机电一体化课设十字滑台说明书

长春工业大学机电专业课程设计说明书I目 录1 绪论 .11.1 课程设计的背景 11.2 课程设计的目的和意义 11.3 双坐标十字滑台的技术指标及主要内容 11.3.1 技术指标 .11.3.2 主要内容 .12 双坐标十字滑台整体结构设计 .22.1 总体方案确定 22.2 滚珠丝杠的设计 32.2.1 计算载荷 3CF2.2.2 计算额定动载荷 .3a2.2.3 根据 选择滚珠丝杠副 .32.2.4 稳定性验算 .42.2.5 刚度验算 .52.2.6 效率验算 .62.2.7 丝杠的消隙 .62.3 滚珠丝杠的固定端选择 62.4 滚动导轨 62.5 步进电机的选择 72.5.1 步距角的确定 .72.5.2 减速器传动比计算 .72.5.3 电动机轴上总当量负载转动惯量计算 .82.5.4 惯量匹配验算 .82.5.5 步进电动机负载能力校验 .82.6 减速器参数设计 112.6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .112.6.2 按齿面接触疲劳强度设计 .112.6.3 轴承的选择 .122.6.4 联轴器的选择 .123 双坐标十字滑台控制系统设计 .133.1 设计目的 133.2 设计任务 133.3 设计步骤 143.4 数控编程及电气控制部分设计过程 143.4.1 总体设计方案的选择及确定 .143.4.2 硬件控制电路设计 .143.4.3 软件设计 .15长春工业大学机电专业课程设计说明书II3.5 程序清单 213.5.1 显示子程序 .213.5.2 键盘子程序设计 .223.5.3 中断 .253.5.4 主程序设计 .274 心得体会 .285 参考文献 .30长春工业大学机电专业课程设计说明书11 绪论1.1 课程设计的背景机电一体化系统是综合多个学科的系统,包括机械技术,传感器技术,测试技术,电子技术和控制技术,信息与计算机技术。它极大推动了机械工业,兵器行业及其他行业的发展。其技术结构,产品结构,技术功能与构成,生产方式和管理体系均发生了巨大的变化。使工业生产由机械电气化迈进到机电一体化为特征的数字化,自动化,高精度,微型化,多功能化,智能化的时代。1.2 课程设计的目的和意义本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力，在学习有关专业课程的基础上，进行机电系统设计的初等训练，掌握手册、标准、规范等资料的使用方法，培养分析问题和解决问题的能力，为以后的毕业设计打下良好的基础。结合精密机械控制是现代机械的一个重要方向，它能使机械加工的精度又提高一个层次，主要技术是用微机、单片机等现代高科技仪器来控制步进电机，再通过步进电机来实现精密的工作台控制。这个由微机或单片机、或者运动控制卡、步进电机、机械工作机构组成的十字滑台运动控制系统就是一个很简单的机电一体化的系统。1.3 双坐标十字滑台的技术指标及主要内容1.3.1 技术指标1）工作台面尺寸为 600mm500mm2）脉冲当量 =0.00664 3）工作载荷 Fm=2400N1.3.2 主要内容1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母传动2）滚珠丝杠支承方式：双推简支型长春工业大学机电专业课程设计说明书23）驱动电机为混合式步进电机4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速、要求消除齿轮传动间隙2 双坐标十字滑台整体结构设计2.1 总体方案确定数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构，其单向驱动系统结构简图如图所示：图 1实际设计的工作台为 X、Y 双坐标联动工作台，工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成。其中下拖板与床身固联，它上面固定 X 向导轨，中拖板在下拖板的导轨上横向运动，其上固定 Y 向导轨，上拖板与工作台固联，在 Y 向导轨上移动。X、Y 导轨方向互相垂直。1）螺旋机构运动部件导向机构由旋转运动转为直线运动可通过丝杠螺母副，要满足 0.00664mm 的脉冲当量和0.04mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，故只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高，动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。2）导轨副的选用由于需承受载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。3）减速装置的选用步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应M工作台长春工业大学机电专业课程设计说明书3有消除间隙机构。4）电动机的选用脉冲当量达到 0.00664mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有 2000mm/min。因此，本例设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流电动机或直流伺服电动机等，可选用性能好的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。5）检测装置的选用选用开环系统，利用接近开开关设置原点和限位。2.2 滚珠丝杠的设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类，其中应用较广的是插管式和螺旋槽式，它们各有特点，其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式。2.2.1 计算载荷 CF由教材机电一体化设计表 2-6、表 2-7、表 2-8 分别取载荷系数，硬度系数 ，精度系数2.1FK1HK0.1AK所以， NFmAFC 342022.2.2 计算额定动载荷 a由已知条件： ，h150hLin/10rnmNFaCmC 3.190867.534267.3434 2.2.3 根据 选择滚珠丝杠副 假设选用 FC1 型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷 等于或稍大于 的原CaaC则，查表 2-9 选以下型号规格：FC1-4008-2.5， =20202NCa考虑各种因素选用 FC1-2505-2.5。由表 2-9 得丝杠副数据：公称直径： mD40导 程： P8长春工业大学机电专业课程设计说明书4螺 旋 角： 93滚珠直径： m76.4d0按表 2-1 中尺寸公式计算：滚道半径： mR47.263520偏 心 距： md 067.)3()(e 丝杠内径： RD 18540d01 2.2.4 稳定性验算1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S，其值应大于丝杠副传动机构允许安全系数S 。丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷 （N）按下式计算：crF2a)(lEIcr式中， 为丝杠材料的弹性模量，对于钢， ； 为丝杠工作长度；EGP06l为丝杠危险截面的轴惯性矩（ ） ； 为长度系数，见表 2-10aI 4m48441 15.76)318.0(6dmIa 由表 2-10 取 =0.67，则 NlEFcr 52892a2 104.3)3.067(1)(安全系数 41057.5mScr查表 2-10，S=2.53.3。SS ，丝杠是安全的，不会失稳。2）高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速临界转速 。要求丝杠的最大转速 。crncrnmax临界转速 （r/min）可按下式计算：cr 21)(90ldfnccr式中， 为临界转速系数，由表 2-10，得 =3.93， =0.67，则cf cf min/8251）3.067（910)(910222 rldfncr 长春工业大学机电专业课程设计说明书5。所以丝杠工作时不会发生共振。min/10maxrncr3）此外滚珠丝杠副还受 值的限制，通常要求 。D0 min/10740rnDi/mi/15.2in/125 430 rrnD 所以该丝杠副工作稳定。2.2.5 刚度验算滚珠丝杠在工作负载 F(N)和转矩 T（Nm）共同作用下引起每个导程的变形量 为)(L0mcGJpEAF2L0式中，A 为丝杠截面积， （ ） ； （ ） ；G 为丝杠切变21d4413d模量，对钢 G=83.3GPa；T （Nm）为转矩。 ）（ tan20DF式中， 为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数； 为平均工作负载。本次课设 mF摩擦系数为 ，则得 。025.tan04832.1)0483tan(2516t NDFTm）（ 按最不利的情况取（其中 ）mFmGTpEJTpEAc 107.07.1)29.0(13.83)5(6 )29.(65d4L492 934220 则丝杠在工作长度上的弹性变形量所引起的导程误差为 mp17053Ll30通常要求丝杠的导程误差 应小于其传动精度的 1/2，即 m2.421L长春工业大学机电专业课程设计说明书6该丝杠的 满足上式，所以其刚度可满足要求。L2.2.6 效率验算滚珠丝杠副的传动效率 为%2.96)0483tan(tan）（ 要求在 90%95%之间，所以该丝杠副合格。经上述计算验证，FC1-2505-2.5 各项性能均符合题目要求，可选用。2.2.7 丝杠的消隙采用垫片调隙式调整垫片的厚度使螺母产生微量的轴向位移，已达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的。2.3 滚珠丝杠的固定端选择由米思米官网选取固定座型号 BUN20 参数如下：轴径 d=20mm，轴高 h=64mm，厚度 l=42mm，Cr=12800N，轴承为深沟球轴承2.4 滚动导轨由已知条件得，该导轨的额定工作时间寿命 为hT90536Th由 得：nlTs2103h km43201/604.902/3h s因滑座数 M=4，所以每根导轨上使用 2 个滑座，由表 2-152-18 确定 ，81.Cf， ， 。则由式（2-9）：98.0Hf1TfWf 3FCfKTaWTHs得 CTHWafKF3s长春工业大学机电专业课程设计说明书7其中 NMF4016 NfKCCTHWa 7.3281.098.572433s 由米思米官网选取滚动导轨型号 SE2BL16G-400 参数如下：组装高度 H=16mm，导轨宽度 W1=15mm，长度 L=400mm，Ca=3600N2.5 步进电机的选择在选择步进电机时应主要考虑以下几个方面：1）步距角是否适合系统脉冲当量的要求。2）步进电机转距是否满足要求。3）步进电机起动频率及运行频率是否满足要求。2.5.1 步距角的确定（度）pi360式中 工作台脉冲当量 （mm/p ）传动系统传动比i滚珠丝杠导程 （mm）t的确定应与 和 综合考虑，以满足工作台脉冲当量的要求。i所以，初设 =2.5，则 612.0534.06i30p所以选取 ，初选电机型号 86BYG350CHSHKSNL-0301，Ts=7Nm ，6.0转动惯量 24183mkgJ2.5.2 减速器传动比计算 45.203.630bpi长春工业大学机电专业课程设计说明书8减速器采用一级圆柱直齿轮传动选取传动齿轮齿数分别为 z1=20，z2=z1 i=202.45=49，模数 m=2，齿宽b1=25mm，b2=20mm，强度校核（后续）2.5.3 电动机轴上总当量负载转动惯量计算 按式（5-36 ）分别计算各传动件的转动惯量，其中齿轮的等效直径取为分度圆直径，丝杠的等效直径取为 。m23 2534341z 109.425)10(108.732d mkglJ 23343342z .)9(.l 2534334 107.8210)10(8.73d mkglJs 2632 .)45.()(mip 将各传动件转动惯量及工作台质量折算到电动机轴上，得总当量负载转动惯量。 246 2535221d10.3.3 4.1)07.814.(109.)()(mkgipiJJszz 2.5.4 惯量匹配验算 86.014.34mJd满足 要求，说明惯量匹配比较合理。14mJd2.5.5 步进电动机负载能力校验步进电动机轴上的总惯量： 2444109.610.301. mkgJdm 长春工业大学机电专业课程设计说明书9空载启动时，电动机轴上的惯性转矩： mNtpiJtJT 79.0 60125.104.249.62 334maxax 电动机轴上的当量摩擦转矩： mNgipFiT 0239.8.93045.28123其中，伺服进给传动链的总效率取为 。设滚珠丝杠螺母副的预紧力为最大轴向载荷的 1/3，则因预紧力而引起的、折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为 mNFipFipT 054. )9.01(3245.8021)1(32)1(2 230max0 工作台上的最大轴向载荷折算到电动机轴上的负载转矩为 mNFipTw 857.02145.8023max于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为 Jq 6939.7.0在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为 mNTwl 34.05.02.85.0按表 5-5 查得空载启动时所需电动机最大静转矩为 qs 1.6./79.6./1按式（5-39 ）可求得在最大外载荷下工作时所需电动机最大静转矩为 mNTls )2.387.()5.03/(4.0)53./(2按 和 中的较大者选取步进电动机的最大静转矩 ，并要求1 sTTmNsss 1.ax721所以，步进电动机能正常启动。所以，选取步进电动机的型号 由森创公司提供的电机及驱动产品规格表得：型号 86BYG350CHSHKSNL-0301，相数为 3，步距角 0.6，静态相电流长春工业大学机电专业课程设计说明书10A=3.0A，相电阻 3.17，相电感 19.5mH，电压 80350VPC，定位转矩0.4Nm，保持转矩 T=7Nm，转动惯量 ，外形尺寸24108.3mkgJ8585125，重量 4kg。长春工业大学机电专业课程设计说明书112.6 减速器参数设计2.6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为 20。2）选用 7 级精度。3）材料选择。由表 10-1，选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，齿面硬度280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，齿面硬度 240HBS。4）选取小齿轮齿数 z1=20，大齿轮齿数 z2=z1i=202.45=49。2.6.2 按齿面接触疲劳强度设计试算小齿轮分度圆直径，即 3 21t1 )(2dHEHt ZiTK1）试选 。.HtK2）计算小齿轮传递的转矩。 mNPT 38205/1.05.9n/105.961613）由表 10-7 选取齿宽系数 。d4）由图 10-20 查得区域系数 。.2HZ5）由表 10-5 查得材料的弹性影响系数 。2/1a8.9MPE6）由式(10-9)计算接触疲劳强度用重合度系数 Z 32.)0/(cos0ar*)1/(cosar1 hz 475149249222a 65.1/)0tan47.5(t9 )0tan.(ta/)tan(t1 zz 85.034Z7）计算接触疲劳许用应力 。H由图 10-25d 查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为 、MPaH601lim。MPaH502lim长春工业大学机电专业课程设计说明书12由式（10-15 ）计算应力循环次数： 91 108.)53082(15060 hjLnN92 4/./i由图 10-23 查取接触疲劳寿命系数 ，1HNK9.2HN取失效概率为 1%、安全系数 S=1，由式（10-14）得 a54069.0lim1 MPSHN232li2取 和 中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即1H2MPa53所以， m81.20523.819.45.213.2)(d3 21t1 ）（HEHt ZiTK所以，所选的齿轮强度满足。小齿轮：z1=20，m=2，b1=25大齿轮：z2=49，m=2，b2=20消隙方法：双圆柱薄片齿轮错齿调整法。2.6.3 轴承的选择型号：7205AC 数量：2 参数如下：d=25mm，D=52mm，B=15mm，Cr=16.5KN , ，m31dinD46ax型号：7303AC 数量：2 参数如下：d=17mm，D=47mm，B=13mm，Cr=12.8KN， ，2in31ax2.6.4 联轴器的选择由米思米官网选取刚性联轴器型号：CPR40-15-15型号：SAD32-14-14长春工业大学机电专业课程设计说明书133 双坐标十字滑台控制系统设计3.1 设计目的1）设计方案的分析和比较。设计计算器件选择及电路等环节初步掌握对有一定应用价值的小规模电路的设计方法。2）学会对简单实用电路的设计方法提高学生的设计能力。3）了解与课程有关的电路以及原器件结构工程设计规范。整理相关资料，按设计要求编写设计说明书和设计报告。正确绘制电路图原理图和编制控制程序等。4）初步掌握有关工程设计的方法与步骤逐步熟悉开展技术设计的基本程序。3.2 设计任务数控编程及电气控制系统的主要设计内容1）控制系统设计设计以 8051 单片机系列芯片为扩展核心的控制系统设计，它是系统的整个控制核心，负责接收操作指令，并根据输入的指令控制步进电机的运动，是本次设计核心内容。设计要求以 8031 芯片为核心，扩展程序存储器、数控存储器、键盘及显器示接口及其它并行控制接口，形成完整控制系统。2）G00 G01 G02 功能程序实现G 指令准备性工艺指令，是在数控系统中插补运算之前需要预先规定，为插补运算做好准备的工艺指令。G 功能指令代码从 G00 至 G99 共 100 种，本次设计着重完成前三种，即 G00，G01 和 G02。其中， G00 为定点位、G01 为直线插补、G 02 为顺时针方向圆弧插补。设计要求使用 MCS-51 系列单片机汇编语言实现以直线与圆弧线补为核心的 G 功能。3）步进电机驱动电路设计步进电机驱动需要很大的电流控制，而由计算机及环形分配器送来的控制脉冲信号，一般为弱电信号，因此步进电机需要有功率放大电路以得到控制电机绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。本次设计要求设计一种控制方便、 调试容易、开关速度快及元件损耗小等优点的步进电机驱动电路。长春工业大学机电专业课程设计说明书143.3 设计步骤1）总体设计方案的选择及确定。2）设计方案论证后查阅资料。3）对硬件系统的设计。4）对软件系统的设计。5）步进电机伺服系统设计。6）插补原理及程序设计。3.4 数控编程及电气控制部分设计过程3.4.1 总体设计方案的选择及确定总体设计阶段的任务是权衡利弊仔细划分硬件和软件功能。单片机实用系统的硬件配置与软件设计是紧密相关的，硬件和软件功能上具有一定的互换性。如步进电动机驱动所必须的环形分配器，既可以由数字逻辑硬件完成功能，可以增加工作速度，降低软件工作量，但是提高了硬件成本。如果多使用软件完成功能，不但可以降低硬件开发，还可以简化硬件结构，但增加了软件的复杂性。因此总体设计阶段，硬件和软件的功能划分十分必要。3.4.2 硬件控制电路设计MCS-51 系列单片机应用系统硬件设计方案主要讨论程序存储器、数据存储与 I/O 接口、地址分配及总线驱动等内容。1）程序存储器本设计选用 8031 单片机。内部没有 ROM 存储器，但不够大。所以选用速度高，容量大的芯片 27256 比较经济，并且还为软件的扩展留有余地。2）数据存储器及 I/O 接口根据系统应用场合不同。对 RAM 需求差异比较大。对与常规普通控制器，可能需要较少容量的 RAM。大容量的 RAM 不但体积小，而且性价比较高。1片 62256 芯片比 16 片芯片的性价比高很多。因此，本设计采用 62256 作为数据存储器。3）键盘/显示器接口键盘是由若干按键组成的开关矩阵。它是最简单单片机输入设备。单片机长春工业大学机电专业课程设计说明书15实用显示器有 16 段数码活点阵式显示器是最基本的输入设备。单片机应用系统一般都要扩展 I/O 接口。选择 I/O 的应该从体积价格负载功能等方面考虑。数控十字滑台设计 8255 芯片扩展 I/O 口。并控制步进电动机驱动器；采用 8279 芯片作为人机交互接口芯片。4）地址分配外部程序存储器一般由单片的 ERPOM 组成，独占 64K 字节的地址空间。因此一般不必进行地址译码，只需将其片选端接地即可。由于扩展的数据存储器与 I/O 接口电路一般由多片芯片组成，而且数据区与 I/O 接口为统一编址，共占 64K 字节的数据存储空间。因此必须进行地址译码。一般采用地址译码器或线选法进行地址分配。5）总线驱动8031 单片机 CPU 的扩展功能比较强。但如果扩展总线的负载超过了总线负载的能力。系统便不能可靠的工作。这时必须在总线上装驱动器。常用的总线驱动器为 74LS245T 74LS244。3.4.3 软件设计根据程序设计的需要，本部分重点描述软件的结构设计。软件系统结构设计的主要原则是，根据问题的定义，将系统的整个工作分解为几个相对独立的操作部分，并由这几个部分的相互关系，设计合理的软件结构，使 CPU 可以有条不紊地工作。1）程序结构设计程序结构设计主要有顺序设计和实时多任务操作系统设计。对于简单的单片机应用系统，通常采用顺序设计方法。顺序程序设计方法通常由主程序和若干个中断服务程序所构成，设计者根据问题的定义和操作功能的划分，指定各个中断服务程序对事件请求作出必要的处理，包括现场保护、中断服务、现场恢复、中断返回等四个部分。需要注意的，中断的发生常常是随机的，可能在主程序的任意地方打断，在设计阶段通常无法预料这时主程序的执行状态，因此在执行中断服务程序地，必须对原有的程序状态进行现场保护。现场 保护的内容是中断服务程骗子所需要使用的资源（中断服务程序使用这些资源时，这些资源的主程序数据将被覆盖） ，如PSW、ACC、DPTR 等。而主程序通常是一个顺序执行的无限循环程序，不停地查询各种软件标志进行日常事务处理。下图描述的中断服务程序与主程序的结构。长春工业大学机电专业课程设计说明书16中断服务程序结构与主程序结构顺序程序设计方法容易理解，能够满足大多数应用系统的功能要求。其主要缺点软件结构不清晰、软件的修改扩充比较困难，实时性差。2）程序设计技术A 模块程序设计模块化程序是常用的程序设计技术，其核心思想是将一个功能具有完整功能的大的程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块，各个程序模块分别进行设计和调试，通过对各个模块的调用实现系统的整体功能。模块化设计能够有效地降低软件系统的复杂性和难度，大大提高系统的可靠性，同时也提高了程序代码的可复用性。进行模块化程序设计时一般遵循以下几条原则： 每个模块不宜太大； 各个模块间在逻辑相对独立； 对简单的任务不必采用模块化； 尽量使用已有的模块。B 自上而下地程序设计进行软件设计时，先从主程序开始设计，从属的程序或子程序用府号代替。主程序编好后再编制各个从属程序和子程序，最后完成整个系统软件的设计工作。进行软件调试时也按这个次序进行。C 程序设计过程 选择好软件结构和采用的程序设计技主后，便可进行具体的程序设计工作了。具体设计过程有以下 4 部分。长春工业大学机电专业课程设计说明书17a) 建立数学模型b) 绘制程序流程图c) 编写程序d) 程序的汇编、调试和固化D 步进电机伺服控制系统设计XY 双向十字滑台的运动由 X 向和 Y 向步进电机来控制，通过电机驱动滑台的各个运动部件，从而准确地控制它们的速度和位置。一般地，数控伺服系统可分为开环及闭环两大类，其中闭环伺服还可以根据检测位置的不同进一步细分为半闭环伺服和闭环伺服。由于开环伺服系统具有结构简单、调试维修方便、成本低的特点，因此虽然这种伺服的误差没有补偿和校正，精度较低，但广泛应用于中小型经济型数控机床。鉴于开环伺服系统的特点，本次设计的总体设计方案似采用开环伺服，并为 XY 两个运动方向加上极限位置检测及原点定位检测以实现基本运动位置的控制。开环伺服系统结构1）数控系统及环形分配器的设计数控十字没滑台数控系统是以 MCS-51 系列单片机为核心部件，外部扩展程序存储器、数据存储器、键盘/显示器接口和其它并行接口而实现的。键盘/显示接口扩展（见附录 2） ，键盘是由若干按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备。单片机使用显示器主要有七段数码管或点阵式显示器，是最基本的输出设备。2）步进电机驱动电路设计步进电机驱动电路实际上是一个功率开关电路，其功能是将环分配器或微处理器送来的弱电信号变为强电信号，以得到步进电机控制绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。因此步进电机有 m 相，就应有 m 路功率放大电路。3）插补原理及程序设计插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，如直线终点坐标值、圆弧起点、圆心、进给速度等，通过计算，将工件轮廓的形状描述出来，边计算边根长春工业大学机电专业课程设计说明书18据计算结果向各坐标发送进给指令。数控机床的常用插补计算方法有逐点比较插补计算法（简称逐点比较法） 、数学积分插补计算方法（简称数字积分法） 、时间分割插补计算方法和样条插补计算方法等，在本次课程设计中，我们使用逐点比较法进行插补计算。逐点比较法每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，视该点在给定轨迹的上方还是下方，或在给定轨迹的里面还是外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近加工轨迹。逐点比较法是以折线来逼近直线或圆弧线的，它与规定的直线或圆弧之间最大误差不超过一个脉冲当量，因此只要将脉冲当量取得足够小，就可达到加工精度的要求。E 直线插补计算原理1）偏差计算公式假定加工如图所示的第一象限直线 OA。取直线的起点为坐标原点，直线终点坐标（Xe,Ye）是已知的。 M(Xm,Ym)为加工点（动点） ，若 m 在 OA 直线上，则根据相似三角形的关系可得。 eYXm取 Fm=YmXeYe 作为插补的偏差判别式。若 Fm=0，表明 m 点在 OA 直线上；若 Fm0，表明 m 点在 OA 直线上方 m 处；若 Fm0 时，沿+X 轴方向走一步；当 Fm0 时，沿+X 方向进给一步，走一步后新的坐标值为：Xm+1， Ym+1=Ym长春工业大学机电专业课程设计说明书19新的偏差为 Fm+1=Fm+Xe-Xm+1Ye=Fm-Ye若 Fm0，表明加工点在圆弧外；若 Fm0，对22RYXFm于第一象限内逆圆，为了逼近圆弧，应沿+Y 方向进给一步，到 m+1 点，其坐标值为： mmX11,新的加工点偏差为： 2221m XFRYF若 Fm+1=Xm,Ym+1=Ym+1。新的加工点的偏差为： 12121 mmmY由于上述的推导得知，只要知道一点的偏差就可以计算出新的一点的偏差。因为加工是从圆弧的起点开始的，因此，起点偏差为 F0=0，所以新加工点的偏差总可以根据前一加工点的数据计算出来。2）终点判别法圆弧插补的终点判别法和直线插补相同，可将从起点到终点 X、Y 轴走步的步数的总和存入一个计数据，每走一步便从计数器中减 1，当计算数器值为0 时，发出到达终点信号。3）插补计算过程圆弧插补过程和直线插补相同，但是偏差计算公式不同，而且在偏差计算的同时还要进行动点瞬时坐标的计算，以使为下一点的偏差计作好准备。长春工业大学机电专业课程设计说明书214）四个象限圆弧插补计算公式不同象限的圆弧插补比较复杂，圆弧所在象限不同，顺逆不是，则插补计算公式和进给的方向也不同。归纳有 8 种情况，这 8 种情况的进给脉冲方向和偏差计算公式由下表所示。其中 Xm,Ym,Xm+1,Ym+1 都是动点坐标的绝对值。3.5 程序清单3.5.1 显示子程序8155 的初始化程序如下：INIT: MOV DPTR，#7FFFH ；置 8155 命令/状态口地址MOV A，#0D1H ；置清显示命令字MOVX DPTR，A ；送清显示命令WEIT: MOVX A，DPTR ；读状态JB ACC.7，WEIT ；等待清显示 RAM 结束MOV A，#34H ；置分频系数，晶振 12MHZ长春工业大学机电专业课程设计说明书22MOVX DPTR，A ；送分频系数 MOV A，#00H ；置键盘/显示命令MOVX DPTR，A ；送键盘/显示命令MOV IE，#84H ；允许 8155 中断RET显示子程序如下（共阴极）：DIS: MOV DPTR，#7FFFH ；置 8155 命令/状态口地址MOV R0，#30H ；字段码首地址MOV R7，#08H ；8 位显示MOV A，#90H ；置显示命令字MOVX DPTR，A ；送显示命令MOV DPTR，#7FFEH ；置数据口地址LP: MOV A，R0 ；取显示数据 ADD A，#6 ；加偏移量MOVC A，APC ；查表，取得数据的段码MOVX DPTR，A ；送段码显示INC R0 ；调整数据指针DJNZ R7，LP ；RET SEG: DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH ；字符 0、1、2、3、4、5 段码DB 7DH，07H，7EH，6FH，77H，7CH ；字符 6、7、8、9、A、B 段码DB 39H，5EH，79H，71H，73H，3EH ；字符 C、D、E、F、P、U 段码DB 76H，38H，40H，6EH，FFH，00H ；字符 H、L、-、Y、“空”段码3.5.2 键盘子程序设计键盘中断子程序如下：KEY: PUSH PSWPUSH DPLPUSH DPHPUSH ACC长春工业大学机电专业课程设计说明书23PUSH BSETB PSW.3MOV DPTR，#7FFFH ；置状态口地址MOVX A，DPTR ；读 FIFO 状态ANL A，#0FH ；JZ PKYR ；MOV A，#40H ；置读 FIFO 命令MOVX DPTR，A ；送读 FIFO 命令MOV DPTR，#7FFEH ；置数据口地址MOVX A，DPTR ；读数据LJMP KEY1 ；转键值处理程序PKYR: POP BPOP ACCPOP DPHPOP DPLPOP PSW RETI KEY1: ；键值处理程序键盘程序清单：KEY1: ACALL KS1； 有无键按下子程序JNZ LK1； 有键按下，转去抖延时AJMP KEY1； 无键按下，继续扫描LK1: ACALL DELA12； 12MS 延时程序调用ACALL KS1； 判断键是否真正按下 JNZ LK2 ； 有键按下，转逐列扫描AJMP KEY1； 无键按下，继续扫描LK2: MOV R2,#0FEH； 设置首列扫描字MOV R4,#00H； 保存首列号 LK4: MOV DPTR,#7F01H； 列扫描字送至 PA 口 MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR； 指向 PC 口 INC DPTR MOVX A,DPTR； 读入行状态 长春工业大学机电专业课程设计说明书24JB ACC.0,LONE； 第 0 行无键按下，转 LONE MOV A,#00H； 有键按下，设置行首键号 AJMP LKP； 转求键号 LONE: JB ACC.1,LTWO； 第 1 行无键按下，转 LTWO MOV A,#08H； 有键按下，设置行首键号 AJMP LKP； 转求键号 LTWO: JB ACC.2,LTHR； 第 2 行无键按下，转 LTHR MOV A,#10H； 有键按下，设置行首键? AJMP LKP； 转求键号 LTHR: JB ACC.3,NEXT； 第 3 行无键按下，查下一列 MOV A,#18H； 有键按下，设置行首键LKP: ADD A,R4 ； 求键号，键号=行首键号+列号 PUSH ACC； 保护键号LK3: ACALL KS1； 等待键释放JNZ LK3； 键未释放，继续等待POP ACC； 键释放，键号送 AAJMP OVER； 键扫描结束NEXT: INC R4； 列号加 1，指向下一列 MOV A,R2； 判断 8 列扫描完否JNB ACC.7,KND； 8 列扫描完，继续RL A； 扫描字左移一位MOV R2,A； 送扫描字AJMP LK4 ； 转下一列扫描 KND: AJMP KEY1 OVER: RET； 键扫描结束KS1: MOV DPTR,#7F01H； 指向 PA 口MOV A,#00H； 设置扫描字MOVX DPTR,A； 扫描字送 PA 口INC DPTR； 指向 PC 口 INC DPTRMOVX A,DPTR； 读入 PC 口状态CPL； 以高电平表示有键按下ANL A,#0FH； 屏蔽高 4 位RET 长春工业大学机电专业课程设计说明书253.5.3 中断中断服务程序如下:INTTO: PUSH APUSH PSWMOV A，R0MOV P1 ,AINC R0MOV A，# 00HXRL A，R0JNZ NEXTMOV A，R0CLR CSUBB A，# 03HMOV R0，ANEXT: DJNZ R3，RETUCLR ET1CLR EARETU: POP PSWPOP ARETI利用软件形成脉冲序列的程序清单： PULSE_S: MOV R7,#NUM； 设定脉冲个数PUSH A ； 保护现场PUSH PSWLOOP: SETB P1.0 ； 输出高电平ACALL DELAY1 ； 延时CLR P1.0 ； 输出低电平ACALL DELAY2 ； 延时DJNZ R7,LOOP； R70，继续输出脉冲 POP PSW ； 恢复现场POP ARET定时中断子程序：长春工业大学机电专业课程设计说明书26TIME0: CLR EA ； 关中断INC 30H MOV A,30H XRL A,#5