2022年课程方案二维数控工作台

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1、个人资料整理仅限学习使用1 绪论1.1 设计的意义二维数控工作台课程设计是一次比较完整的机械设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教案环节。对于学生能力的培养具有重大意义。1.2 数控技术发展简况随着生产和科学技术的发展，特别是随着航天、航空、造船、电子和兵器等工业部门的发展，机械产品日益精密、复杂，而且改型频繁，普通机床已不能完全适应这些部门的加工要求，如对一些复杂的曲线、曲面所构成的零件，手工操作甚至根本无法进行加工。因此，数控机床已成为现代工业生产必不可少的设备。以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平，反映出一个国家的机械与电子工业水平，它的研制和推广应用，对于提高劳动生产率

2、和产品质量，改变我国制造技术落后的状况，使我国机电产品走向世界，起着极为重要的作用。数控设备是指通过数字化操作指令进行控制的一种设备，其基本结构如图图 1-1 所示：1-1数控设备基本框图目前世界上在数控技术方面比较先进的国家主要有：德国、日本和美国，它们的设计制造技术代表着当今世界的最先进水平，比如德国的德马赫，日本的横河。而作为世界上新兴的制造业大国，我国在数控技术方面任重而道远，这需要我们这一代人更加的努力，才能赶上和超过世界上其它先进国家，使我国成为真正的制造业强国。数控设备的发展方向：随着微电子技术和计算机技术的发展，数控设备性能日趋完善，数控设备应用领域日趋扩大。科学技术的发展，推

3、动了数控设备的发展，各生产部门加工要求的不断提高又从另一方面促进了数控设备的发展。当今数控设备正不断的采用新的技术成就，朝着高速度化，高精度化，多功能化，智能化、小型化、系统化与高可靠性发展。2 二维数控工作台设计的内容2.1设计题目：二维数控工作台的设计。已知条件：工作台的有效行程在150mm-200mm 之间，工作载荷10kg，工作平稳。2.2设计的内容 2.2.1 数控装置总体方案的确定 1、数控装置设计参数的确定；输入输出设备计算机数控装置伺 服系 统受控设备精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页个人资料整理仅

4、限学习使用 2、方案的分析，比较，论证。2.2.2 机械部分的设计1、确定脉冲当量；2、机械部件的总体尺寸及重量的初步估算；3、传动元件及导向元件的设计，计算和选用；4、确定伺服电机；5、绘制机械结构装配图；6、系统等效惯量计算；7、系统精度分析。2.2.3 数控系统的设计1、微机及扩展芯片的选用及控制系统框图的设计；2、I/O 接口电路及伺服控制电路的设计和选用；3、系统控制软件的设计2.2.4 编写毕业设计说明书1、说明书是毕业设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，电气部分的设计说明，选用元器件参数的说明，软件设计及其说明；2、说

5、明书尽量用计算机完成。2.2.5 图纸1、机械结构装配图， A1 图纸不少于 3 张。要求视图基本完整，符合标准。3 数控系统总体方案的确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。3.1 系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。3.2 伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精精选学习资料 - - -

6、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用度要求不太高的场合得到广泛应用。.考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。3.3 计算机系统的选择采用 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。3.4 二维数控工作台的传动方式为保证

7、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，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。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图如下图3.1所示。图 3.1 系统总体框图4 机械部分设计计算机光电隔离功率放大步进电机X 向工作台光电隔离功率放大步进电机Y 向工作台精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页个人资料整理仅限学习

8、使用机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。4.1确定系统脉冲当量脉冲当量 p是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为 0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。4.2工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X 向和 Y 向工作台承载重量WX和 WY。取 X 向导轨长度为 420mm,Y 向导轨长度为 420mm,设计工作台简图如下图4.1所示。图 4.1 工作台简图X 向拖板 (上拖板 尺寸为 : 长*宽*高=420*420*50 重量:按

9、重量 =体积*材料比重估算为 : = 42042050*7.810-2=687.96N Y 向拖板 (下拖板 尺寸为 : 420*420*50 重量=420420507.810-2=687.96N 上导轨 (含电机 重量为(9004808+82023550 7.810-210-3=493.43N 夹具及工件重量 :约 155N X-Y 工作台运动部分总重量为 : W=687.96+687.96+493.43+155 2024N 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用4.3滚动导轨副的计算和选择根

10、据给定的工作载荷Fz和估算的 Wx和 Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中： C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W； fSL=1.03.0(一般运行状况 ，3.05.0=0.5(2024+687.96=1355.98N PY=0.5(FZ+WY=0.5(2024+687.96=1355.98N COX=fSLPX=41355.98=5423.92N COX=fSLPX=41355.98=5423.92N 根据计算额定静载荷初选导轨: 选择汉机江机床厂HJG-D 系列滚动直线导轨 ,其型号为 :HJG-D25 表 4.1 HJG-D25 基本参数额定载荷 /N

11、 静态力矩 /N*M 滑 座 重量导 轨 重量导轨长度动载荷静载荷L (mm 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M 4 0.6 4 导轨的额定动载荷N 依据使用速度 v验算导轨工作寿命Ln：额定行程长度寿命 : F=FM/M=2024/4=506N TS=K(fNfTfCa/fWF3=50110.8117500/(25063=137403.46km导轨的额定工作时间寿命 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用TH=TS

12、103/2l0n=137403.46103/(20.6604=477095.35hT=15000h 导轨的工作寿命足够 . 4.4滚珠丝杠计算和选择初选丝杠材质： CrWMn 钢，HRC5860，导程： l0=5mm 4.4.1 强度计算丝杠轴向力：(N (4.1 其中： K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.0030005；在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6Fz，Fy=(0.150.7Fz，可取 Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。取 f=0.004,则: FX=0.5FZ=0.52024=1012N FY=0.6FZ=0.62024=1214.4N FXmax=1.151012+0

13、.004(2024+687.96=1174.65N FYmax=1.151214.4+0.004(2024+687.96=1407.41N 寿命值：，其中丝杠转速(r/min T=15000h =2024/5=404.8r/min L=60404.815000/106=364.32 最大动载荷：式中： fW为载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH为硬度系数， HRC 58时为 1.0。查表得中等冲击时则: QX=1.211045.686=8959.48N QY=1.211252.62=10732.50N 根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为 :

14、CM 系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其基本参数如表 4.2所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用表 4.2 滚珠丝杠副参数说明其额定动载荷为14205N足够用 .滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式 . 表 4.3 滚珠丝杠螺母副的几何参数表名称计算公式结果公称直径20mm 螺距mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用接触角钢球直径3.175mm 螺

15、纹滚道法向半径1.651mm 偏心距0.04489mm 螺纹升角螺杆外径19.365mm 螺杆内径16.788mm 螺杆接触直径17.755mm 螺母螺纹外径23.212mm 螺母内径 外循环）20.7mm 4.4.2传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中： =10 ，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 Y 向所受牵引力大 ,故用 Y 向参数计算FY=1407.41N Lo=0.5cm E=20.6106(N/cm S=R2=3.14(1.651/22=2.14cm2 L1=1407.41*0.5/(20.61062.142=7.3610-6CM丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形

16、总误差为=L1100/l0=7.3610-6100/0.5=14.7 m/m 4.3）E级精度丝杠允许的螺距误差 =15 m/m。4.5齿轮的设计与计算因步进电机步距角滚珠丝杠螺距t=5mm,要实现脉冲当量,在传动系统中应加一对齿轮降速传动 .齿轮传动比：，初选步进电机步距角： = 1.5?/step。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用取小齿轮齿数则大齿轮齿数因传递的扭距较小 ,取模数 m=1mm则: 分度圆直径 :齿顶圆直径 :齿根圆直径 :齿宽:取中心距 :分度圆压力角 :大小齿轮均采用

17、渐开线标准圆柱齿轮小齿轮采用两片薄齿轮错齿排列以消除间隙. 双片齿轮错齿消隙结构图如下: 1、2-薄齿轮 , 3弹簧, 4、8凸耳, 5调节螺钉 , 6、7螺母图 4.2 双片齿轮错齿消隙结构图4.6步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有：4.6.1等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。对钢材

18、料的圆柱零件可以按照下式进行估算：式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有：电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：4.7 步进电机的选用4.7.1步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取，则，且。所以：式中：为移动部件负载 N），G 为移动部件质量 N），为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力 N），为导轨摩擦系数，为步进电机的步距角 rad）,T 为电机轴负载力矩N.cm）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

19、 - - - - -第 10 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用取=0.3/(2 3.141.50.8=72.86n.cm(4.4考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：取系数为 0.3，则： Tq=T/0.4=72.86/0.4=182.14n.cm 对于工作方式为三相拍的步进电机：Tjmax=Tq/0.866=182.14/0.866=210.32n.cm (4.54.7.2步进电机的最高工作频率Fmax=?max/60p=1012/(60*0.01=1687Hz (4.6为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个 90BF001型

20、三相反应式步进电机 .表 4.4 电机有关参数表型号主要技术参数相数步距角电压(V 相电流(A 最 大 静转矩(n.m空载启动频率空载运行频率分配方式90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4 相 8 拍外形尺寸 (mm 重量kg 转子转动惯量Kg.m 外直径长度轴直径90 145 9 4.5 1764 5 数控系统硬件电路设计5.1设计内容1、按照总统方案以及机械结构的控制要求，确定硬件电路的方案，并绘制系统电气控制的结构框图；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使

21、用2、选择计算机或中央处理单元的类型；3、根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路；4、根据控制对象以及系统工作要求设计扩展I/O 接口电路，检测电路，转换电路以及驱动电路等；5、选择控制电路中各器件及电气元件的参数和型号；6、绘制出一张清晰完整的电气原理图，图中要标明各器件的型号，管脚号及参数；7、说明书中对电气原理图以及各有关电路进行详细的原理说明和方案论证。5.2设计步骤5.2.1确定硬件电路的总体方案 。数控系统的硬件电路由以下几部分组成：1、主控制器。即中央处理单元CPU 2、总线。包括数据总线，地址总线，控制总线。3、存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。4、接口。即

22、 I/O 输入输出接口。图 5.1 数控系统的硬件框图中央处理单元 CPU 存储器RAM ROM 输入 /输出I/O 接口信号变换外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯接口等精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用5.2.2主控制器 CPU 的选择MCS51 系列单片机是集中CPU，I/O 端口及部分RAM 等为一体的功能性很强的控制器。只需增加少量外围元件就可以构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强大，编程灵活，硬件资料丰富。本次设计选用8031芯片作为主控芯片。5.2

23、.3存储器扩展电路设计1、 程序存储器的扩展单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多采用EPROM芯片。其型号有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分别为2k,4k,8k,16k，32k。在选择芯片时要考虑 CPU 与 EPROM 时序的匹配。 8031 所能读取的时间必须大于EPROM 所要求的读取时间。此外，还需要考虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择2764 芯片作为本次设计的程序存储器扩展用芯片。单片机规定 P0口提供 8 为位地址线，同时又作为数据线使用，所以为分时

24、用作低位地址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提高低8 位的地址信息，一般采用 74LS373芯片作为地址锁存器，并由CPU发出允许锁存信号ALE 的下降沿，将地址信息锁存入地址锁存器中。由以上分析，采用2764EPROM 芯片的程序存储器扩展电路框图如下所示：图 5.2 扩展 2764 电路框图2、 数据存储器的扩展由于 8031 内部 RAM 只有 128 字节，远不能满足系统的要求。需要扩展片外的数据存储器。单片机应用系统数据存储器扩展电路一般采用6116,6262 静态 RAM 数据存储器。本次设控制对象P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7

25、 P0.0 A12 A8 2764 A7 A0 D7 D0 译码电路G 74LS372 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用计选用 6264芯片作为数据存储器扩展用芯片。其扩展电路如下所示：图 5.3 扩展 6264 电路框图3、 译码电路在单片机应用系统中，所有外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时的与各个外围芯片进行数据传送。故要进行片选控制。由于外围芯片与数据存储器采用统一编址，因此单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。可采用线选法和全地址译码法。线选

26、法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的硬件结构简单，但它所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于RAM 和 I/O 容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线的时候，多采用全地址译码法。它将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。本设计采用全地址译码法的电路分别如下图所示：4、 存储器扩展电路设计8031单片机所支持的存储系统起程序存储器和数据存储器为独立编址。该设计选用程序存储器2764和数据存储器 6264组成 8031单片机的外

27、存储器扩展电路，单片机外存储器扩展电路如下：P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 A12 A8 A7 6264 A0 D7 D0 D0 译码电路G 74LS372 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用5、 I/O 扩展电路设计1）通用可编程接口芯片8155 8031单片机共有 4 个 8 位并行 I/O 接口，但供用户使用的只有P1口及部分 P3 口线。因此要进行 I/O 口的扩展。 8155 与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的接口芯片。8155Y 与8031的连接方式如下图所

28、示2）键盘，显示器接口电路键盘，显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。通常，数控系统都采用行列式键盘，即用I/O 口线组成行，列结构，按键设置在行列的交点上。数控系统中使用的显示器主要有LED 和 LCD。下图所示为采用8155接口管理的键盘，显示器电路。它有 4X8 键和 6 位 LED 显示器组成。为了简化秒电路，键盘的列线及LED 显示器的字位控制共用一个口，即共用8155的 PA口进行控制，键盘的行线由8155C口担任，显示器的字形控制由 8155的 PB 口担任。键盘显示器接口电路如下所示：5.2.4步进电机驱动电路设计1、脉冲分配器

29、步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。本设计采用集成脉冲分配器YB013。采用 YB013 硬件环行分配器的步进电机接口线路图如下：2、光电隔离电路在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。如果将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起电气干扰。因此在接口电路与功率放大器间加上隔离电路实现电气隔离，通常使用光电耦合器。光电耦合器接线图如下：3、功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，必须将其输出

30、信号放大产生足够大的功率，才能驱动步进电机正常运转。因此必须选用功率放大器，需根据步进电机容量选择功率放大器。本设计选用功率放大器。5.2.5其它辅助电路设计1、8031的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。内部方式利用芯片的内部振荡电路，在XTAL1,XTAL2引脚上外接定时元件，如下图所示。晶体可以在1.212之间任意选择，耦合电容在530pF之间，对时钟有微调作用。采用外精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用部时钟方式时，可将XTAL1 直接接地， XTAL2 接

31、外部时钟源。图 5.4 时钟电路图2、复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现。在时钟工作后，只要在RESET 引脚上出现10ms以上的高电平，单片机就实现状态复位，之后CPU 便从 0000H 单元开始执行程序。在实际运用中，若系统中有芯片需要其复位电平与8031 复位要求一致时，可以直接相连。当晶振频率选用 6MHz 时，复位电路中取22F，R 取 200，取 1000。实用复位电路图如下所示：3、越界报警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。利用光电耦合电路，将行程开关接至发光二极管的阴极，光敏三极管的输出接至8031 的 I/O 口 P1.0。当任何一个行程开关被压下的时

32、候，发光二极管就发光，使光敏三极管导通，由低电平变成高电平。8031 可利用软件设计成查询的方法随时检查有无越界信号。也可接成从光敏三极管的集电极输出接至8031 的外部中断引脚 INT0 或 INT1），采用中断方式检查越界信号。越界报警电路如下图所示5.3机床数控系统硬件电路设计该系统选用 MCS-51 系列的 8031作为主控制器。扩展存储电路为一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存储器扩展为4K，数据存储器扩展为8K。2732 的片选控制端直接接地，该电路始终处于选中状态。系统复位以后，CPU 从0000H 开始执行监控程序。 6264 的片选端由译码器 74LS138）的

33、 Y2 输出提供。所以6264的空间地址为 40005FFFH。系统的扩展 I/O 接口电路选用通用可编程并行输入/ 输出接口芯片 8155。8155的片选端接至译码器 74LS138）的 Y4 的输出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址号分别为 8000H 及 8001H，8002H，8003H。8155RAM 区的地址为 8000H80FFH。8155的 A 口为控制工作抬X，Y 向电机的接口。为防止功率放大器高电压的干扰，不步进电机接口与功率放大器之间采用光电隔离。键盘与显示器设计在一起，8155 的 PC 口担任键盘的列线及显示器的扫描控制；PB 口的PB0PB3为键

34、盘的行线。 8031的 P1口为显示器的字形输出口。该系统采用4X6 共 24个行列式键盘和 6 位 8 段共阴极 LED 显示器。为了增加数码管显示亮度，分别在字形口和字位口加8031 XTAL1 XTAL2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用74LS07进行驱动。PB口剩余的 I/O 线 PB4PB7分别作为工作台 +X，+Y，-X，-Y 四个方向的行程限位控制信号。在软件设计上8155的 PA 口，PC口设置为输出， PB 口设置为输入。计算机随时巡回检测 PB4PB7 的电平，当某

35、I/O 线为 0 时，应立即停止X，Y 向电机的驱动，并发出报警信号。另外，光电隔离器的输出端必须采用隔离电源。隔离电源选用7805 三端集成稳压器设计。6 系统软件的设计6.1系统控制软件的主要内容数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个部分：1、 系统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。其功能主要是接受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。2、 零件加工源程序的输入处理程序。该程序完成从外部I/O 设备输入零件加工源程序的任务。3、 插补程序。根据零件加工源程序进

36、行插补，分配进给脉冲。4、 伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以及方向。5、 诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断等功能。6、 机床的自动加工及手动加工控制程序。7、 键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工作状态、操作命令等信息。6.2软件设计6.2.1系统控制功能分析数控工作台的控制功能包括：1、系统初始化。如对I/O 接口 8155，8255A 进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。2、工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。3、输入和显示加工程序。精选学习资料 - - - - - -

37、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用4、监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。5、工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。6、工作台的自动控制。7、工作台的手动控制。8、工作台的联动控制。6.2.2系统管理程序控制管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y 工作台的基本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作

38、，紧急停机等。根据以上分析，设计管理程序流程图如下所示：开始N N Y N Y Y N 图 6.1 管理程序流程6.2.3 自动加工程序设计1、机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位刀具快速进给加工退刀工作台运动到下一位置；2、计算机在加工过程中的操作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工；3、由以上分析，设计自动加工程序框图如下所示：入口加 工 程 序输 入 键 按下？机床复位自 动 加 工键按下？手 动 加工 键 按加工数据输入自动加工手动调整系统初始化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用

39、 N Y 返回图 6.2 自动加工程序框图6.2.4 步进电机控制子程序设计步进电机的控制包括速度，转角及方向的控制。步进电机在突然启动或停止时，由于负载和惯性，会使电机失步，所以电机运行时有一个加，减速过程。通过确定进给脉冲数和脉冲时间间隔，即可实现步进电机转角与速度的控制。1、时间常数的确定在步进电机控制程序中，利用单片机的定时器中断，延时产生进给脉冲的时间间隔。此间隔由送入定时器的时间常数决定。时间常数由下式计算：式中： T 为脉冲时间间隔 ms）；为单片机机器周期 s），在时钟为 6MHz 时，=2s。2、步进电机加，减速进给脉冲及脉冲时间间隔的确定设步进电机加，减速方式为直线加，减速

40、。要使步进电机不失步，应满足：零 件 坐 标 地 址 指针读零件坐标调步进电机子程序工作台移动到位刀具快进加工快速退刀零件坐标地址指针加 1 零 件 加工完成精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用式中：为步进电机启动力矩；为负载力矩；为惯性力矩。由步进电机=3.92N.m，取步进电机的加速启动力矩 6.1）则使步进电机不失不的惯性力矩 6.2）步进电机角加速度 6.3）又式中：为上升到步进电机最高频率所需时间，所以有： 6.4）加速脉冲个数： 6.5）确定加减脉冲个数都为54 个又因为：所以脉

41、冲时刻结合可以算出对应各脉冲时刻的计数器时间常数。 EPROM 存储器中，时间常数依次安排在首地址为1000H 的存储单元中，每个时间常数占据两个字节，低位地址存放时间常数低8 位，高位地址存放时间常数高8 位。在程序中，设置加速，恒速，减速脉冲计数器N0，N1，N2。以计数器的值是否为0 作为相应过程是否结束的标志。步进电机控制程序框图6.3所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页个人资料整理仅限学习使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页