机电一体化技术考试答案

郑州大学现代远程教育《机电一体化技术》课程考核要求说明：本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为WORD2003版本格式的文档，登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功〔能够下载，并且内容无误即为提交成功〕。作业要求请任选一题，认真、独立完成。作业内容题目一送料小车运行控制系统设计1.设计目的：通过对送料小车运行的控制系统设计，使学生们掌握控制系统硬件设计及软件编程方法，具有灵活运用相关知识的能力；2.设计内容及要求：下列图为送料小车运行过程图。当小车处于后端，按下起动按钮，小车向前运行，压下前限位开关后，翻斗门翻开；7s后小车向后运行，到后端，即压下后限位开关后，翻开小车底门，完成一次工作循环。小车运行过程图设计要求：能够控制小车的远行，并具有以下几种方式：(1)手动；(2)自动单周期，即小车住复运行一次后停在后端等待下次起动；(3)自动连续，即小车起动后自动往复运行；(4)单步运行，即每步动作都要起动；(5)往复运行2次即小车往复运行2次后，回到后端停下，等待起动。3.设计成果：1〕相关硬件电路图深入了解和分析小车运料控制系统的控制要求，画出工序图1〕小车在初始位置处，Y420为ON，假设按下开始按钮SB，那么小车前行，电机正转，2〕小车到达当运行至料斗下方时，Y410为ON，电机停转，小车停止，翻开料斗门，延时7s；3〕7s时间到，装料完成，翻斗门关闭，小车后退，电机反转；4〕返回至Y420处，电机停转，小车停止，翻开小车底门卸料，5〕卸料完毕，一个工作过程结束，1〕步开始一个新的工作周期。根据小车的工作过程，画出小车工作工序图，如下图。1、确定I/O设备1〕小车前行和后退需要一交流电机〔电机的选择要根据小车的最大载荷确定，详细请参考电机与拖动课程〕，电机正反转控制需要2个接触器KM1、KM2，KM1控制小车前行，KM2控制小车后退；2〕为检测小车是否到达原位和料斗下方，需要两个限位开关：Y420原位，Y410料斗处；3〕为翻开和关闭料斗门和小车底门，需要两个继电器：KA1料斗门，KA2小车底门，通过继电器控制直流电机，继电器通电那么电机得电，门翻开，继电器断电，那么电机失电，门依靠弹簧装置关闭；4〕启动按钮；用于工作方式选择的开关SA；由以上分析可知，系统需如下I/O设备：限位开关2个：Y420〔原位〕、Y410〔装料位置〕；交流接触器2个：KM1〔控制小车前行〕、KM2〔控制小车后退〕；继电器2个：KA1〔控制料斗门开关〕、KA2〔控制小车底门开关〕；启动按钮1个；方式选择开关SA。2、分配I/O点地址并绘制硬件连线图1〕I/O地址分配输入输出符号点地址功能描述符号点地址功能SB1I0.0启动按钮KM1Y430控制小车前行Y420I0.2后限位KM2Y432控制小车后退Y410I0.1前限位、装料位置KA1Y431控制料斗门开关SAI0.3手动KA2Y433控制小车底门开关I0.4单周期I0.5连续循环SB2I0.6手动向前SB3I0.7手动向后SB4I1.1料斗门翻开SB5I1.2底门翻开2〕PLC型号选择根据系统对I/O点数的要求，选择PLC型号：系统需要10个输入点，4个输出点，所以选择CPU226即可满足要求，且还有一定的余量，以备系统扩展；因为输出设备既有交流器件又有直流器件，所以选用继电器输出类型。3〕硬件连线图见图4〕绘制顺序功能图并编写梯形图程序小车运行过程分为手动、单周期、连续循环三种工作方式，单周期和连续循环模式采用顺序控制指令，手动操作采用普通逻辑指令，编程时采用跳转指令分别指向不同工种方式，程序结构如下图。择手动模式时，I0.3为1、I0.4，I0.5为0。I0.3常闭触点断开，I0.4，I0.5常闭触点均为闭合状态，执行手动程序，跳过自动程序。方式选择开关接通单周期或连续操作方式时，I0.3触点闭合，I0.4，I0.5触点断开，使程序跳过手动程序而选择执行自动程序手动操作方式梯形图2〕相关程序PLC控制软件如下Network1//送料小车控制系统梯形图//网络注释I0.0启动I0.1停止LDI0.0OM0.0ANI0.1=M0.0Network2//Y430送料小车前进LDNT38AM0.0LDT41OY430OI0.0ALDTONT38,100=Y430Network3//Y432送料小车卸料LDNT39AM0.0LDT38OY432ALD=Y432TONT39,10Network4//Y420送料小车后退LDNT40AM0.0LDT39OY420ALD=Y420TONT40,100Network5//Y410送料小车装料LDNT41AM0.0LDT40OY410ALD=Y410TONT41,20题目二机械手控制系统设计设计目的：通过对机械手的控制系统设计，使学生们掌握控制系统硬件设计及软件编程方法，具有灵活运用相关知识的能力；设计内容及要求：要求根据机械手工作过程，设计出其控制系统3.设计成果：1〕相关硬件电路图2〕相关程序图2-3时是可编程控制器控制盘面板布置图，其中它包括加载选择和自动方式选择，而加载选择包括上/下、左/右、夹/松六个动作；工作方式分为两种，即自动和手动，其中自动操作又分为步进、单周期、连续操作方式。图2-3可编程控制器控制盘面板布置接通I0.7是单操作方式。按加载选择开关的位置，用启动/停止按钮选择加载操作，当加载选择开关打到左/右位置时，按下启动按钮，机械手右行；假设按下停止按钮，机械手左行。用上述操作可使机械手停在原点。接通I1.0是步进方式。机械手在原点时，按下启动按钮，向前操作一步；每按启动按钮一次，操作一步。接通I1.1是单周期操作方式。机械手在原点时，按启动按钮，自动操作一个周期。接通I1.2是连续操作方式。机械手在原点时，按下启动按钮，连续执行自动周期操作，当按下停止按钮，机械手完成此周期动作后自动回到原点并不再动作。2.4机械手的整体设计机械手的整体设计包括单操作程序、步进操作程序、自动操作的设计。单操作程序如图2-4所示，此操作为单操作方式，即用按钮操作对机械手的每一步运动单独进行控制。指令如下：图2-4单操作方式0LDNI0.71JMP12单操作程序3LBL14LDNI1.05JMP2假设选择单操作工作方式，I0.7断开，接着执行单操作程序。单操作程序可以独立于自动操作程序，可另行设计。步进操作程序如图2-5所示，此操作为步进操作图，即每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。指令如下：图2-5步进操作方式0步进操作程序1LBL12LDNI1.13ANI1.24JMP35LDI1.26OI0.67SM1.0,1在连续操作方式下，可执行自动操作程序。在步进操作程序，按一下启动按钮执行一个动作，并按规定顺序进行。自动操作如图2-6所示，此操作为自动操作，即按启动按钮，机械手会自动完成所需完成的动作。在需要自动操作方式时，中间继电器M1.0接通。步进工作方式、单操作工作方式和自动操作方式，都用同样的输出继电器。指令如下：图2-6自动操作图0自动操作程序1LBL32LDSM0.03END机械手的动作过程如上图所示。从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。假设此时右工作台上无工件，那么光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移，左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过八部动作完成了一个周期的动作。3.2机械手的手动单步操作程序3.2.1机械手左行/右行如图3-2所示，I1.3为常开触点,即左/右档,I0.2为上限位置，它主要起上限平安连锁保护的作用，而机械手左行/右行两个动作只能当机械手处在上限位置时才能执行。I0.0是启动按钮，而I0.6为停止按钮，将加载开关扳到左/右档，按下启动按钮，通过控制右行电磁阀Q0.3，机械手向右行；按下停止按钮，通过控制左行电磁阀Q0.4，机械手向左行。程序指令如下：图3-2机械手左行/右行0LDI1.312LPS3A4ANQ0.45=Q0.36LPP78ANQ0.39=Q0.4机械手夹紧/松开如图3-3所示，I1.5为常开触点，即夹/松加载档，将加载选择开关扳到“夹/松”档，按启动按钮I0.0，通过控制夹紧电磁阀，机械手执行夹紧动作；按停止按钮I0.6，机械手执行松开动作。程序指令如下:图3-3机械手夹紧/松开0LDI1.512SQ0.2,13LDI1.54机械手上升/下降如图3-4所示，I1.4为常开触点，即上升/下降加载档，将加载选择开关扳到“上/下”档，按启动按钮I0.0，通过控制下降电磁阀，机械手执行下降动作；当按下停止按钮I0.6，通过控制上升电磁阀，机械手执行上升动作。程序指令如下：图3-4机械手上升/下降0LDI1.41AI0.02ANQ0.13=Q0.04LDI1.45AI0.66ANQ0.07=Q0.13.3自动控制程序机械手下降/夹紧如图3-5所示，PLC由STOP转为RUN时，初始脉冲SM0.1对状态进行初始复位，并执行转移指令，当EN有效时，把0输出到SW0中。当机械手的上限限位开关I0.2和左限限位开关I0.4有效时，机械手在原点，且状态S0.0置1，这是第一步。按下启动按钮后，置位状态S0.1，同时将原工作状态S0.0清0，输出继电器下降电磁阀Q0.0得电，原点指示Q0.5复位，原点指示灯熄灭，机械手执行下降动作。当机械手下降到底碰到下限位开关时I0.1接通，置位状态转移到S0.2，同时将状态S0.1清0，输出继电器Q0.0复位置1，于是机械手停止下降，而此时输出继电器夹紧电磁阀Q0.2得电，机械手执行夹紧动作。程序指令如下：图3-5机械手下降和夹紧0LDSM0.11MOVW0,SW02LDI0.23A4SS0.0,15LSCRS0.06LDSM0.07=Q0.58LDI0.09SCRTS0.110LDSM0.111=M2.012LDI0.113SCRTS0.214SCRE15LSCRS0.216LDSM0.017SQ0.2,118TONT37,17机械手上升和右行如图3-6所示，按照工作方式分类，定时器T37属于通电延时型定时器，使能端〔IN〕输入有效，定时器开始计时。当前值从0开始递增，当大于或等于预置值〔PT〕17时，定时器输出状态位置1〔输出触头有效时〕，当前值最大值为3276.7s。使能端无效〔断开〕时，定时器复位。当定时器T37开始计时，延时1.87s后，接通T37常开触点将状态S0.3置1，同时将工作状态S0.2清0，而输出继电器上升电磁阀Q0.1得电，机械手执行上升动作。由于夹紧电磁阀Q0.2已被置1，夹紧动作继续执行。当上升到上限位时，I0.2接通，置位状态转移到S0.4，同时将状态S0.3清0，上升电磁阀Q0.1失电，不再上升，而右行电磁阀Q0.3得电，机械手执行右行动作。程序指令如下：图3-6机械手上升和右行0LDT371SCRTS0.32SCRE3LSCRS0.34LDSM0.05=M2.26LDI0.27SCRTS0.48LDSM0.09ANI0.310=Q0.3机械手的下降和松开如图3-7所示，当机械手右行至右限限位开关时，I0.3接通，Q0.3失电，机械手停止右行，假设此时接通无工件检测开关I0.5，那么状态转移到S0.5，同时将状态S0.4清0，而Q0.0再次得电，机械手执行下降动作，当机械手下降到底碰到下限限位开关时，I0.1接通，状态转移到S6.0，同时将状态S0.5清0，输出继电器原点指示Q0.0复位，夹紧电磁阀Q0.2被复位，于是机械手停止下降，执行松开动作。程序指令如下：图3-7机械手下降和松开0LDI0.31AI0.52SCRTS0.53SCRE4LSCRS0.55LDSM0.06=M2.17LDI0.18SCRTS0.69SCRE10LSCRS0.611LDSM0.012RQ0.2,113TONT38,15机械手上升和左行如图3-8所示，按照工作方式分类，定时器T38属于通电延时型定时器，使能端〔IN〕输入有效，定时器开始计时。当前值从0开始递增，当大于或等于预置值〔PT〕15时，定时器输出状态位置1〔输出触头有效时〕，当前值最大值为3276.7s。使能端无效〔断开〕时，定时器复位。定时器T38开始计时，延时1.5s后，接通T38常开触点将状态S0.7置1，同时将状态S0.6清0，而输出继电器下降电磁阀Q0.1再次得电，机械手执行上升动作。行至限位开关位置，上限限位开关I0.2接通，状态转移到S1.0,同时将状态S0.7清0，下降电磁阀Q0.1失电，机械手停止上升，而此时左行电磁阀Q0.4得电，执行左行动作。程序指令如下：图3-8机械手的上升与左行0LDT381SCRTS0.72SCRE3LSCRS0.74LDSM0.05=M2.36LDI0.27SCRTS1.08SCRE9LSCRS1.010LDI0.411A：机械手回零如图3-9所示，当机械手行至上限位置，上限限位开关I0.2接通，状态转移到S1.0,同时将状态S0.7清0，上升电磁阀Q0.1失电，机械手停止上升，而左行电磁阀Q0.4得电，机械手执行左行动作。当机械手到达左限限位开关I0.4接通，将状态S1.0清0.如果此时为连续工作状态，M1.0置1，即状态转移回到S0.1，重复执行自动程序。假设为单周期操作方式，状态转移到S0.0，那么机械手停在原点。程序指令如下：图3-9机械手回零0LDI0.41SCRE2LDM2.03OM2.14=Q0.05LDM2.26OM2.37=Q0.1题目三数控加工中心刀具库的自动控制系统设计设计目的：通过对数控加工中心刀具库自动控制系统设计，使学生们掌握控制系统硬件设计及软件编程方法，具有灵活运用相关知识的能力；设计内容及要求：因原有的刀具库控制方式过于陈旧、功能过于单一且智能度不高，刀盘只能单向转动，效率较低并且指示灯设计不合理，对刀成功后没有正确与否的提示。针对原有功能的的缺乏提出自己的改良方法。对位成功的进行指示灯闪烁提示，调取不是当前工位的刀时，系统能根据调取刀号的大小自动选择最正确刀盘转动方向，以提高取刀效率。

改良后的根本特征：

1〕当机械手位置

=

程序调取刀号位，换刀成功指示灯闪烁3秒。

2〕当机械手位置

>

程序调取刀号位，刀具盘逆转,调刀指示灯亮,到位后,

换刀成功指示灯闪烁3秒。

3〕当机械手位置

<

程序调取刀号位，刀具盘顺转,

调刀指示灯亮,到位后,换刀成功指示灯闪烁3秒。

机械手位置与调取刀号位之间的偏差是选择正反转的根据。3.设计成果：1〕相关硬件电路图2〕相关程序课程设计的参数设置1、存放器D0;机械手当前位置存放器。2、存放器D1：程序刀号存放器。3、存放器D3：偏差存放器。4、参数K：参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为1、2、3、4、5、6。列出I/O配置表节点类型节点名称节点作用输入X001机械手位置检测X002机械手位置检测X003机械手位置检测X004机械手位置检测X005机械手位置检测X006机械手位置检测X0011刀具号选择X0012刀具号选择X0013刀具号选择X0014刀具号选择X0015刀具号选择X0016刀具号选择输出Y000刀具到位指示Y001刀盘旋转指示Y002刀盘顺转Y003刀盘逆转Y004换刀闪烁刀盘取刀示意图如图4-1所示，以1号刀位在机械手位置处为例。一、调取当前刀号。机械手在1号刀位D0=K1，系统调取当前刀号，D0=K1，两值比拟D0=D1，此时，到位指示灯直接亮起，接着换刀成功指示灯闪烁，表示换刀完成。二、调取2〔或3、4〕号刀。机械手在1号位D0=K1，系统调取2号刀，D1=K2，两值比拟D0<D1,此时，D0要先加K6再减D1得D3，D3再和K3比拟D3>K3,M10动作，刀盘逆转。图4-1(3)如图4-2，调取5〔或6〕号刀，机械手在1号位置D0=K1，系统调取5号刀，D1=K5，两值比拟D0<D1，此时，D0要先加K6再减D1得D3，D3再和k3比拟，D3《K3，M11、M12动作，刀盘顺转。图4-2系统梯形图及指令表指令表1LDX0112MOVK1D03LDX0124MOVK2D05LDX0136MOVK3D07LDX0148MOVK4D09LDX01510MOVK5D011LDX01612MOVK6D013LDX00114ANIM515MOVK1D116SETM517LDX00218ANIM519MOVK2D120SETM521LDX00322ANIM523MOVK3D124SETM525LDX00426ANIM527MOVK4D128SETM529LDX00530ANIM531MOVK5D132SETM533LDX00634ANIM535MOVK6D136SETM537LDM538CMPD0D1M039MPS40ANDM041SUBD0D1D342MRD43ANDM144OUTY00045CMPD3D3D1046ADDD0K6D247ANDM248MPP49ANDM250 SUBD2D1D352 LDM553 MRD54 MPS55 ANDM1056 ANIY00057 ANIM2058 OUTM1859 MRD60 ANDM1161 ANIY00062 ANIM2063 OUTM1964 MPP65 ANDM1266 ANIY00067 ANIM2068 OUTM2069 LDM1970 ORM2071 OUTY00272 LDM1873 OUTY00374 LDY00075 OUTT1K5076 LDY00277 ORY00378 OUTY00179 LDY00080 ANDM801381 OUTY00482 LDT183 RSTM584 END题目四C6132普通车床的数控改造设计1.设计目的：通过C6132普通车床的数控改造，使学生们掌握普通机床改造的方法，具有灵活运用相关知识的能力；2.设计内容及要求：C6132型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。本设计任务是对C6132普通车床进行数控改造。利用微型计算机对纵、横向进给系统进行开环控制．纵向脉冲当量为0.01mm／脉冲．横向脉冲当量为0.005mm／脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。3.设计成果：1〕电动机的选取2〕相关硬件电路图伺服控制系统的选择。〔半闭环控制系统如下列图1所示〕检测器检测器执行件伺服放大器伺服电机减速箱脉冲指令比拟线路图1半闭环控制系统原理图图1半闭环控制系统原理图〔二〕、机械局部改造1.床头箱局部保存主轴箱内的滑移齿轮，取消操作手柄。将原床身的挂轮、进给箱及内部传动齿轮系统去除，其余局部保持不变。在该处安装纵向伺服电动机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操作杆〔“三杆”〕拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座原来装轴承座的局部。并在主轴箱后端安装光电编码器。编码器的安装方式有两种，一种是安装，另一种是异轴安装。因为原机床主动挂轮与主轴传动比为1:1，所以可将编码器安装于原机床主动挂轮处。这种安装方式较简单，易安装。2.进给系统〔横向〕的改造将车床溜板箱撤除，在原处安装滚珠丝杠螺母座，丝杠螺母固定在其上。将横溜板中的普通丝杠、螺母撤除，在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副，伺服电机与丝杠间采用一级减速器联接,以缩小传动链,提高系统刚度,并减少传动链误差。横向伺服电动机与齿轮减速器总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠通过膜片联轴器相连。膜片联轴器的特点是易平衡，不需润滑。结构简单，有一定的补偿性能和缓冲性能。因其尺寸较大，故可将其放在减速箱内。横向滚珠丝杠选择南京工艺装备公司生产的FFZL型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副。型号为FFZL2505-3【1】,其公称直径d0=25mm、根本导程L0=5mm。滚珠丝杠的支撑方式选用两端固定式，其传动精度高，并有较好的刚度。适合于距离不长的场合。滚珠丝杠需要预紧，其大小约为轴向力的三分之一。减速箱齿轮传动初定传动比为2，可取Z1=24那么Z2=48,齿宽B=16.在设计齿轮传动时，为了提高传动精度，必须消除齿轮副的间隙。数控机床进给系统由于经常处于变向状态,反向时如果驱动链中的齿轮等传动副存在间隔,就会使进给运动的反向滞后于指令信号,从而影响其传动精度,因此24/48这一对齿轮还必须采取措施消除齿轮传动中的间隙,以提高数控机床进给系统的传动精度。齿轮间隙的调整采用圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿法来实现,其结构如图2所示。图2齿轮间隙的调整结构图图2齿轮间隙的调整结构图图中,在2个薄片齿轮1和2上装有螺纹的凸耳4和8,弹簧的一段钩在凸耳4上,另一端钩在螺钉5上。弹簧3所受的张力大小可用螺母6来调节螺钉5的伸出长度,调整好后再用螺母7锁紧。在选择伺服电机时应考虑以下几点：a、惯量匹配，即0.25≤Jd/Jm≥1，其中Jd为折算到到电动机的负载惯量，Jm为电动机转动惯量。b、转矩伺服电机的额定转矩必须满足实际需要，但是不需要留有过多的余量，因为一般情况下，其最大转矩为额定转矩的3倍。c、短时间特性(加减速转矩)，工作负载转矩大于电动机加减速转矩。根据以上原那么，取电动机型号为1FT5066-0A01△【2】3.导轨及刀架改造因原机床的导轨精度不能满足数控机床的要求。但改造的原那么是尽量保持原机床的部件。故只能将导轨加以利用。导轨外表贴塑的方法可使得导轨精度提高。因此可在导轨上加四氟乙烯软带。其特点是，摩擦系数低，运动平稳，可吸收震动，维修方便，损坏后更换容易。在本次设计中采用美国霞板公司研制的德尔赛塑料导轨软带。数控车床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。根据加工对象，有四方刀架、六角刀架和八〔或更多〕工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减少刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀架部要进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度〔一般位0.001～0.005mm〕考虑经济性以及利于普通车床数控化改造，本设计采用四方回转刀架。并设计成螺旋升降式四方回转刀架。(三)、数控系统的选择机床数控系统(CNC系统)是数控机床的控制核心，随着机床数控技术的不断开展与进步，提高了数控机床的整体性能，尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著，现在，数控机床已在机械工业生产中得到广泛应用。目前市场上流行的数控系统，如FANUC、西门子、华中数控系统等，本设计为经济行数控车床，只要满足设计要求功能及精度即可。通过比拟，国内的华中数控系统不仅能到达要求，并且价格廉价，是数控机床的改造的首选系统，根据功能要求，选择华中HNC-21TF型数控系统。三、结论经过改造后的机床如下列图所示，题目五双坐标十字滑台设计及控制1.设计目的：加深理解和掌握机电一体化、计算机接口技术、计算机控制技术、数控技术等课程的根本知识，提高学生综合运用所学知识能力2.设计内容及要求：工作台行程：工作台长度100mm；宽度100mm；脉冲当量：0.005～0.008mm/P其它参数如下表所列3.设计成果：1〕相关计算2〕相关硬件电路图3〕相关程序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下图:计算动载荷Cj(表1)〔表2〕取丝杠转速：n=100r/min轴向载荷：使用寿命：T=15000h那么额定寿命：所以动载荷所以滚珠丝杠型号为：BSS1204滚珠丝杠精度等级C7表1表2载荷性质平稳或轻度冲击1～1.2轻度冲击1.2～1.5较大冲击、振动1.5～2.5实际硬度HRC≥551.1≥501.56≥452.4≥403.85表3类别普通机械普通机床数控、精密机械T(h)5000～1000010000150001计算载荷Fc=KF*KH*KA*Fa查<<机电一体化设计根底》表2—6取，KF=1.3查表2—7取KH=1.0查表2—4取D级精度查表2—8取KA=1.0取平均工作载荷Fa=235N那么Fc=1.2*1.0*1.0*235=282N2计算额定动载荷计算值Can=100r/min使用寿命T=15000hL=60n*==90h根据Ca选择滚珠丝杠副根据《机电一体化设计根底》，滚珠丝杠副额定动载荷Ca等于或者大于Ca的原那么，选用得丝杠副数据：公称直径：〔中径d2〕D0=12mm导程：P=4mm滚珠直径：d0=2.3812mm根据《机电一体化设计根底》表2-1中公式得：螺纹滚道半径：R=0.52*d0=0.52*2.3812=1.238mm偏心距：e=0.707(R-d0/2)=0.707*(1.238-2.3812/2)=0.0335丝杠内径d1=D0+2e-2R=12+2*0.0335-2*1.238=9.591mm滚珠丝杠副校核滚珠丝杠副还要受D0*n的值的限制，通常要求D0*n<7*104mmr/minD0*n=12*100=1200mm*r/min<7*104mm*r/min所以丝杠副工作稳定稳定性运算计算临界转速〔r/min〕式中fc—临界转速系数见表4—长度系数见表4d1—丝杠内径(m)l—丝杠工作长度(m)因为工作台y向长度为310mm可知y向临界转速最大因为nk>nmax所以丝杠工作时不会发生共振表4支承方式系数双推—自由双推—简支两端固定1.883.934.7320.67——压杆稳定性计算FK=〔N〕式中FK—临界载荷E—材料弹性模量对于钢,E=2.06×PaIa—丝杠危险截面惯性矩Ia=临界载荷Fcr1=Fcr2=平安系数平安系数QUOTEFcr1Fcr2[QUOTE=2.5~3.3丝杠平安，不失稳。丝杠绝对平安，不会失稳。丝杠选取无误，即选用BSS1204型滚珠丝杠。计算行程长度寿命TsTs=2Ls·n·60·Th/1000(km)式中Ls—工作单行程长度(m)n—往复次数(次/min)Th—工作时间寿命(h)：行程长度寿命：计算动载荷=式中F—作用在滑座上的载荷(N)M—滑座个数K—寿命系数fT—温度系数见表5fC—接触系数见表6fH—硬度系数见表7fW—负载系数见表8表5表6工作温度〔0C〕<1001100～1500.9150～2000.7200～2500.6每根导轨上滑块数1120.8130.7240.66表7滚道外表硬HRC605855535045fH10.980.90.710.540.38表8工作条件fw无冲击、振动V<15m/min1～1.5较小冲击、振动V<60m/min1.5～2较大冲击、振动V>60m/min2～3.5、、、分别由指导书表5，6，7，8查得=1.0,=1.0,=1.0,=1.8另取滑座个数m=4寿命系数一般取k=50(km)作用在滑座上载荷F=2300N∴应选取滚动导轨型号为电机的初选〔度〕式中—工作台脉冲当量(mm/P)i—传动系统传动比i=2t—滚珠丝杠导程(mm)t=4mm由设计指导书附录三初选型号为110BF003由机电一体化设计根底图5-33、5-34查的减速器采用1级传动传动比分别为各传动齿轮齿数为：Z1=20Z2=40模数m=2齿轮宽b=20mm步进电机转矩校核由机电一体化设计根底书中式5-36分别计算各传动件的转动惯量，其中齿轮交叉直径取分度圆直径：丝杠长度取L=600mm∴取电动机轴自身转动惯量那么步进电动机轴的总转动惯量：设步进电机空载启动时间为25ms，最大进给速度：导轨摩擦系数空载启动时，电动机轴的惯性转矩：电动机轴上的当量摩擦转矩：其中伺服进给链的总效率设滚珠丝杠螺母副的与预紧力为最大轴向载荷的1/3，那么因预紧力而引起，而折算到电动机轴上的附加摩擦转矩为：其中工作台的最大轴向负载折算到电动机轴上的负载转矩：那么电动机空载启动时电动机轴总的负载转矩：电动机轴上的总负载转矩为：电动机最大静转矩Ts按空载启动计算：空载启动上所需电动机最大静转矩C=0.866由下表可查电机相数3456运行拍数3648510612C0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866按正常工作计算：在最大外载荷下工作时所需要电动机最大静转矩：Ts取二者大的，故Ts=0.99﹤[Ts]步进电机的最大静转矩满足要求频率校核参考电动机的转矩—频率特性曲线原那么：选用步进电机应使实际应用的启动频率，运行频率与负载转矩所对应的启动，运行工作点位于该曲线之下，才能保证步进电机不失频的正常工作。经校核满足要求。∴选取86BYG350CL-SAKSLM-0601型步进电机题目六四工位组合机床PLC控制系统设计1、设计目的：学生通过四工位组合机床课程设计,对所学课程理论知识进行一次系统的回忆检查复习和提高,并运用所学理论,,受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力。2、设计内容及要求：四工位组合机床由四个工作滑台，各带一个加工动力头，组成四个加工工位。除了四个加工工位外，还有夹具、上下料机械手和进料器四个辅助装置以及冷却和液压系统共四局部。工艺要求为由上料机械手自动上料，机床的四个加工动力头同时对一个零件进行加工，一次加工完成一个零件，通过下料机械手自动取走加工完的零件。要求具有全自动、半自动、手动三种工作方式。3、设计成果：1〕相关机械系统元件选择2〕相关硬件电路图控制流程当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件，进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，完成一个工作循环。要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作。全自开工作方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自开工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的。一、主电路设计

〔一〕设计要求

(1)主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护。

(2)液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。

(3)冷却泵电动机单向工作，过载及短路保护。

〔二〕元件选用

根据上面要求，要选用三台电动机：

M1——控制主轴的电动机；

M2——控制液压泵的电动机；

M3——控制冷却泵的电动机。

再根据电动机的控制要求选择元件：

QF——控制总电源的断路器，实现短路和过载保护；

FU1～FU3——控制各电动机短路保护；

KM1——控制主轴电动机单向工作；

KM2——控制液压泵电动机工作；

KM3——控制冷却泵电动机工作；

FR1～FR3——用与各电动机的过载保护控制。〔三〕作出草图如下图1.2主电路图控制电路设计〔一〕设计要求

主轴电动机M1和液压泵电动机M2可以同时起停，也可以单独起停。

要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机M3才接通，但也可以随时调整。

〔二〕元件选用

KM1～KM3——控制M1～M3单向起动动作接触器；

SB1——总停按钮；

SB2、SB3——M1与M2起动按钮；

SB4、SB5——M1与M2停止按钮；

SB6——冷却泵电动机〔M3〕调整按钮；

SB7——冷却泵电动机单独停止按钮；

SA1——控制M1与M2的同时与单独起停开关；

SA2—实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；

FR1～FR3——M1～M3过载保护热继电器；

SA3——照明开关；

HL1——电源指示灯；

EL——照明灯。控制电路草图

根据所选元件与工作要求画出控制电路图，

如下列图：图1.3控制电路图

工作原理

(1)主轴起动

首先合QF→HL1灯亮，表示电源供电正常

按下SB2→KM1〔+〕→KM1主闭→M1起动运转，拖动主轴旋转，KM1辅闭自锁。

(2)主轴停止

按SB4〔或SB1〕→KM1〔–〕→KM1主复位→M1停止。

(3)液压泵起动

按SB3→KM2〔+〕KM2主闭→M2起动，提供高压油，为液压系统工作准备，KM2辅闭自锁。

(4)液压泵停止

按SB5→KM2〔–〕→RM2主复位→M2停止。

(5)主轴与液压泵同时工作

首先将SA1翻开向左位置

按SB2→KM1〔+〕→KM1主闭→M1起开工作，同时KM2〔+〕→KM2主闭→M2同时起开工作。

(6)冷却泵手动控制

首先将SA2打在M位置，然后按SB6→KM3〔+〕→M3起动，提供冷却液，KM3辅闭自锁。停止冷却泵按SB7即可。

(7)冷却泵自动控制

首先将SA2打在A位置，当动力头工作进给时KA2〔+〕→KA2常开闭合→KM3〔+〕→KM3主闭→M3自行起开工作，提供冷却液。电控系统输入输出信号1、输入信号〔共42个〕。其中：SQ、YJ为位置检测传感器开关；SA为选择开关；SB为按钮。功能器件功能器件功能器件功能器件滑台1原位1SQ下料器终点12SQ滑台1进5SB主轴4点动16SB滑台1终点2SQ夹紧1YJ滑台1退6SB夹紧17SB滑台2原位3SQ进料2YJ主轴1点动7SB松开18SB滑台2终点4SQ放料3YJ滑台2进8SB上料器进19SB滑台3原位5SQ润滑压力4YJ滑台2退9SB上料器退20SB滑台3终点6SQ润滑液面开关5YJ主轴2点动10SB进料21SB滑台4原位7SQ总停1SB滑台3进11SB放料22SB滑台4终点8SQ启动2SB滑台3退12SB冷却开23SB上料器原位9SQ预停3SB主轴3点动13SB冷却停24SB上料器终点10SQ润滑故障撤除4SB滑能4进14SB下料器原位11SQ选择开关1SA滑台4退15SB2输出信号〔共27个〕。其中：YV为电磁阀；KM为接触器；HL为指示灯功能器件功能器件功能器件功能器件夹紧1YV上料退8YV放料15YV润滑电动机6KM松开2YV下料进9YV进料16YV润滑显示灯1HL滑台1进3YV下料退10YV1主轴1KM1、3工位原位指示2HL滑台1退4YV滑台2进11YV2主轴2KM2、4工位原位指示3HL滑台3进5YV滑台2退12YV3主轴3KM上料原位指示4HL滑台3退6YV滑台4进13YV4主轴4KM下料原料指示5HL上料进7YV滑台4退14YV冷却电动机5KM1输入元件数量行程开关12个按钮24个选择开关1个检测元件5个2输出元件数量电磁阀16个接触器6个指示灯5个根据本设计选用的PLC机型，将输入输出元件分配到PLC的输入输出接口。根据本文所给的输入输出元件可列下表2-1表2-1输入输出信号地址表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号1SQ滑台Ⅰ原位X01YV夹紧Y02SQ滑台Ⅰ终点X12YV松开Y13SQ滑台Ⅱ原位X23YV滑台Ⅰ进Y24SQ滑台Ⅱ终点X34YV滑台Ⅰ退Y35SQ滑台Ⅲ原位X45YV滑台Ⅲ进Y46SQ滑台Ⅲ终点X56YV滑台Ⅲ退Y57SQ滑台Ⅳ原位X67YV上料进Y68SQ滑台Ⅳ终点X78YV上料退Y79SQ上料器原位X109YV下料进Y1010SQ上料器终点X1110YV下料退Y1211SQ下料器原位X1211YV滑台Ⅱ进Y1312SQ下料器终点X1312YV滑台Ⅱ退Y141YJ夹紧X1413YV滑台Ⅳ进Y152YJ进料X1514YV滑台Ⅳ退Y163YJ放料X1615YV放料Y174YJ润滑压力X1716YV进料Y205YJ润滑液面开关X201KMⅠ主轴Y211SB总停X212KMⅡ主轴Y222SB启动X223KMⅢ主轴Y233SB预停X234KMⅣ主轴Y244SB润滑故障撤除X245KM冷却电动机Y251SA选择开关X256KM润滑电动机Y265SB滑台Ⅰ进X261HL润滑显示Y276SB滑台Ⅰ退X272HLⅠ、Ⅲ工位滑台原位Y307SB主轴Ⅰ点动X303HLⅡ、Ⅵ工位滑台原位Y318SB滑台Ⅱ进X314HL上料原位Y329SB滑台Ⅱ退X325HL下料原料Y3310SB主轴Ⅱ点动X3311SB滑台Ⅲ进X3412SB滑台Ⅲ退X3513SB主轴Ⅲ点动X3614SB滑能Ⅳ进X3715SB滑台Ⅳ退X4016SB主轴Ⅳ点动X4117SB夹紧X4218SB松开X4319SB上料器进X4420SB上料器退X4521SB进料X4622SB放料X4723SB冷却开X5024SB冷却停X51设计PLC控制系统电气原理图I/O接口图它反映的是PLC输入输出模块与现场设备的连接。PLC的输入点大局部是共点式，即所有输入点具有一个公共端COM。I/O电气接口图如下列图2-1图3.1I/O电气接口图设计PLC控制系统操作面板控制系统的操作面板是向PLC控制系统发布控制命令的主令元件组合而成的。本设计中，输入元件共42个其中按钮SB24个、检测元件YJ5个、行程开关SQ12个，选择开关1个，基于对机床工作方式的控制要求，面板上应设有选择开关1SA、预停按钮；鉴于手动调整方式下，相应按钮发出控制命令，驱动组合机床相应部件运动，因此面板上应设相应按钮5SB-24SB，鉴于对组合机床的启动，停止及润滑故障的处理控制，应在操作制面板上设有启动按钮2SB、总停按钮1SB、润滑故障切除按钮4SB、其他输入元件均为检测元件，不在操作面板中设置，由上面综述，可得控制系统操作面板如下列图4.1所示图2-2控制系统的操作面板图4.1控制系统操作面板图设计PLC控制系统工作循环流程图根据本设计的控制与工艺要求，按机床的动作顺序及每步所完成的任务，可得工作循环流程图如图5.1图5.1PLC控制系统工作循环流程图设计PLC控制系统初始化梯形图程序初始化程序见下列图5.2。显示程序：根据机床的工作状态，驱动相应指示灯显示。如手动及显示梯形图程序图5.3。梯形图程序请见图5.4图5.2设计PLC控制系统初始化梯形图程序图5.3PLC控制系统手动及显示梯形图程序图5.4PLC控制系统梯形图程序题目七X-Y工作台机电一体化系统设计1、设计目的：通过X-Y工作台系统设计，使学生们掌握相关机电一体化系统机械系统设计、传感检测系统、执行系统、控制系统的设计方法，具有灵活运用相关知识的能力；2、设计内容及要求：设计一套简易的微机控制X-Y工作台，固定在Z4012型12mm台式钻床的工作台上。能批量加工最大面积为150×100mm2的印刷电路板上许多孔，最大孔径可达6mm。3、设计成果：1〕相关设计计算2〕相关硬件电路图系统总体设计总体框图如图2所示：控制器控制器接口电路驱动装置传动机构X2Y工作台图2X-Y工作台系统总体框图2.2系统软件设计2.2.1主流程图CTLEQU3FF8H上电复位P1.6=0，吸合电磁铁，绘笔抬起上电复位P1.6=0，吸合电磁铁，绘笔抬起外部中断，8155初始化开外部中断，开总中断等待中断图4-1主程序流程图PBEQU3FFAHPCEQU3FFBHCMDEQU02HORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINT0IS；外部中断0入口ORG000BHAJMPTM0IS；定时器0中断入口ORG0013HAJMPINT1IS；外部中断1入口ORG001BHAJMPTM1IS；定时器1中断入口ORG0100HMAIN：ANLP1，0EFHSETBIT0；外中断负跳沿触发SETBIT1MOVDPTR，CTLMOVX@DPTR，CMD；A口输入，B口输出，C口输入SETBEX0；允许外中断0SETBEX1；允许外中断1SETBPX0SETBPX1；设置优先级SETBEA；开总中断LOOP：AJMPLOOP；等待中断在等待中断的过程中，如果有中断到来，先检查中断0的状态，是中断0那么进入中断0的中断效劳INT0IS，是中断1那么进入中断1的中断效劳INT1IS。中断效劳0是由4个行程开关触发的，它触发后通过单片机读取PA口内容，然后将结果反响到PB口的LED上。中断效劳1有6个中断源，这六个中断源分别是手动X正方向运行，手动X负方向运行，手动Y正方向运行，手动Y负方向运行，复位和绘制圆弧。2.2.2INT0中断效劳流程图图4-2中断效劳流程图NT0IS：PUSHACC图4-2中断效劳流程图PUSHDPTLPUSHDPTHPUSHPSWMOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，@DPTR；读PA口内容MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR,AMOV@DPTR,R2MOVA，R2CPLA；A取反ANLA，#03H；屏蔽高6位JZA，TM2CSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2TM2C：MOVA，R2CPLAANLA，#0CHJZA，RETINSETBP1.3SETBP1.4SETBP1.5RETIN：POPPSWPOPDPTHPOPDPTLPOPACCRETI2.2.3INT1中断效劳流程图中断效劳流程图如下图4-3效劳中断图INT1IS：CLREX1JNBACC.1，X-ENPUSHACCJNBACC.2，Y+ENPUSHPSWJNBACC.3，Y-ENPUSHDPTLJNBACC.5，ARCPUSHDPTHLOOP1：POPDPTHCLRP1.6POPDPTLMOVA，PCPOPPSWMOVDPTR，APOPACCMOVXA，@DPTR；读PC口内容SETBEX1MOVR1，ARETIANLR1，#0FHMOVA，PBMOVDPTR，AMOVA，@DPTR；读PB口内容ANLA，#0FHSWAPAORLA，R1MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR，AMOVX@DPTR，R2；数据输入PB口INCDPTLMOVA，@DPTRJNBACC.4，RSTJNBACC.0，X+E复位程序流程图图4-4复位程序流程图DIRXEQU30HDIRYEQU31HRST：CLRP1.6RPA：MOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，@DPTR；读PA口内容JNBACC.0，ACC2MOVDIRX，#00H；表X电机反转ACALLXMOTOR0；X电机反转一步ACC2：JNBACC.2，LOOP0MOVDIRY，#00H；表Y电机反转ACALLYMOTOR0；Y电机反转一步AJMPRPALOOP0：AJMPLOOP1X轴电机点动正转程序流程图图4-2正转流程图X+EN：CLRP1.6MOVA，PAMOVDPTR，AMOVXA，@DPTRJNBACC.0，LOOP2MOTOR0：MOVDIRX，#01HACALLXMOTOR0MOVA，PCMOVDPTR，AMOVA，@DPTRJNBACC.0，MOTOR0LOOP2：AJMPLOOP1这是X轴电机点动正转的程序，其他的X轴电机点动反转、Y轴电机点动正转、Y轴电机点动反转依次类推。绘制图弧程序流程图图4-6逐点比拟法画圆弧逐点比拟法原理：假设所画圆弧在第一象限，圆心坐标为〔0，0〕，圆弧上点的坐标为〔X，Y〕，圆弧半径为R，每一点的坐标偏差为F=X*X+Y*Y-R*R，假设F＞0，应沿X轴负方向走一步，此时FX=〔X-1〕*〔X-1〕+Y*Y-R*R=F-2X+1，X=X-1；假设F＜0，应沿Y轴正方向走一步，此时FY=X*X+〔Y-1〕*〔Y-1〕-R*R=F+2Y+1，Y=Y+1。插补程序。；/**圆弧插补程序**/XLEQU18HXHEQU19HYLEQU28HYHEQU29HYeLEQU2AHYeHEQU2BHFLEQU2CHFHEQU2DHARC：MOVXL#0E8HMOVXH#03HMOVYL#00HMOVYH#00HMOVYeL#0E8HMOVYeH#03HMOVFL#00HMOVFH#00HLP1：MOVA，FHJNBACC.7，X0；LCALLYMOTOR1；+Y一步MOVR2，YHMOVR3，YLMOVR4，YHMOVR5，YLACALLBADD；算Y+YMOVR2，FHMOVR3，FLMOVR4，R6MOVR5，R7ACALLBADD；算F+2YINCR7MOVFH，R6MOVFL，R7INCYLCMP1：CJNEYH，#03H，LP1CJNEYL，#0E8H，LP1LJMPLOOP1XO：ACALLXMOTOR0；-X一步MOVR2，XHMOVR3，XLMOVR4，XHMOVR5，XLACALLBADD；算X+XMOVR2，FHMOVR3，FLMOVR4，R6MOVR5，R7ACALLBSUB；算F-2XINCR7MOVFH，R6MOVFL，R7DECXLAJMPCMP1；/**带符号加减法程序**/BSUB：MOVA，R4CPLACC.7MOVR4，ABADD：MOVA，R2MOVC，ACC.7MOVF0，CXRLA，R4MOVC，ACC.7MOVA，R2CLRACC.7MOVR2，AMOVA，R4CLRACC.7MOVR4，AJCJIANJIA：MOVA，R3ADDA，R5MOVR7，AMOVA，R2ADDCA，R4MOVR6，AQWE：MOVC，F0MOVACC.7，CMOVR4，ARETJIAN：MOVA，R3CLRCSUBBA，R5MOVR7，AMOVA，R2SUBBA，R4MOVR6，AJNBACC，7，QWEBMP：MOVA，R7CPLAADDA，#1MOVR7，AMOVA，R6CPLAADDCA，#0MOVR6，ACPLF0SJMPQWE/**模拟实验程序**/ORG0000HAJMPSTARTORG0100HSTART:MOVR6,#10HLOOP1:MOVR5,#00HLOOP0:MOVA,R5MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRCPLAMOVP2,AACALLDELAYACALLDECLLOOP2:INCR5MOVA,R5CJNEA,#08H,LOOP0AJMPLOOP1DELAY:MOVA,R6MOVR4,ALP2:MOVR3,#080HLP1:MOVR2,#040HLP0:NOPDJNZR2,LP0DJNZR3,LP1DJNZR4,LP2RETDECL:DJNZR6,LOOP2MOVR6,#01HRETTAB:DB01HDB03HDB02HDB06HDB04HDB0CHDB08HDB09HEND步进电机步进一步程序流程图图2-7步进电机步进一步程序流程图DEFEQU12HSJMPLP3MOVDEF，#00HTAB：DBFEHXMOTOR1：JNEDIRX，#01H，XMOTOR0DBFCHJNEDEF，#05H，LP2DBFDHCLRDEFDBF9HLP2：MOVA，DEFDBFBHINCDEFDBFAHLP3：MOVDPTR，#TABMOVCA，@A+DPTRANLP1，AACALLDELAYRETXMOTOR0：JNEDEF，#00H，LP4MOVA，#05HMOVDEF，ALP4：MOVA，DEFDECDEF电路图如下图3-1CPU外部接口示意图图3-2CPU外部接口示意图图3-3CPU外部接口示意图在本系统中通过8255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。P1.6口输出控制电磁铁的吸合。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。P0.0-P0.7外部I/O扩展的数据读取。P2.7和P2.6决定8255的PA、PB、PC口的地址。4.2CPU接口设计CPU接口局部包括传感器局部、传动驱动局部、人机交互界面三局部。示意图如下所示：〔行程开关〕〔行程开关〕前向通道传动驱动〔电磁铁〕〔步进电机〕人机界面器AT89S51〔键盘、LED〕后向通道图4-1CPU外部接口示意图AT89S51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响到LED上，实现人机交互作用。AT89S51的I/O口线分配如下：〔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。驱动1驱动1X步进电机驱动2Y步进电机P1.6驱动3P3.2外部中断0P3.3外部中断1AD0~AD7P2.7CEP2.6IO/MPB口PA口PC口AT89S51键盘电磁铁8255图4-2AT89S51控制系统图PB口接LED反映当前运行的8个状态：X+禁止、X-禁止、Y+禁止、Y-禁止、手动X+运行、手动X-运行、手动Y+运行、手动Y-运行。PA口低四位反映触发中断1的4个行程开关的状态。PC口低6位反映了触发中断2的手动X+运行、手动X-运行、手动Y+运行、手动Y-运行、复位〔RST〕、圆弧插补6个开关的状态。4.2驱动系统图4-3步进电机驱动电路图该其正转的通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CA-A，其反转的通电顺序为：A-AC-C-CB-B-BA-A。步进时钟步进时钟A相波形B相波形C相波形图4-4三相六拍工作方式时相电压波形〔正转〕2、电磁铁驱动电路该驱动电路也采用了光电偶合器，但其功放电路相对简单。其光电偶合局部采用的是达林顿管，因为驱动电磁铁的电流比拟大。图4-6电磁铁驱动电路图3、电源转换两电机同时工作再加上控制系统用电，所需电源容量比拟大，需要选择大容量电源。此系统中用到的电源电压为27V、12V、5V，为了便于管理和电源容量需求，就采用了标准的27V电源作为基准，通过芯片进行电压转换得到所需的12V和5V电压。图3-7电源转换电路图电路中在转换芯片的前后有两个电容，前面电容起防止自激作用，后面电容起滤波作用。此外，在具体应用的过程中，LM7805必须加上散热片。4、传感器和人机界面图4-8人机界面图五、机械传动设计计算5.1工作台外形尺寸及重量估算由于本设计要求是设计的X-Y工作台，可以实现横向和纵向移动和定位，固定在Z4012型12mm台式钻床的工作台上。能批量加工量大面积为的印刷电路板上许多孔，最大孔径可达。而Z4012的参数如下：型号最大钻孔直径主轴最大行程主轴中心线至立柱母线距离主轴端面至底座工作面最大距离Z401212mm100mm200mm355mm电动机功率机头最大行程电动机转速主轴端面至底座工作面最小距离机床最大外形尺寸〔长×宽×高〕0.37kw200mm1400r/min55mm680×350×860mm即在满足能批量加工量大面积为的孔条件下X向拖板〔上拖板〕尺寸可为：长宽高重量：按重量=体积×材料比重估算