畢業(yè)論文-經(jīng)濟型數(shù)控車床進給系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控車床進給系統(tǒng)設(shè)計機械工程系學生姓名：學號：機械工程系機械設(shè)計制造及其自動化系部：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)：指導(dǎo)教師：二零一五年六月誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人簽名：年月日

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：經(jīng)濟型數(shù)控車床進給系統(tǒng)設(shè)計系部：機械工程系專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學號：學生：指導(dǎo)教師（含職稱）：）1．課題意義及目標進給傳動系統(tǒng)是整個機床系統(tǒng)中最重要的一個部件。它直接關(guān)系著整個加工的產(chǎn)品的質(zhì)量及其性能，進給傳動的精確與否直接影響著產(chǎn)品的成功與否，為此對進給傳動的設(shè)計及優(yōu)化研究就顯得尤為重要。2．主要內(nèi)容滾珠絲杠螺母副的計算和選型,刀架的設(shè)計選型,步進電機的計算與選擇,數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計,數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計。設(shè)計參數(shù)：（1）床身上最大回轉(zhuǎn)直徑?400mm；（2）快移速度x、z軸4m/min（3）溜板及刀架重力：縱向：800N、橫向：600N（4）最大進給速度:Z軸：1.2m/minX軸：1.0m/min（5）啟動加速時間:30ms（8）機床定位精度:X、Z軸：0.035mm設(shè)計成果：1）畢業(yè)設(shè)計論文一份；2）零件圖；3）裝配圖一張3．主要參考資料[1]鄭堤.數(shù)控機床與編程.北京：機械工業(yè)出版社，2010.5[2]張新義．經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社．1994.7[3]濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計，高等教育出版社，2010.5.第17次印刷4．進度安排設(shè)計各階段名稱起止日期1擬定并論證總體方案；3月3日~3月23日2完成數(shù)控車床進給系統(tǒng)傳動設(shè)計；3月24日~4月13日3進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算；4月14日~5月4日4繪制零件圖及結(jié)構(gòu)裝配圖；5月5日~6月1日5完成畢業(yè)論文及答辯工作6月2日~6月22日審核人：年月日 (式3.6)因為施加了預(yù)緊力，所以所以剛度足夠6．穩(wěn)定性校核由于滾珠絲杠兩端采用推力球軸承，故不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，無需作穩(wěn)定性校核。3.1.3齒輪傳動比計算（1）齒輪箱傳動比計算脈沖當量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選步進電動機步距角/步?？捎嬎愠鰝鲃颖萯:（2）可選定齒輪齒數(shù)為：或者?？紤]到結(jié)構(gòu)上的原因，取,齒輪傳動參數(shù)見下表：

表3.2齒輪傳動參數(shù)齒數(shù)3240分度圓6480齒頂圓6884齒根圓5975齒寬2020中心距723.1.4步進電機的計算和選型步進電機的選擇原則：a.步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩。b.應(yīng)使步進電機的步矩角與機械系統(tǒng)相匹配c.應(yīng)使被選電機與機械系統(tǒng)的負載慣量及機床要求的啟動頻率相匹配，并且有一定的余量；d.最高工作頻率可以滿足機床移動部件快速移動的要求1.轉(zhuǎn)動慣量計算絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：工作臺折算到絲杠軸上的慣量：總的轉(zhuǎn)動慣量：2.所需轉(zhuǎn)動力矩計算：在不同的工況下，機床所需轉(zhuǎn)距不同：(1)快速空載起動力矩：(式3.7)當，折算到電動機軸上的摩擦力矩：(式3.8)—導(dǎo)軌的摩擦力，—導(dǎo)軌摩擦因數(shù)，綜合導(dǎo)軌；當取0.16時，—傳動鏈總效率，一般取，此處取。附加摩擦力矩：(式3.9)—滾珠絲杠的預(yù)加負荷，一般取—滾珠絲杠導(dǎo)程—未預(yù)緊時滾珠絲杠的傳動效率，一般。上述三項合計：(2)快速移動時所需力矩(3)最大切削負載時所需的力矩折算到電動機軸上的切削力矩：從以上數(shù)據(jù)分析，所需的最大力矩發(fā)生在快速啟動時。步進電動機的選擇：根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩初選電動機型號，對于工作方式為五相十拍的電動機：按照上面計算出的最大靜轉(zhuǎn)矩從《國產(chǎn)BF反應(yīng)式步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)》查出110BF003的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩?？勺鳛槌踹x型號，但必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。3.計算電動機工作頻率：最大空載頻率最大工作頻率查出110BF003型步進電機的最高起動頻率為1500HZ，運行頻率為7000HZ，當步進電機起動時，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩，直接使用時會產(chǎn)生時步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制，然后在電路上采用高低壓驅(qū)動電路，可將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。3.2橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算3.2.1計算切削力橫切端面時主切削力可取縱切的：另外的兩個切削分力也按如下比例計算：3.2.2滾珠絲杠螺母副的計算和選型1.計算進給牽引力橫向進給為燕尾型導(dǎo)軌：燕尾型導(dǎo)軌：；—溜板及刀架重力：6002.計算最大動負載初選為5mm，取3.滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)《機械傳動裝置設(shè)計手冊》上冊，初選滾珠絲杠副的型號為CDM2005—5，是外循環(huán)雙螺母墊片預(yù)緊式，其額定動載荷為15338N，強度足夠。循環(huán)列數(shù)圈數(shù)=，精度等級選擇3級。其幾何參數(shù)如下表：

表3.3滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)名稱符號計算公式數(shù)值螺紋滾道公稱直徑20螺距5接觸角45°鋼球直徑3.175滾道法面直徑1.651偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑19.37螺桿內(nèi)徑16.79螺桿接觸直徑17.75螺母螺母螺紋直徑23.21螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）20.644.傳動效率計算5.剛度驗算（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量：(2)有預(yù)緊時滾珠絲杠與螺紋滾道的變形：，取(3)支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形根據(jù)《機械制圖與設(shè)計簡明手冊》，采用51104型推力球軸承。滾動體直徑，滾動體數(shù)。公式中單位為，因為施加了預(yù)緊力，所以所以剛度足夠6．穩(wěn)定性校核由于滾珠絲杠兩端采用推力球軸承，所以不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，無需作穩(wěn)定性校核。3.2.3齒輪傳動比計算1.齒輪箱傳動比計算，，/步?？捎嬎愠鰝鲃颖萯:大齒輪直徑太大會影響到橫向溜板的有效行程，所以采用二級齒輪減速。可選定的齒數(shù)為：取齒輪傳動參數(shù)見下表：表3.4齒輪傳動參數(shù)齒數(shù)24402025分度圓48804050齒頂圓52844454齒根圓43753545齒寬20202020中心距64453.2.4步進電機的計算和選型1.轉(zhuǎn)動慣量計算絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：工作臺折算到絲杠軸上的慣量：總的轉(zhuǎn)動慣量：2.所需轉(zhuǎn)動力矩計算：(1)快速空載起動力矩當，摩擦力矩：燕尾型導(dǎo)軌：，—齒輪降速比，按計算附加摩擦力矩：(2)快速移動時所需力矩(3)最大切削負載時所需力矩折算到電動機軸上的切削力矩：從以上數(shù)據(jù)分析，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動時。步進電動機的選擇：根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩初選電動機型號，當電機運行方式為五相十拍時：按此最大靜轉(zhuǎn)矩從表《國產(chǎn)BF反應(yīng)式步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)》查出110BF003的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩。可作為初選型號，但必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。3．計算電動機工作頻率：最大空載頻率最大工作頻率查出110BF003型步進電機的最高起動頻率為1500HZ，運行頻率為7000HZ，當步進電機起動時，比機床所要求的空載起動力矩小一些，故采用升降速控制。3.3刀架的設(shè)計和選擇1.對自動換刀裝置的要求如下：（1）換刀時間要短；（2）刀具重復(fù)定位的精度要高；（3）有足夠的刀具存儲量；（4）結(jié)構(gòu)上必須具有良好的剛度和強度；（5）工作過程要安全可靠；（6）便于控制、維修和安裝。2.自動換刀裝置的主要部件是蝸桿、蝸輪和電動機的選擇。（1）蝸桿、蝸輪材料的選擇蝸桿傳動難以確保高的接觸精度，而且滑動速度較大，還有變形。因此制造蝸輪選擇減磨性良好的軟材料。1)蝸輪材料。蝸輪材料指的是蝸輪齒冠部分的材料。按要求選用鑄鋁青銅制造蝸輪。具體型號為。2）蝸桿材料。蝸桿材料有合金鋼和碳鋼。本設(shè)計中蝸桿用于刀架，不屬于持久性高的動力傳動，而且有時會受到短時的沖擊載荷，所以不宜用滲碳鋼淬火，最好選用調(diào)質(zhì)鋼，所以選45鋼。（2）圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)見下表表3.5圓柱蝸桿傳動的基本參數(shù)基本參數(shù)圓柱蝸桿傳動基本參數(shù)圓柱蝸桿傳動齒形角20齒根圓半徑0.3齒頂高1模數(shù)2工作齒高222.4頂隙0.2（3）蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)的選擇蝸桿頭數(shù)少容易得到大的傳動比，而且在自動刀架當中要求反行程自鎖，故蝸桿頭數(shù)選為1。蝸輪齒數(shù)越多，尺寸越大，軸越長且剛度越小，所以蝸輪齒數(shù)宜少于或者等于100個齒，一般取齒。蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)間最好避免有公因數(shù)，以利于均勻磨損。蝸輪齒數(shù)最好大于30，確保每一瞬間至少有兩對齒嚙合，有利于傳動平穩(wěn)。綜合以上考慮蝸輪齒數(shù)選為60。(4)蝸桿尺寸計算蝸桿直徑系數(shù)：蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿齒根圓直徑：節(jié)圓直徑：蝸桿齒寬：（5）蝸輪尺寸計算蝸輪分度圓直徑：喉圓直徑：齒根圓直徑：蝸輪外徑：節(jié)圓直徑：蝸輪齒寬：（6）電動機的選擇綜合考慮選擇小型三相異步交流電動機作為驅(qū)動刀架的電動機，如常州宏達機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的電動刀架電動機YLJ83/60-1.8-4H。3.4主軸編碼器的選擇選擇ZLF-2400Z-05VO-15型號的螺紋編碼器。由于結(jié)構(gòu)的空間的限制，在安裝主軸編碼器時采用錐頂式緊頂裝置來固定齒輪套的軸向位置。編碼器安裝注意事項：主軸脈沖發(fā)生器屬光學元件，安裝擺放時應(yīng)小心輕放，避免較大的沖擊和振動，以防損壞玻璃光柵盤，造成報廢。普通車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速。通常在需要加工螺紋時將其安裝上，不使用時將其斷開，避免不必要的磨損和信號干擾，以延長主軸脈沖發(fā)生器的使用壽命。

4數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1確定控制系統(tǒng)方案4.1.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效的運行。硬件性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由五部分組成：(1)中央處理單元CPU；(2)總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB）、控制總線（CB）、地址總線(AD)；(3)存儲器。包括隨即讀寫存儲器和只讀可編程存儲器；(4)I/O輸入/輸出接口電路；（5）外圍設(shè)備，例如鍵盤、顯示器、以及光電輸入機等該控制的組成如下：CPUI/OCPUI/O接口光電隔離功率放大器步進電動機RAMROM外設(shè)，鍵盤、顯示器及其他圖4.1數(shù)控系統(tǒng)控制的組成4.2軟、硬件任務(wù)合理分配1.控制步進電機的脈沖發(fā)生與脈沖分配；2.數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；3.鍵盤掃描管理。在本設(shè)計中：用硬件控制步進電機用的脈沖發(fā)生器，采用國產(chǎn)YB104環(huán)形分配器對其控制。字符發(fā)生及鍵盤掃描由軟件實現(xiàn)。4.3主控器4.3.1主控芯片選擇目前在國內(nèi)使用較廣的是MCS--51系列，本設(shè)計選用MCS—51系列中的8031。4.3.2MCS—51系列單片機介紹下面介紹MCS—51系列單片機的一些特性。1.MCS—51系列單片機的基本特性該系列包括三個產(chǎn)品8031、8051、8751。三者的引腳完全兼容，僅在結(jié)構(gòu)上有一些差異，主要是：8031是無ROM的8051，而8751則使用EPROM代替ROM的8051。用得較多的是該系列中的8031。MCS—51單片機的基本特性如下（以8051為例）(1)有8位的中央處理器；(2)芯片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路；(3)有4KROM；(4)有128字節(jié)RAM；(5)有21個特殊功能的寄存器；(6)有4個I/O端口，32根I/O線；(7)可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器(8)可尋址64K字節(jié)外部程序存儲器；(9)有兩個16位定時/計數(shù)器；（10）有5個中斷源，配備2個優(yōu)先級；（11）一個雙全功能串行接口；（12）有位尋址能力，適用于邏輯運算。2.管腳功能及應(yīng)用特性簡介(1)引腳功能可分為三類，即：1)I/O線：P0、P1、P2、P3共4個8位口。2)控制線：ALE(地址鎖存控制)、PSEN(片外取指令控制)、RESET(復(fù)位控制)、EA(片外存儲器選擇)。3)電源及時鐘：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2(2)應(yīng)用特性1)除8051、8751外，真正可以完全被用戶使用的口線只有P1口，及部分作為第一功能使用的P3口；2)I/O口的驅(qū)動能力：口驅(qū)動8個TTL門電路，、、口驅(qū)動4個；3)口試雙重功能；4)時鐘頻率：外接時鐘頻率可在1.2M～12MHZ間選擇。4.3.3三總線結(jié)構(gòu)單片機的三總線結(jié)構(gòu)如下:1.地址總線AB寬度為16位，外部存儲器直接尋址范圍可達64字節(jié)，低8位～由口經(jīng)地址鎖存器提供,高8位～由口直接提供。2.數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由口直接提供。3.控制總線CB由口的第二功能狀態(tài)與4根獨立的控制線、、、組成。4.3.4存儲器結(jié)構(gòu)單片機存儲器包括程序存儲器(EPROMROM)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。4.3.5時序程序存儲器的操作時序中可分為兩種情況：不執(zhí)行MOVEX指令和執(zhí)行MOVE指令。4.3.6中斷功能MCS51單片機提供5個中斷請求源。兩個由輸入的外部中斷請求，兩個位片內(nèi)的定時器/計數(shù)器溢出請求，一個為片內(nèi)的串行口中斷請求或。這些中斷源的引腳如圖所示，為口的第二功能。對于每個中斷請求源，都可編程為高級優(yōu)先級或低級優(yōu)先級，實現(xiàn)二級中斷嵌套。當CPU執(zhí)行關(guān)中斷指令后才有可能接受中斷申請，每一個中斷源可由軟件編程為允許或禁止中斷。8031個中斷源的優(yōu)先級及入口地址如表1，入口地址不因優(yōu)先級的改變而改變。表4.1中斷源、優(yōu)先級及入口地址中斷源優(yōu)先級入口地址中斷源優(yōu)先級入口地址外部中斷00003H定時器/計數(shù)器3001BH定時器/計數(shù)器1000BH串行中斷40023H外部中斷20013H注：0級最高，4級最低。4.3.7MCS51單片機常用系統(tǒng)擴展芯片1.程序存儲器主要是紫外線可擦可編程只讀存儲器。通常采用標準芯片如2716、2736、2764、27128、27256和27512。2.數(shù)據(jù)存儲器（1）靜態(tài)RAM。無需刷新，但成本高、功耗大。目前常用的靜態(tài)RAM是6116和6264。（2）動態(tài)RAM。成本低、功耗小，但需要刷新。主要動態(tài)RAM有2164和41464。一般多采用靜態(tài)。3.I/O口擴展集成芯片可分為三種類型：（1）專用I/O口擴展芯片，這類芯片專用于擴展I/O口用。主要有8255。（2）I/O擴展復(fù)合芯片：除了能擴展I/O口外，還能擴展其它的外圍功能電路，主要有8155。（3）電路芯片：廣泛用作MCS51單片機I/O口擴展芯片，主要有74LS373、273、374、244等。（4）其它各種功能芯片：MCS51還可擴展下列具有各種專用功能的外圍芯片：8259：可編程中斷控制器8279：可編程鍵盤/顯示控制器8253：可編程通用定時器。8251：可編程通信控制器4.4存儲系統(tǒng)擴展設(shè)計4.4.1芯片選擇1.選擇在容量一定時，選擇EPROM型號主要考慮讀取速度。8031所提供的讀取時間必須大于EPROM所要求的讀取時間。8031訪問EPROM時提供的讀取時間t與選用的晶體時鐘有關(guān)，約為3T，其中T為時鐘周期。本設(shè)計選用晶體頻率為6MHZ。選用一片2764，具體型號根據(jù)價格及市場貨源選購。2.RAM選擇常用RAM主要有6116和6264，讀寫時間為200ns左右。8031所能提供的讀寫時間與所選時鐘頻率大致關(guān)系為，.、、分別為讀時間、寫時間及時鐘周期。本設(shè)計選用大容量一片。4.4.2地址分配及譯碼1.地址分配RAM占0000H～FFFFH,I/O占2000H～1FFFH，其余未作分配。8K的RAM可以分配在0000H～1FFFH。2.地址譯碼及譯碼線路地址譯碼可分為線性譯碼法和譯碼器譯碼法等。由于EPROM和RAM各只有一片，所以可以用線性譯碼法。3.EPROM、RAM與8031的連接存儲器與單片機的聯(lián)接，主要是三總線的聯(lián)接。（1）地址總線將與的EPROM一一對應(yīng)，與RAM的一一對應(yīng)，其余的經(jīng)譯碼器產(chǎn)生片選信號。（2）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)線的連接是將分別與存儲器的一一對應(yīng)。（3）控制總線單片機返訪問EPROM和RAM的控制信號有：：外部EPROM取指令信號。：即，外部RAM寫信號。：即，外部RAM讀信號。根據(jù)上述內(nèi)容，可將與EPROM的OE相連，、分別與RAM的、相連。至此，完成了本設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)存儲器部分的設(shè)計。4.5接口電路及輔助電路具體設(shè)計4.5.1步進電機接口電路有前面總體設(shè)計知，步進電機的脈沖發(fā)生采用硬件實現(xiàn)，所用芯片為YB104相4拍環(huán)形分配器。一般情況下，該芯片的兩個輸入控制端E1、E2可直接接地，如工作方式設(shè)定在4相4拍，只需將、接地即可。要正確控制步進電機，必須正確控制方向控制端：-Δ、+Δ,選出輸出控制端,時鐘輸出控制端CP及清零端。在此確定所需的方向機輸出控制信號由單片機的P1口控制，所需的時鐘脈沖有定時器提供，清零端由8031的P1.5引腳提供，以防亂相。X、Z向步進電機各自用一個環(huán)形分配器控制。用P1.0、P1.1分別用作X向所需的方向機輸出控制信號，P1.3、P1.4分別用作Z向的方向及輸出控制信號。4.5.2鍵盤、顯示接口1.鍵盤確定鍵盤的鍵數(shù)及結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)工作臺的要求。為簡單，設(shè)置幾個功能鍵：“↑”、“↓”、“←”、“→”、復(fù)位鍵、暫停鍵。鍵盤的結(jié)構(gòu)多為矩陣結(jié)構(gòu)，這里由于鍵數(shù)少，故采用簡單的結(jié)構(gòu)，每一個鍵相當于一個開關(guān)。2.數(shù)碼顯示根據(jù)工作臺的精度及工作范圍，采用5位數(shù)碼顯示。其中整數(shù)部分（包括小數(shù)點）3位，小數(shù)部分2位，坐標原點設(shè)定在工作臺的左下角。3.擴展接口在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，同時需用使用鍵盤和顯示時，常常把鍵盤和顯示電路做在一起，以節(jié)省I/O線。這里選通用可編程接口芯片8155管理鍵盤和顯示。根據(jù)鍵盤的結(jié)構(gòu)和顯示器的輸入要求，8155的I/O口分配見表4。表4.28155I/O功能分配端口工作方式功能A輸出鍵盤及顯示管理B輸出顯示管理C輸入鍵盤管理4.8155與8031的聯(lián)接8155與8031的聯(lián)接也可歸結(jié)為其三總線的聯(lián)接。8155具有地址所存信號控制，故可直接將8031的P0口線對應(yīng)的聯(lián)至8155的AD0～AD7,同時將8031的地址所存ALE與8155的ALE聯(lián)接。其他如讀寫控制線也相應(yīng)聯(lián)接即可。8155的地址已在前面存儲器擴展時作了安排，其地址占為：2000～2FFF，故可將P2.5經(jīng)一反相器直接聯(lián)至8155的片選腳。4.5.3其他輔助電路1.復(fù)位電路2.時鐘電路3.其它

5控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1軟件設(shè)計的組成1.執(zhí)行軟件：如步進電機控制、插補、誤差補償計算、零件加工程序、顯示輸出等；2.管理軟件：如系統(tǒng)自檢、初始化、處理鍵盤命令、處理接口命令等。5.2插補方法及程序設(shè)計5.2.1插補方法概述目前常用的各種插補算法大致分為兩類：1.脈沖增量插補（行程標量插補）2.數(shù)字增量插補（時間標量插補）其中廣泛應(yīng)用的是脈沖增量插補中的逐點比較法。5.2.2逐點比較法的直線插補及其程序設(shè)計1．逐點比較法的直線插補其基本思路是：在從起點到終點的路程中，根據(jù)刀具當前位置與給定軌跡的偏離情況，并為消除這個偏離，在其中一個坐標軸上走一小步，這樣一步步直到終點，從而按規(guī)定的圖形加工出合格工件。每一步都是按給定軌跡對實際軌跡進行修正。每個循環(huán)都要完成四個工作節(jié)拍，即(1）偏差判別：判斷刀具當前點與其要求的運動軌跡的偏離情況；（2）坐標進給：根據(jù)上面的結(jié)果，控制刀具沿相應(yīng)坐標軸產(chǎn)生一個脈沖當量的位移，用這個位移的結(jié)果糾正已有的偏離；（3）偏差函數(shù)計算：用新的刀具位置坐標重新計算偏差函數(shù)的值，作為下一步判別走向的依據(jù)；（4）終點判斷：判別刀具是否到達軌跡的終點，若到達則停止插補，否則再回到第一拍。不斷重復(fù)上述的循環(huán)過程，直到加工出所要求的輪廓形狀為止。1)第一象限直線插補方法直線OA，起點,終點，坐標單位為脈沖當量。Ⅰ.偏差函數(shù)將直線OA的方程改為設(shè)加工時刀具位置為，取偏差函數(shù)為，則：當P點在直線上時，；當P點在直線上方時，；當P點在直線下方時，。Ⅱ.進給脈沖分配進給脈沖分配應(yīng)使對應(yīng)的坐標位移的結(jié)果糾正刀具位置已有的偏離。因此：當P點在直線上方，即時，向方向分配一個進給脈沖，即向X軸正方向走一個脈沖當量的位移，簡記為；當P點在直線下方，即時，向方向分配一個進給脈沖，即向Y軸正方向走一個脈沖當量的位移，簡記為；當P點在直線上，即時，為使加工繼續(xù)進行，規(guī)定按P點在直線上方情況處理，即向X軸正方向走一步。Ⅲ.偏差函數(shù)的遞推計算由上述可知，若，向X軸正方向走一步，則P點新的位置坐標及偏差為若，向Y軸正方向走一步，則P點新的位置坐標及偏差為Ⅳ.終點判別一般常采用插補循環(huán)或進給的總步數(shù)來判斷是否到達終點。設(shè)插補循環(huán)或進給的總步數(shù)為E，顯然有最簡單的方法是每進行一次插補循環(huán)，就對E進行一次減1運算，當E等于0時，表明到達終點，插補結(jié)束。表5.1四個象限直線插補偏差計算與進給方向表線型偏差計算坐標進給偏差計算坐標進給2.直線插補的程序設(shè)計程序應(yīng)用說明如下：（1）PIO設(shè)端口為輸出狀態(tài)，A口控制y方向步進電機，B口控制x方向步進電機，步進電機采用五相十拍。（2）數(shù)據(jù)單元：設(shè)Xe與Ye均小于128，2900單元放Xe；2901單元放Ye；2801為X向步進電機控制碼首址，2811為Y向步進電機控制碼首址。（3）控制狀態(tài)標志：2820中，D0、D1分別為向步進電機轉(zhuǎn)、?？刂莆?，0位停，1為轉(zhuǎn)；D0、D1分別為X向、Y向的正反轉(zhuǎn)控制位，0位反轉(zhuǎn)，1為正轉(zhuǎn)。5.2.3逐點比較法的圓弧插補及其程序設(shè)計建立與機床坐標系平行的插補坐標系，并將坐標原點選在圓弧的圓心。刀具運動軌跡在XOY平面第一象限逆時針圓弧的插補。圓弧AB，起點，終點，坐標單位為脈沖當量。1.偏差函數(shù)圓弧AB的方程為設(shè)加工時刀具位于點，取偏差函數(shù)為則當P點在圓弧上時，；當P點在圓弧外時，；當P點在圓弧上時，。2.進給脈沖分配當P點在圓弧外，即時，向方向分配一個進給脈沖，即向X軸負方向走一步；當P點在圓弧內(nèi)，即時，向方向分配一個進給脈沖，即向Y軸正方向走一步；當P點在圓弧上，即時，為使加工繼續(xù)進行，規(guī)定按P點在圓弧外情況處理。3.偏差函數(shù)的遞推計算由上述可知，若，向X軸負方向走一步，則P點新的位置坐標及偏差為若，向Y軸正方向走一步，則P點新的位置坐標及偏差為4.終點判別一般常采用插補循環(huán)或進給的總步數(shù)來判斷是否到達終點。設(shè)插補循環(huán)或進給的總步數(shù)用E表示，顯然有每走一步就進行一次的運算，當時，插補結(jié)束。

表5.2四個象限直線插補偏差計算與進給方向表線型偏差計算坐標進給偏差計算坐標進給5.3步進電機運行程序控制設(shè)計1.單片機匯編程序設(shè)計如下ORG2000KZCX:PUSHAF;PUSHBC;MOVR2,#NH;LOOP0:MOVR3,#00H;MPVEDPTR,#POINT;JNB00H,LOOP2;LOOP1:MOVEA,R3;MOVCA,A+DPTR;JZLOOP0;MOVP1,A;ACALLYANS;INCR3;DHNZR2,LOOP1;POPBC;POPAF;RET;LOOP2:MOVA,R3;ADDA,#7H;MOVR3,A;AJMPLOOP1;POINT:DB01H;DB03H;DB02H;DB06H;DB04H;DB05H;DB00H;DB01H;DB05H;DB04H;DB06H;DB02H;DB03H;DB00H;POINT:EQU150H;YANS:5.4經(jīng)濟型數(shù)控軟件部分設(shè)計5.4.1模塊組成同一硬件控制系統(tǒng)，可以采用不同的軟件結(jié)構(gòu)和編程方法。本控制軟件決定采用模塊化設(shè)計方法，本程序主要有如下模塊組成：1.主模塊，用于系統(tǒng)初始化和監(jiān)控。2.子程序模塊。3.實時修改顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)模塊。4.鍵盤、顯示定時掃描管理模塊。其中除了主模塊和子程序模塊外，其余均為中斷執(zhí)行方式模塊。5.4.2緩沖區(qū)設(shè)置顯示緩沖區(qū)和鍵盤緩沖區(qū)5.4.3中段處理器根據(jù)實際情況，本設(shè)計中段模塊的優(yōu)先級如下：模塊名級別越界報警、急停處理模塊0高實時修改顯示緩沖期數(shù)據(jù)模塊1↓鍵盤、顯示定時掃描管理模塊2低5.4.4各模塊流程圖1.主模塊流程簡圖見圖5.1。2.“↑”、“↓”、“←”、“→”子程序模塊現(xiàn)以“→”命令為例，其余幾個只需略作修改即可。不再一一給出?！啊狈较蛎钭幽K流程見圖5.2。3.暫停鍵“STOP”子模塊見圖5.3—暫時使XY工作臺停止工作。4.中段模塊5.實時修改顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)模塊見圖5.4。圖5.1主模塊流程圖圖5.2“→”功能字模塊流程圖圖5.3鍵盤、顯示定時掃描子模塊圖5.4實時修改顯示緩沖取數(shù)據(jù)模塊

6結(jié)論本課題運用機電一體化的設(shè)計思路和方法進行進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。數(shù)控系統(tǒng)采用了單片機擴展系統(tǒng)，步進電機采用細