【終稿全套】普通車床數(shù)控改造設(shè)計-交流伺服電機橫向X【含CAD圖紙+文檔】
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普通車床進給系統(tǒng)數(shù)控化改造設(shè)計本科學(xué)生課程設(shè)計(說明書)機電控制課程設(shè)計(普通車床數(shù)控改造設(shè)計-交流伺服電機橫向X)學(xué) 生: 學(xué) 號:指導(dǎo)教師: 專 業(yè):機械電子工程機械工程學(xué)院二O二O年三月摘要C6140型普通車床是一種加工效率高,操作性能好,并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明,將其改造為數(shù)控機床,無論是經(jīng)濟上還是技術(shù)都是確實可行。一般說來,如果原有車床的工作性能良好,精度尚未降低,改造后的數(shù)控車床,同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能,而且在加工精度,加工效率上都有新的突破。本設(shè)計主要是對C6140普通型車床進行數(shù)控改造,用微機對縱、橫進給系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制,開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動等缺點,但其成本較低,經(jīng)濟性較好,車床本身所進行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動原件采用伺服電動機。系統(tǒng)傳動主要有:滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動兩種,經(jīng)比較分析:前者傳動效率及精度較低,后者精度和效率高,但成本高,考慮對車床的性能要求,故采用滾珠絲杠螺母傳動。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀,因此采用自動轉(zhuǎn)位刀架。目錄摘要21課程設(shè)計的目的和要求41.1課程設(shè)計的目的41.2課程設(shè)計的內(nèi)容和要求42總體方案確定42.1機械部分設(shè)計42.2伺服系統(tǒng)的選擇52.3計算機系統(tǒng)的選擇53機械部分的改造設(shè)計和計算63.1橫向進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型63.1.1 傳動計算73.1.2 切削力計算73.1.3 滾珠絲杠設(shè)計計算83.1.4 交流伺服電機的選擇94機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計114.1設(shè)計內(nèi)容114.2元器件選型124.2.1 CPU選擇124.2.2 儲存器擴展電路設(shè)計124.2.3 I/O擴展電路144.2.4 伺服電機控制隔離電路154.2.5 LED顯示電路設(shè)計154.2.6 掃描鍵盤輸入電路164.2.7 其它輔助電路設(shè)計175系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計205.1系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容205.2系統(tǒng)初始化程序設(shè)計205.3鍵盤掃描程序設(shè)計215.4轉(zhuǎn)位刀架程序設(shè)計245.5插補程序設(shè)計245.5.1 第三象限直線插補255.5.2 第四象限順圓插補286心得體會347參考文獻351 課程設(shè)計的目的和要求1.1 課程設(shè)計的目的機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計是機械電子工程專業(yè)有關(guān)課程的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之是綜合運用所學(xué)過的機械、電子和計算機知識而進行的一項機電結(jié)合的基本訓(xùn)練。 其目的是:(1) 能夠正確運用機械電子學(xué)、機電一體化技術(shù)、機電液控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等課程的基本理論和有關(guān)知識,學(xué)會機電系統(tǒng)方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算。(2) 通過對機電系統(tǒng)的機械部分設(shè)計,掌握機電系統(tǒng)典型零件的計算方法以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。(3) 通過機電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計,掌握簡單控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計的基本方法。(4) 通過課程設(shè)計,初步樹立正確的設(shè)計思想,培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。提高應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫文件等資料的能力。1.2 課程設(shè)計的內(nèi)容和要求本次課程設(shè)計的主要內(nèi)容有:(1) 總體方案的分析、比較、論證。機械部分設(shè)計。重點是運動傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及伺服電機的選擇計算。.(2) 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計。硬件部分完成微機控制系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計;軟件部分包括主要程序框圖和部分匯編程序(不少于20句)設(shè)計。(3) 編寫課程設(shè)計說明書說明書是課程設(shè)計的總結(jié)性技術(shù)文件,應(yīng)敘述整個設(shè)計的內(nèi)容,包括總體方案的確定,系統(tǒng)框圖的分析,機械傳動設(shè)計計算,電氣部分的設(shè)計說明,選用元器件及其參數(shù)的說明,軟件設(shè)計及其說明等。說明書字?jǐn)?shù)約8千字。(4) 圖紙(要求手工繪圖,另有計算機繪圖可考慮加分)1)數(shù)控系統(tǒng)機械部分方案圖 A2A3 1張 2) 數(shù)控系統(tǒng)面板圖 A2A3 1張 3) 數(shù)控系統(tǒng)總體方案圖 A2A3 1張 4) 改造布置外觀圖 X Z A1 1張 5) 進給系統(tǒng)裝配圖 X Z A1 1張 6) 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖 A1 1張 7) 軟件框圖 A2A3 1張2 總體方案確定22.1 機械部分設(shè)計二維進給運動數(shù)控系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計,主要是傳動系統(tǒng)方案的確定。為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性,對傳動系統(tǒng)通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間際、高諧振以及有適宜阻尼比的要求。在傳動系統(tǒng)的設(shè)計中采用以下設(shè)計:(1)采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。采用滾珠絲杠螺母副、采用貼塑導(dǎo)軌,以減小導(dǎo)軌的摩擦力。(2)盡量消除傳動間隙。包括絲杠、齒輪的傳動間隙,軸承游隙及鍵聯(lián)接的間隙。(3)縮短傳動鏈。縮短傳動鏈不僅可以減小傳動誤差,還可以提高系統(tǒng)的傳動剛度,因此采用一級齒輪減速。此外,通過滾動副預(yù)緊以提高系統(tǒng)傳動剛度,采用加預(yù)載荷的滾珠杠副和滾動導(dǎo)軌及滾動軸承。絲杠支承設(shè)計成兩端軸向固定,并加預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等以提高傳動剛度。2.2 伺服系統(tǒng)的選擇開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)荷不大時多采用小功率步進電機作為伺服電機。開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件,因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整維修容易,在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。2.3 計算機系統(tǒng)的選擇計算機數(shù)控系統(tǒng)一般由微處理器、 存貯器、外設(shè)接口電路、輔助控制接口電路及伺服驅(qū)動電路等幾部分組成。在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中,大多采用位微處理器的微型計算機。如可采用ZCPU或MCS-51單片機組成的微機應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計中采用8031處理器,配合儲存芯片等來組成系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的總體方案見圖 1圖 2。35圖 1 數(shù)控部分機械方案圖圖 2 數(shù)控部分總體方案圖3 機械部分的改造設(shè)計和計算33.1 橫向進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型內(nèi)容包括:計算切削力、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算與選型、齒輪傳動計算、步進電機的計算和選型等。已知參數(shù)和設(shè)計要求:1. 工作臺重量:W600N(粗估)2. 滾珠絲桿導(dǎo)程:T4mm(供參考)3. 行程:S190mm4. 脈沖當(dāng)量:0.005mm5. 快速進給速度:V快3m/min6. 快速進給速度:V進1m/min7. 時間常數(shù):t100ms3.1.1 傳動計算=360uT其中:步距角(本設(shè)計取0.72),脈沖當(dāng)量(本設(shè)計是0.005mm)T絲杠螺距(本設(shè)計取4mm)。所以u=360T=0.0053600.724=0.625確定齒輪參數(shù):取Z1=24,Z2=40,m=2mm 則d1=mZ1=224mm=48mmd2=mZ2=240mm=80mm大齒輪齒寬b1取20mm,小齒輪b2略寬取25mm。齒寬系數(shù)此時為d=2048=0.41符合對稱配置且載荷較小的要求。3.1.2 切削力計算由金屬切削原理知,車削時(外圓車削、橫車、內(nèi)孔車削)主切削力:FC=1840apf0.75=18402.50.150.75=1108N切深抗力:Fp=(0.1-0.6)Fc=0.5Fc=0.51108=554N走刀抗力:Ff=(0.15-0.7)Fc=0.5Fc=0.51108=554N式中ap切削深度,取ap=2.5mmf進給量,取f縱=0.3mm/r,橫向進給量為縱向的1/2,故最終f橫=0.15mm/r 。3.1.3 滾珠絲杠設(shè)計計算燕尾型導(dǎo)軌車床的軸向力按下列實驗公式計算:Fm=KFf+(Fc+2Fp+W)=1.4554+0.05(1108+2554+600)=916N式中系數(shù)K=1.4,摩擦系數(shù)按氟塑料導(dǎo)軌取0.05。(1) 疲勞強度計算滾珠絲杠的當(dāng)量動載荷Cm為: Cm=3LfwfQFa式中L工作壽命,L=60nT106=60V快1000T2Ph106=338(106轉(zhuǎn))。n為絲杠轉(zhuǎn)速,Ph為導(dǎo)程。 T為實用時間壽命,數(shù)控機床取T=15000(h)。fw運載系數(shù),一般情況取1.3;fa精度系數(shù),4級取1.1因此滾珠絲杠的當(dāng)量動負(fù)荷:Cm=3LfwfQFa=33381.21.1916=8422.5N由該當(dāng)量動載荷應(yīng)小于絲杠的額定動負(fù)荷,且使用條件為橫向進給,故選擇絲杠BIF 2004-10,絲杠外徑為20mm,基本額定動載荷為8.6kN。圖 3 絲杠選型表(2) 剛度驗算滾珠絲杠的剛度按照下式校核:=1+2+3絲杠的支撐方式為兩端端固定。故絲杠拉壓彈性位移:1=Fml14AE=9162684(17.82)22.1105=1.17410-3mm其中:l1=1.4S+10T=1.2190+104=268mm絲杠副內(nèi)滾珠與滾道的接觸變形:2=Fmk2=9161400=0.654m,其中k2是預(yù)緊力為額定載荷的1/3時的接觸剛度,查手冊得k1=700N/um,則k2=1400 N/um滾動軸承的接觸變形:3=0.52(1DwZ2)1/3Fm2/3,初選推力球軸承51104,Dw=5.56,Z=14,代入上式得,3=4.76m當(dāng)軸承預(yù)緊時候可以取上述值的1/2,則3=2.38m。絲杠精度取4級,故=1+2+3l1=1.174+0.654+2.380.268=15.7=16,合格。3.1.4 交流伺服電機的選擇(1) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩MLML=180Fm式中電機到絲杠的總傳遞效率,查機械設(shè)計手冊取齒輪傳遞效率為0.98,滾動軸承0.99,推力軸承0.99,聯(lián)軸器0.99導(dǎo)程角:=tan-1(2sd)=tan-1(2420)=7.25。效率: =tantan(+)=tan7.25tan(7.25+10)=0.977因此總效率:總=0.980.9950.977=0.910故ML=180Fm=1800.00510-39160.750.9190.380Nm(2) 滾珠絲杠副預(yù)緊引起的附加轉(zhuǎn)矩M0M0=180KF0式中F0絲杠螺母的預(yù)緊力,F(xiàn)0=13Fm306N,K 預(yù)緊螺母內(nèi)部的摩擦系數(shù),取0.2因此M0=180KF0=1800.20.00510-33060.75=0.023Nm(3) 加速度轉(zhuǎn)矩MaMa=180(f1-f0t)J式中f1電機工作頻率。切削進給時:f1=v進100060=0.51000600.005=50003Hz空行程時:f1=v快100060=31000600.005=10000Hzf0突跳起動頻率,f0=200Hz。t 加速時間,t=0.1s。J 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量。對于一級齒輪傳動系統(tǒng),按下式計算:J=(J0+J1)+(Z2Z1)2(J2+J3)+m(180d)2式中,J0為電機轉(zhuǎn)子慣量;對于材料為鋼的圓柱形零件,其轉(zhuǎn)動慣量可按下式計算:J=7.810-4D4L齒輪轉(zhuǎn)動慣量:J1=7.810-4D14L1=7.810-44.842.5=1.035kgcm2J2=7.810-4D24L2=7.810-4842=6.38kgcm2絲桿轉(zhuǎn)動慣量:J3=7.810-4D34L3=7.810-42426.8=0.3344kgcm2電機初選為MHMF系列系列,MSMF202L1C5型號電機轉(zhuǎn)子慣量J0為4.06kg.cm2,額定轉(zhuǎn)矩M為6.37N.mJ=(J0+J1)+(Z2Z1)2(J2+J3)+m(180)2=4.06+1.035+1.626.38+0.5616+6009.8(1800.00510-10.75)2=23.094kgcm2切削進給時:Ma=0.75180(50003-2000.1)2.310-3=0.44Nm空行程時:Ma=0.75180(10000-2000.1)2.310-3=2.95Nm故總轉(zhuǎn)矩:因此選取Mm(空)因此M總=ML+M0+Mm(空)=0.38+0.023+2.95=3.353Nm圖 4 伺服電機的速度轉(zhuǎn)矩圖因為額定轉(zhuǎn)矩為6.37N.m,因此符合M的1.5到2倍,選擇該電機。4 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1 設(shè)計內(nèi)容(1) 按照總統(tǒng)方案以及機械結(jié)構(gòu)的控制要求,確定硬件電路的方案,并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖;(2) 選擇計算機或中央處理單元的類型;(3) 根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴展電路;(4) 根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴展接口電路,檢測電路,轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等;(5) 選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號;(6) 繪制出一張清晰完整的電氣原理圖,圖中要標(biāo)明各器件的型號,管腳號及參數(shù);(7) 說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進行詳細(xì)的原理說明和方案論證。4.2 元器件選型4.2.1 CPU選擇(1) 8031單片機的基本特性(2) 具有8位中央處理單元(CPU)。(3) 片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路(6MHz或12MHz),每執(zhí)行一條指令時間為2s或1s。具有128字節(jié)RAM.(4) 具有21個特殊功能寄存器。(5) 可尋址64k字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和64k字節(jié)的外部程序存儲器。(6) 具有4個I/O端口。(7) 具有兩個16位定時器/計數(shù)器。(8) 具有5個中斷源,配備兩個優(yōu)先級。(9) 具有一個全雙功串行接口。(10) 具有位尋址能力,適用邏輯運算。8031單片在處理速度快,可擴展儲存器能力強,指令系統(tǒng)功能強,I/O擴展能力強,開發(fā)手段多樣,均符合設(shè)計要求,故選擇8031處理器。4.2.2 儲存器擴展電路設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器采用EPROM芯片。常用的EPROM存儲器有2716,2732,2764,27128,27256等,容量分別為2K、4K、8K、16K,32K。選擇芯片時,要考慮CPU與EPROM時序的匹配。即8031所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的讀取時間。此外,還需考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲器的容量。在滿足容量要求時,盡量選擇大容量芯片,以減少芯片數(shù)量,使系統(tǒng)簡化。因此選取一片2764EPROM芯片。(1) 2764EPROM芯片介紹2764與27128、27256的管腳分布完全相同,都是雙列直桶式28腳芯片。圖4-5為其引腳排列圖。共有13根地址線A0-412,8根數(shù)據(jù)線DoD7,其余為控制線,定義分別是:CE片選信號端: OE取指允許; PGM編程控制器; Vp編程電壓端(21V或125V); Vc2 +5V 電源; Vss地電平; NC空腳, 不用。(2) 地址鎖存器74LS373單片機規(guī)定P0口提供低8位地址線,同時又要作數(shù)據(jù)線,所以為分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出為保存,以便為外接存儲器提供低8位地址信息,一般采用74LS373作為地址鎖存器,并由CPU發(fā)出地址允許鎖存信號ALE的下降沿,將地址信息鎖存入地址鎖存器中。74LS373 是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器,用作地址鎖存器時,應(yīng)使其使能端E為低電平(接地),輸入端G與8031的地址鎖存信號ALE聯(lián)接。當(dāng)G=1時373的輸出端1Q8Q與輸入端的1D-8D 相同,當(dāng)G從高電平返回低電平時將輸入的數(shù)據(jù)鎖入1Q-8Q.(3) 數(shù)據(jù)存儲器6264 6264低8位地址線通過地址鎖存器74LS373與8031P0口相接,高5位地址線分別與P2.0P2.4相連,8位數(shù)據(jù)線直接接到8031P0口,讀寫控制引腳OE,WE與8031的讀寫控制引腳RD,WR直接相連,片選端CE1通過譯碼電路與8031相連。(4) 譯碼電路外部芯片都通過總線與單片機連接,單片機數(shù)據(jù)總線分時地與各個外部芯片進行數(shù)據(jù)傳送,故需進行片選控制。若芯片內(nèi)有多個地址單元時,還要進行片內(nèi)地址選擇。8031單片機應(yīng)用系統(tǒng)的地址譯碼規(guī)定,外部擴展芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址,所以外部芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲器一定數(shù)量的地址單元,而且要使用讀/寫信號與讀/寫指令完成數(shù)據(jù)傳送。經(jīng)濟型數(shù)控硬件結(jié)構(gòu)中采用全地址譯碼方式。所謂全地址譯碼是:低位地址作為片內(nèi)地址,高位地址用譯碼器譯碼,譯碼器輸出的地址選擇信號作為片選線連至每個外部芯片的片選端。地址譯碼常用74LS138譯碼器,G1、G2A和G2B是賦能端,A、B、C是選擇端,Y0Y7是輸出端。74LS138地址譯碼電路輸入端出占用了8031單片機的P2.5P2.7三根高位地址線,剩余的13根地址線用作數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)地址線。74LS138譯碼器每一個輸出端可接一個外部芯片的片選端實現(xiàn)分時片選控制,因此,一個74LS138譯碼器的8根輸出端可以連接8個8K字節(jié)地址空間。單片機的讀/寫信號經(jīng)過與門后控制譯碼器的賦能端G2A、G2B,這就保證只有在讀/寫狀態(tài)時譯碼器輸出端才會輸出片選。最終儲存器擴展電路如圖 5 儲存器擴展電路圖 5所示。 圖 5 儲存器擴展電路4.2.3 I/O擴展電路8255A是一種可編程的I/O接口芯片,可以與MCS-51系統(tǒng)單片機以及外設(shè)直接相連,廣泛用作外部并行I/O擴展接口。數(shù)據(jù)總線(8條):D0D7,用于傳送CPU和8255A間的數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)字。 CS:片選線,低電平有效。與譯碼電路相連。 /RD/WR:/RD為讀命令線,/WR為寫命令線,皆為低電平有效,與8031讀寫端相連。A0、A1:地址輸入線:用于選中PA、PB、PC口和控制寄存器中哪一個工作。與地址總線最低兩位相連。 并行I/O總線(24條) :用于和外設(shè)相連,共分三組。圖 6 IO擴展電路4.2.4 伺服電機控制隔離電路圖 7 光電耦合隔離在伺服電機控制電路中,由于伺服控制器需要的驅(qū)動電壓較高(24伏),電流也較大,如果將輸出信號直接與控制器相聯(lián),將會引起強電氣干擾。輕則影響計算機程序的正常進行,重則導(dǎo)致計舞機和接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路,實現(xiàn)電氣隔離,通常使用最多的是光電耦合器,如圖 7所示。4.2.5 LED顯示電路設(shè)計圖 8 LED顯示電路如圖 8所示顯示電路由一個“米”字形數(shù)碼管,和六個八段數(shù)碼管組成分別由第一片8255A的B、C控制,和第二片8255A的B、C口進行控制。顯示方式分別采用靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示,動態(tài)顯示即采用掃描方式顯示。由8255APB口送出的八段碼,只有LED公共端為低時,這一位顯示塊才能顯示出字形,通過8255APC驅(qū)動器分別接至各LED的公共端。計算機以人眼不能分辯的速度輪流對6根字位線(PC2PC7)輸出低電平,可在6個顯示器上顯示出不同的數(shù)字,從而實現(xiàn)掃描顯示。4.2.6 掃描鍵盤輸入電路鍵盤工作過程是:無鍵按下時C口引線由10k電阻上拉至高電平,B口的8條列線按一定時間間隔輪流送出低民平。當(dāng)被掃描到某一列線 上有一鍵按下時,行線被讓成低電平(=0)。這個“0”電平信號被C口捕獲后,計算機讀取信息,并根據(jù)此鍵對應(yīng)的行線和列線計算出鍵值,完成鍵掃描的全部工作。如圖 9所示。圖 9 鍵盤掃描電路數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖 10所示。CPUUI/O接口光電隔 離驅(qū)動伺服電機機RAMROM外 設(shè)鍵盤、顯示器圖 10數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖4.2.7 其它輔助電路設(shè)計(1) 的時鐘電路單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生:內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路,在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時元件,如圖 11所示。晶體可以在.之間任意選擇,耦合電容在pF之間,對時鐘有微調(diào)作用。圖 11時鐘電路(2) 復(fù)位電路單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后,只要在引腳上出現(xiàn)ms以上的高電平,單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位,之后便從單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中,若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與復(fù)位要求一致時,可以直接相連。圖 12 復(fù)位電路5 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計5.1 系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)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個部分:(1) 系統(tǒng)初始化程序:它是控制系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是當(dāng)系統(tǒng)開機以后初始化系統(tǒng)。如對I/O接口8155,8255A進行必要的初始化工作,預(yù)置接口工作方式控制字。(2) 鍵盤掃描程序。通過掃描方式形成鍵值,對比進行輸入。(3) 轉(zhuǎn)位刀架控制程序(4) 插補程序,3直線4象限順園插補程序。5.2 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計系統(tǒng)的初始化就是要對外設(shè)進行控制字的輸入,而控制字的輸入難點在于外設(shè)地址的確定,根據(jù)連接方式確定3片8255A的地址。具體控制字如圖 13所示。外設(shè)A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.08255(1)01000000000000118255(2)01100000000000118255(3)1000000000000011初始化源程序如下:ORG 0000h;上電復(fù)位SJMP STARTPORTAEQU#4000HPORTBEQU#4001HPORTCEQU#4002HCTRLEQU#4003HKAEQU0BBHKBEQU0B7HSTART:MOV DPTR,#2003H; 第一片8255A地址為:0100 0000 0000 0011MOV A,#10001001B; 方式0,設(shè)置AB口輸出,C口輸入,米形數(shù)碼管與功能按鍵輸入MOVX DPTR,A; MOV DPTR,#3003H,;第二片8255A地址為:0110 0000 0000 0011MOV A,#10000000B; 方式0,設(shè)置ABC口輸出控制電機與八段六位數(shù)碼管MOV DPTR,A; MOV DPTR,#4003H,;第三片8255A地址為:1000 0000 0000 0011MOV A,#10011001B; 方式0,設(shè)置B口輸出,AC口輸入,功能按鍵與掃描鍵盤MOVX DPTR,A;圖 13 8255A控制字詳細(xì)解釋5.3 鍵盤掃描程序設(shè)計由于I/O口的限制與成本限制,使用掃描鍵盤可以節(jié)約I/O口。源程序設(shè)計如下。源程序:KSCAN:MOVR0,0DFH;從Q5列開始掃描NXTCOL:MOVA,R0MOVDPTR,PORTBMOVXDPTR,A;送出列信號PUSHA;MOVDPTR,PORTC;讀入行信號MOVXA,DPTRANLA,3FHCJNEA,3FH,FNDKEY;有鍵按下 跳轉(zhuǎn)RRR0,1;調(diào)整列信號JCNXTCOLJMPKSCAN;無鍵按下 重新掃描FNDKEY:CALLNUM;MOVR2,AMOVB,A;列信號存儲到R2 行信號存儲到R3 形成鍵特征值POPA;CALLNUM;MOVR3,A;INCR3MOVA,R3MULA,BADDA,R2;MOVDPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTR;最終鍵值序號被儲存在A中CALLDLY0KEYUP:MOVA,0;判斷按鍵是否釋放MOVDPTR,PORTBMOVXDPTR,AMOVDPTR,PORTCMOVXA,DPTRANLA,3FHCJNEA,3FH,KEYUPJMPKSCANWT:JMPWTNUM:;計數(shù)子程序,計算是第幾行或者第幾列鍵盤;MOV R5,0;CLRCNUM0:RRC A;JNC JIAYIINC R5;JMPNUM0;JIAYI:MOV A,R5RETDLY0:;延長時間子程序PUSHCXMOVCX,8FHDLY0AGN:NOPLOOPDLY0AGNPOPCXRETTABLE: DB 0,1,2,3,4,5 DB 6,7,8,9,.,+ DB -,G,I,K,T,M DB F,U,W,N,L,Z DB X,l,C,%,;l代表LF,C代表copy DB O,H,D,*,;O代表YON,H代表SON,D代表DELEND5.4 轉(zhuǎn)位刀架程序設(shè)計圖 14 刀架電機連接端口如圖 14所示為刀架電機的端口連接為刀架電機的I/O口為為第二片8255A的A6端口,與A7端口因此地址為3001H,因此控制刀架電機的源程序為。而刀架位置信號由P1.5反饋,如果轉(zhuǎn)到位則為“1”。部分源程序如下所示:MOVDPTR,3001HMOVA,0100 0000BGOON:;啟動電機MOVXDPTR,AJNBP1.5, GOON;判斷電機POPAMOVDPTR,A;關(guān)閉電機5.5 插補程序設(shè)計插補技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)。數(shù)控加工過程中,數(shù)控系統(tǒng)要解決控制刀具或工件運動軌跡的問題。刀具或工件一步步移動,移動軌跡是一個個小線段構(gòu)成的折線,不是光滑曲線。刀具不能嚴(yán)格按照所加工零件的廓型運動,而用折線逼近輪廓線型。采用時間分割思想,根據(jù)編程的進給速度將輪廓曲線分割為每個插補周期的進給直線段(又稱輪廓步長)進行數(shù)據(jù)密化,以此來逼近輪廓曲線。5.5.1 第三象限直線插補圖 15 第三象限直線插補程序流程框圖源程序:MOV,; 定義堆棧指針MOV,; 偏差單元清零OV,;MOVDPTR,#3000;初始化Z伺服電機MOVA, #1110000B;MOVXDPTR,A,4EH;計算終點判別,Xe+Ze之低位,;Xe+Ze之高位,;低位相加,可能產(chǎn)生進位,OVXDPTR,#3000;Z伺服電機上電MOVA, #1110101B;MOVXDPTR,A:;延時子程序,;取偏差的高位,;偏差 0,去,調(diào)動Z的偏轉(zhuǎn)程序;,調(diào)電動機正轉(zhuǎn)子程序;計算新偏差值,e,;可向高位字節(jié)借位,:;,;,;終判值減一,;,;, ;考慮低位字節(jié)借位,;終判值判零,;終判值不為零,去,否則插補結(jié)束:Z;調(diào)Z電動機正轉(zhuǎn)子程序,;計算新偏差值,e,;,;XMP:MOV A,48H ; 取X電動機當(dāng)前狀態(tài)字; 移位法:,;屏蔽無關(guān)位,;保存電動機狀態(tài)字,作為下次轉(zhuǎn)動的基準(zhǔn),;保存電動機原狀態(tài)不變:,3000,:,Z:,Z:,Z:,ZDLY0:;延長時間子程序PUSHCXMOVCX,8FHDLY0AGN:NOPLOOPDLY0AGNPOPCXRET5.5.2 第四象限順圓插補 圖 16 第四象限順圓插補程序 可見,順圓插補程序與直線插補程序結(jié)構(gòu)相似,唯一不同點在于偏差判別函數(shù)的不同。源程序: LP:MOVSP,60H; 定義堆棧指針MOV4AH,#00H; 偏差單元清零MOV49H,#00H;MOVDPTR,#3000;初始化Z伺服電機MOVA, #1110000B;MOVXDPTR,AMOV41H,#00H;坐標(biāo)X0MOV42H,#00H;MOV43H,#84H;坐標(biāo)X0MOV42H,#00H;MOVA,4EH;計算終點判別,Xe+Ze之低位ADDA,4CHMOVA,50H;終判值儲存MOVA,4DH;Xe+Ze之高位ADDCA,4BH;低位相加,可能產(chǎn)生進位MOV4FH,;終判值儲存OVXDPTR,#3000;Z伺服電機上電MOVA, #1111111B;MOVXDPTR,ALP2:ACALLDLY0;延時子程序MOV A,49H;取偏差JBACC.7,LP4;偏差 0,調(diào)動X的偏轉(zhuǎn)程序ACALL ZMP;,調(diào)Z電動機正轉(zhuǎn)子程序CLRC;計算新偏差值,2|Ze|+1MOVA,43H ;Z坐標(biāo)值加1ADDA,#01H;MOV43H,A;MOVA,42H;ADDCA,#00H;MOV42H,A;MOVA,42H;ANLA,#01111111B;除去坐標(biāo)符號位MOVR0,A;MOVA,4AH;SUBB,A,43H;可向高位字節(jié)借位MOV4AH,AMOVA,49HSUBBA,R0MOV49H,AMOVA,4AH;SUBB,A,43H;可向高位字節(jié)借位MOV4AH,AMOVA,49HSUBBA,R0MOV49H,AMOVA,4AH;SUBBA,#01H; 終判值減一MOV4AH,AMOVA,49HSUBBA,#00H;考慮低位字節(jié)借位MOV49H,ALP3:CLRC;MOVA,50H;SUBBA,#01H; 終判值減一MOV50H,AMOVA,4FHSUBBA,#00H;考慮低位字節(jié)借位MOV4FH,A;終判值判零ORLA,50H;JNZLP2; 終判值不為零,去,否則插補結(jié)束LJMP0000HLP4:ACALLXMP;調(diào)X電動機正轉(zhuǎn)子程序CLRC;MOVA,41H;SUBBA,#01H; X坐標(biāo)值減一MOV50H,AMOVA,40HSUBBA,#00H;考慮低位字節(jié)借位MOV4FH,A;CLRC; MOVA,40H;ANLA,#01111111B;除去坐標(biāo)符號位MOVR0,AMOVA,4AH ;計算新偏差值,2|i|+1ADDA,41H;MOV4AH,A;MOVA,49H;ADDCA,R0;MOV49H,A;CLRC;MOVA,4AH ;計算新偏差值,2|i|+1ADDA,41H;MOV4AH,A;MOVA,49H;ADDCA,40H;MOV49H,A;CLRC;MOVA,4AH ;計算新偏差值,2|i|+1ADDA,#01H;MOV4AH,A;MOVA,49H;可能產(chǎn)生進位位ADDCA,#00H;MOV49H,A;SJMPLP3;XMP:MOVA,40H;更新坐標(biāo)DECAMOV40H,AMOV A,48H ; 取X電動機當(dāng)前狀態(tài)字CLRC; 移位法RRCARRCARRCAXMP2:CPLAANLA,#49H;屏蔽無關(guān)位MOV48H,A;保存電動機狀態(tài)字,作為下次轉(zhuǎn)動的基準(zhǔn)ORLA,47H;保存Z電動機原狀態(tài)不變XMP4:MOVDPTR,A,#3000HMOVXDPTR,ARETZMP:MOVA,47HCLRCRRCARRCARRCAZMP2: CPLAANLA,#92HMOV47H,AORLA,48HSJMPXMP4ZMM:MOVA,47HCLRARLCARLCARLCASJMPZMP2XMM:MOVA,48HCLRRLCARLCARLCASJMPXMP2DLY0:;延長時間子程序PUSHCXMOVCX,8FHDLY0AGN:NOPLOOPDLY0AGNPOPCXRET6 心得體會 疫情來襲,刻不容緩,宅在家中的我們也迎來了這場沒有硝煙的戰(zhàn)役,任務(wù)布置在云端,任務(wù)提交也在云端,雖然完成課程設(shè)計的過程有點艱辛,但是我們依然通過互相幫助,網(wǎng)絡(luò)查詢等手段,完成了課程設(shè)計。這次的課程設(shè)計把我們大學(xué)學(xué)的機械相關(guān)的課程都復(fù)習(xí)了一遍,讓我們重溫了一遍工程制圖、機械設(shè)計、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械原理、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、單片機接口技術(shù),微機原理等專業(yè)課。這次課程設(shè)計讓我們將機械和電子相結(jié)合,真正的去理解我們這個專業(yè)為什么叫做機械電子工程。在本次課程設(shè)計剛開始的時候,看到QQ群里面的指導(dǎo)書,雖然通過老師的講解,但是仍然是一頭霧水。本身我們使用車床已經(jīng)是兩三年前的事情了,但是卻讓我們?nèi)ネ瓿蓹C床數(shù)控化改造,簡直就是空中樓閣。但是漸漸經(jīng)過老師的答疑,自己在網(wǎng)絡(luò)上的搜尋,逐步的完成了絲桿設(shè)計計算和電機的選取,但是由于在家設(shè)計,效率不是很高,過了一周多才完成,大大的超出了日程安排,也使得我們在后面畫圖的時間很緊張。之后我們又開始了電氣部分的設(shè)計,對于電氣部分,雖說學(xué)過匯編語言,但是匯編語言實在繁瑣,一個普通的帶進位位的加法,就要四五行程序才能完成,實在是繁瑣。這次課程設(shè)計讓我感覺到有難度的地方就是,插補環(huán)節(jié),算法本身難懂加上又必須要用匯編語言來寫,又增加了難度,好在網(wǎng)絡(luò)上有插補程序,只需要修改一下坐標(biāo)值就可以了。此次課程設(shè)計無論是在機械方面還是,電子方面都讓我有了一個更加深入的認(rèn)識。課程設(shè)計是我們學(xué)習(xí)中的一個重要實踐性環(huán)節(jié),培養(yǎng)了我獨立設(shè)計思考和分析解決問題的能力,拓寬了我的知識面,同時也鞏固了自己所學(xué)的知識,是一次很好的鍛煉機會,它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個良好的基礎(chǔ)。最后感謝楊老師和同學(xué)們在此次課程設(shè)計中悉心指導(dǎo)與幫助。7 參考文獻1機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書M.機械工程學(xué)院,2005.2楊雪寶.機械制造裝備與設(shè)計M.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2010.3陳立德.機械制造裝備設(shè)計M.高等教育出版社,2010.4聞邦椿.現(xiàn)代機械設(shè)計師手冊M.機械工業(yè)出版社,2012.5丁一、何玉林.工程圖學(xué)基礎(chǔ).高等教育出版社,20056李良軍.機械設(shè)計.高等教育出版社,20107李朝青 單片機原理及接口技術(shù),20058機床設(shè)計手冊 1,2分上下冊9滾珠絲桿手冊或選型樣本10機床設(shè)計圖冊,上海紡織機械出版社
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