480rP,33, 6.750278.6124hrrrLnCKN故所选轴承合格。3.8 导 轨 的 选 择根据导轨的设计要求，选择滚动导轨。 滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠，滚针，滚柱等滚动体，使相配的两个导轨面只同滚动体接触而不直接接触导轨。 滚动导轨的特点是导轨面之间是滚动摩擦，而不是滑动摩擦。由于摩擦阻力小，故使工作部件移动起来很灵敏。滚动摩擦的摩擦系数小，并且它和运动速度快慢无关，低速时运动也均匀，工作部件的定位精度高，并且不易出现爬行现象。因为滚动摩擦阻力小，所以工作部件的启动和运行的功率小。滚动导轨的磨损小，它的精下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763度持久性好。但滚动导轨对赃物比较敏感，故必须有良好的防护装置。 经比较，选用滚动导轨中的滚珠导轨。4 控 制 系 统 的 硬 件 及 软 件 设 计4.1 确 定 控 制 系 统 方 案微机实现机电一体化方法有两种：一种是以微机为中心设计控制部件；另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作为主要控制装置。前者需要重新设计控制系统，比较复杂；后者选用单片机控制系统，由单片机、步进电机及专用控制程序组成的开环控制。其结构简单，价格低廉，对机床的控制过程大多是由单片机接照输入的加工程序进行插补运算，产生进给，由软件或硬件实现脉分配，输出一系列脉冲，经功率放大，驱动工作台，纵横运动的步进电动机，实现工作台按规定的轮廓线轨迹运动。拟订方案如图（21）。4.2 单 片 机 控 制 系 统 硬 件 设 计对十字滑台X-Y轴控制要求作如下规定：步进电机3相6拍，脉冲当量为0.01，能用键盘输入命令，控制X,Y向运动及实现其它功能，能实时显示工作台的当前运动位置，具有越程指示报警及提示功能，采用硬件进行环形分配，字符发生及键盘扫描均由软件实现。 4.2.1、单片机控制系统的硬件构成 现选用8031单片机芯片为主芯片。它有P 0-P3四个8位口，P 0可驱动8个TTL 146下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763纵 横等 轴限 位主 轴脉 冲发 生器急 停功 能 按 扭 电 机电 机电 机功率放大器光电隔离驱动器扩 长接 口存 储扩 长器微 机图 41（硬件构成）门电路，16 根地址线由它经地址锁存器（74LS373）提供第 8 位 A0-A7，而高8 位 A8-A15 由由 P2 口提供。数据总线由 P0 口提供。控制总线有 P3 口的第二功能状态和 4 根独立的控制线 RESET，-EA，ALE ，-PSEN 组成。仅剩 P1 口可供控制外设，因此不能满足上述要求，又由 8031 总片无 ROM，且只有 128 字节的 RAM，也不够用，故需要扩展。现采用 8155 和 2764，6264 作为 I/O 和存储器扩展芯片，显示器采用 LED 数码显示，从控制要求来看，需要 5 位数码显示，其中整数部分 3 位，小数部分 3 位。其它辅助电路有复位电路，时钟电路，越位报警指示电路，延时可利用 8155 的定时器/计数器的引脚 TMRIN 和 TMROUT。4.2.2、单片机引脚及其功能 (1)电源线 2根 13Vcc：编程和正常操作时的电源电压，接+5V Vss：地电平 (2)晶振 2根 XTAL1：震荡器的反相放大器输入。使用外部震荡器时必须接地。 XTAL2：震荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部震荡器时用于输入外边震荡信号。 (3)I/O口共有p 0 p1 p2 p3四个8位口，32根I/O线，其功能 p0.0-p0.7 (AD0-AD7)：是I/O端口O的引脚。端口O是一个8位漏极开路的双向I/O端口。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763p1.0-p1.7： 端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口通道，专供用户使用。 p2.0-p2.7 (A8-A15)：端口2的引脚。端口2是一个百内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A 8-A15。 p3.0-p3.7： 端口 3 的引脚。端口 3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，该口的每一位均可独立地定义第一 I/O 口功能或第二 I/O 口功能。作为第一功能使用时，口的结构与操作与 p1 口完全相同。4.2.3、控制线 (1)PSEN：程序存储器的使能引脚，是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。 (2)Vpp：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时CPU仅执行外部程序存储器的指令。因8031没有内部程序存储器，故EA必须接地。V pp是在8751EPROM编程时为+21的编程电源输入端。 (3)PROG，ALE是地址锁存使能信号。作为地址锁存允许时高电平有效。因为p 0端口是分时传送数据和低8位地址。故访问外部存储器时，ALE信号锁存低8位地址。即使在不访问外部存储器时，也可以1/6振荡频率的固定频率产生ALE，因此可以用它作为外部的时钟信号。ALE主要是提供一个定时信号，在从外部程序存储器取令时，把p 0口的低8位地址字节锁存到外接的地址锁存器中。 (4)T/VPD 是复位/备用电源端。在振荡器运行时，使RST行脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作，复位后程序计数器清零，即程序从0000H单元开始执行。在Vcc关断之前加上V PD（掉电保护）RAM的内容将不变。 单片机时钟利用内部振荡电路，在 XTL1，XTAL2 引脚上外接定时元件，晶振可以在 1.2-12MHz间任选，电容在 5-30PF之间，对时钟有微调作用。越界报警，指示电路，采用 4 个点位开关。一旦越界，应立即停止工作台运动，这里采用中断方式，利用 8031 外部中断-INT 0，只要有一个开关闭合，即工作台的 X 向或 Y 向有一越界，便能产生中断信号-INT0。为了报警，设置了两个发光二极管灯，一个红用于报警，绿的为正常工作，两灯均由 8031 的 P1.4控制。为了整体控制需要，应将 8155 的输出端 TMROUT 与 8031 的 T0端相连，而且应与不进电机控制用环形分配器的 CP 端相连接。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397634.3 单 片 机 的 选 择由于对机床进行数控，其控制功能简单，为了结约成本，因而，采用价格低廉的MCS51系列的8031单片机作为该控制系统的CPU已能满足控制要求。该单片机内部集成ROM存储器，需要对其进行存储器的扩展。 4.4 存 储 器 的 选 用 与 扩 展由控制系统所迁用单片机内部集成ROM存储器，同时128位的RAM输出不能满足控制系统程序和数据的存储量，因此要进行存储器扩展。 4.5 存 储 器 的 选 用 及 连 接程序存储器选用Inter2764，它是一种5V的8K UVEPROM存储器芯片，采用HMOS工艺制成，标准存取时间250ns具有可擦除特性，管脚数28。 由于车削加工的指令数量较少，因而所需程序存储器容量较少，所以选用Inter6264 静态 RAM 足够，该存
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