数控工作台课程设计

1、指导教师评定成绩： 审定成绩： 重 庆 邮 电 大 学自 动 化 学 院光机电一体化课程设计报告 （总体方案设计）单位（二级学院）： 自 动 化 学 院 学 生 姓 名： 赵国强 专 业： 机械设计及其自动 班 级： 0841003 学 号： 2010213292 指 导 教 师： 赵双 设计时间： 2013 年 5 月重庆邮电大学自动化学院制目 录1. 摘要： . 2 1.1 设计内容和任务 . 2 1.2 X-Y工作台发展现状. 3 1.3 X-Y工作台设计目的.42. 总体方案的确定 .42.1 机械传动部件的选择 .42.1.1导轨副的选型.42.1.2丝杠螺母副的选型.5 2.1.3

2、减速装置的选型.62.1.4伺服电动机的选型.6 2.1.5传感器检测装置的选型.82.2 控制系统设计 .92.2.1系统的运动方式与伺服系统.10.2.2.2计算机系统.10 XY工作台的传动方式.103. 主流程图 .103.1 绘制中断方案图 . 10 3.2 绘制总体方案图 . . 124. 结束语 .13摘 要X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本，是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。X-Y数控工作台机电系统设计是利用8031

3、单片机，及2764, 6264存储器及8155芯片等硬件组成，在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其基本思想是通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工，每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转，同时通8155将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀，电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移

4、成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场;由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用。关键词：步进电机，数控系统，X-Y数控工作台 1.1设计的主要内容和任务1、设计一个数控X-Y工作台及其控制系统，该工作台可安装在钻床和铣床上用于钻削和铣削加工；2、收集相关资料及图纸：3、

5、确定改造目标、X-Y工作台参数；4、确定改造总体方案；5、确定机械改造方案；a.确定系统脉冲当量；b.运动部件惯性计算；c.计算伺服电机参数；d.传动及导向元件的设计、计算、校核；e.其它相关零件的选型及计算。6、确定驱动系统改造方案；7、确定数控系统改造方案。数控X-Y工作台外形1.2 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。X

6、-Y工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的XY工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的 研究开发方面也取得了长足的进步。另外也可用于非数控钻、铣、镗类机床上，独立完成等分和不等分的角度分度工作。国外工作台的功能与我国所生产的工作台功能基本相似，但是在其精度方面，国外的一些

7、公司所生产的工作台要略高于我国所生产的工作台。因此我国与国外相比，还是有一定的差距，因此工作台的设计具有重要意义，我们要借助时代的步伐，与时俱进，开拓创新，使我国成为具有领先技术的综合性强国。1.3数控X-Y工作台设计的意义和目的本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理是通过MCS-51单片机来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。本设计的X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能保证一定的精度。通过微机控制技术的简单的应用，实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精

8、度和可靠性进一步提高。本设计所设计的X-Y工作台不仅可用于铣床上进行数控铣削加工，而且还能够用于钻床上数控钻削加工，所以其功能远高于传统的普通工作台是新一代机电一体化的典型产品。在本设计中着重介绍了如何对X-Y工作台进行设计，对导轨、丝杠、电机、选用和数控控制电路的设计和其控制程序的编制等方面进行了深入的分析。2 总体方案确定选择导轨的型号：BRS35B 取动导轨长度 动导轨行程 支承导轨长度 上导轨下导轨对于工作方式为三相六拍的三相步进电机 、步进电机的最高工作频率查表选用两个130BYG350 EH-0602型步进电机。电机的有关参数见表。型 号主要技术数据外形尺寸重量步距角最 大静转距最

9、高空载启动频率()相数电压电流外径长度轴径130BYG350 EH-06021235180003220613422519175AT89S51要完成的任务：（1）将行程开关的状态读入CPU，通过中断进行处理，它的优先级别最高。（2）通过程序实时控制电机和电磁铁的运行。（3）接受键盘中断指令，并响应指令，将当前行程开关状态和键盘状态反应到LED上，实现人机交互作用。由于AT89S51只有P1口和P3口是准双向口，但P3口主要以第二功能为主，并且在系统中要用到第二功能的中断口，因此要进行I/O扩展。考虑到电路的简便性和可实现性，实际中采用内部自带锁存器的8155，所以AT89S51的I/O口线分配如

10、下：（1）P1.0-P1.5控制X-Y两个方向步进电机的A、B、C线圈通电，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正转模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反转模式。（2）P1.6口输出控制电磁铁的吸合。（3）P3.2和P3.3两个中断源中INT0优先级最高，它读入行程开关的状态并触发中断；INT1读入点动、复位、圆弧插补开关的状态而触发中断。（4）P0.0-P0.7外部I/O扩展的数据读取。（5）P2.7和P2.6决定8155的PA、PB、PC口的地址。系统的运动方式与伺服系统由于机床既能钻削又能铣削加工，故应采用连续控制系统。定位方式采用增量坐标控制。考虑到机床加工精度要求不高，为

11、了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。钻头上下运动也由步进电机通过减速装置控制。计算机系统本设计采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51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、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。 XY工作台的传动方式为保证一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，

12、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。 机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率0.01mm的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。3 主流程图CTL EQU 3FF8HPA EQU 3FF9HPB EQU 3FFAHPC EQU 3FFBHCMD EQU 02HORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0IS ； 外部中断0入口ORG 000BHAJMP TM0IS ； 定时器0中断入口ORG 0013HAJMP INT1IS ； 外部中断1入口ORG 001BHAJMP TM1IS ； 定时器1中断入口ORG 0100

13、HMAIN：ANL P1，0EFH SETB IT0 ； 外中断负跳沿触 SETB IT1MOV A，CTLMOV DPTR，AMOVX DPTR，CMD； A口输入，B口输出，C口输入SETB EX0 ； 允许外中断0SETB EX1 ； 允许外中断1SETB PX0SETB PX1 ； 设置优先级SETB EA ； 开总中断LOOP：AJMP LOOP ； 等待中断总体方案图3.3 CPU接口设计 CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示： 图3-1 CPU外部接口示意图4、结束语通过这次的课程设计，我对学习了机电一体化系统设计方案的拟定有了一定的认识，对传动元