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1、精品资料X-Y数控机床工作台设计.数控X-Y工作台设计目录4447812121314 8.1.1 脉冲分配器: 8.2系统控制软件的设计 课程设计总结1710.171.前言现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工
2、作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。2.设计任务题目：数控X-Y工作台设计任务：设计一种供应式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：1. 立铣刀最大直径的d=20mm；2. 立铣刀齿
3、数Z=3;3. 最大铣削宽度=20mm;4. 最大背吃刀量=10mm;5. 加工材料为碳素钢活有色金属。6. X、Y方向的脉冲当量=0.005mm;7. X、Z方向的定位精度均为mm;8. 工作台尺寸1320X320mm，加工范围为680X330;9. 工作台空载进给最快移动速度：=2300mm/min;10. 工作台进给最快移动速度: =700mm/min；3.总体方案的确定3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用腰设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，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，安装预紧方便等优点。3.1.2
4、丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足0.005mm冲当量和mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、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。3.1.3减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，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，且应有消间隙机构，选用无间隙齿轮传动减速箱。3.1.4伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此2300mm/min，故本
5、设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。3.1.5检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。3.2
6、控制系统的设计1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。3.3 绘制总体方案图总体方案图如图所示。总体方案图4.机械传动部件的计算与选型4.1 导轨上移动部件的重量估算X向拖板(上拖板)重量为:重
7、量:按重量=体积*材料比重估算体积=长*宽*高=2200X320X40 =2200X320X40X10X7.8=2196N 材料选用铸铁，其密度为7.8X10kg/cm。 Y向拖板(下拖板) 重量估算为: 工作台的重量为； W=1320X320X30XN=988N按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算，包括夹具、工件、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为300N；所以，其总重量为：2196+748+988+300=4200N4.2 铣削力的计算设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为： (6-11)今选择铣刀的
8、直径为d=20mm，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度为，背吃刀量=10mm ，每齿进给量，铣刀转速。则由式（6-11）求的最大铣削力：采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表查得，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：,，。考虑立铣，工作台受到垂直方向的铣削力，受到水平方向的铣削力分别为和。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力，径向铣削力为。4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）4.3.1 块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、
9、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： (6-12)其中，移动部件重量4200N，外加载荷，代入式（6-12），得最大工作载荷=747+4200/4=1797N=1.8KN。查表根据工作载荷=1.8kN，工作台面尺寸为，加工范围为等数值，并考虑一定的余量；查表初选直线滚动导轨副的型号为KL系列，其中X向导轨为JSA-LG35型，长度为2200mm，其额定动载荷，额定静载荷；Y向导轨为JSA-LG20型，长度为760m m；其额定动载荷，额定静载荷。4.3.2 距离额定寿命L的计算上述所取的KL系列导轨副的滚道硬度为60H
10、RC，工作温度不超过C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。JSA-LG20系列所允许的静载荷值 比JSA-LG35型更小，所以此处只需对JSA-LG20系列进行验算即可。分别取硬度系数，温度系数，接触系数，精度系数，载荷系数，代入下式，得距离寿命分别取硬度系数f=1.0，温度系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系数f=0.9，载荷系数f=1.5，代入式（3-33），得距离寿命： 远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型4.4.1 最大工作载荷Fm的计算如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=2
11、162N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=419N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=747N.已知移动部件总重量G=4200N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：=1.12162+0.005(747+491+4200)N2405N4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=700mm/min，初选丝杠导程,则此时丝杠转速。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入,得丝杠寿命系数L0=126（单位为：106r）。查表，取载荷系数,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数f
12、H=1.0,代入式（3-23），求得最大动载荷：FQ=4.4.3 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择CM系列3205-5型滚珠丝杠副，为外循环插管埋入式反向器双螺母预紧式，其公称直径为32mm，导程为5mm，循环滚珠为系列，精度等级取5级，额定动载荷为17998N，大于，满足要求。4.4.4 传动效率的计算将公称直径,导程,代入，得丝杠螺旋升角。将摩擦角，代入,得传动效率。4.4.5 刚度的验算(1) X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为a=2000mm；钢的弹性模量E=2.1
13、105Mpa;查表得滚珠直径Dw=3.175mm，丝杠底径d2=28.2mm,丝杠截面积S=/4=624.6m。忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量.(2) 根据公式，求得单圈滚珠数Z=29；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数:2X2.5X2，代入公式Z圈数列数，得滚珠总数量=290。丝杠预紧时，取轴向预紧力/3=800N。则由式（3-27），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量为=0.003mm；因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取=0.0015mm。(3) 将以上算出的和代入=0.0367+0.0015=0.0382mm
14、，求得丝杠总变形量（对应跨度500mm）=0.0382mm=38.2。本设计中，丝杠的有效行程为850mm，由表知，5级精度滚珠丝杠有效行程在8001000mm时，行程偏差允许达到40，可见丝杠刚度足够。4.4.6 压杆稳定性校核取支承系数=1；由丝杠底径d2=28.2mm求得截面惯性矩31043；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值2000mm。代入下式得临界载荷，故=2405N故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。4.5 步进电动机减速箱的选用为了满足脉冲当量的的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的
15、转动惯量折算到电动机轴上尽可能的小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮机减速，采用一级减速，步进电动机的输出轴与齿轮相连，滚珠丝杠的轴头与大齿轮相连。其中大齿轮设计成双片结构。已知工作台的脉冲当量=0.005mm/脉冲，滚珠丝杠的的导程Ph=5mm， 初选步进电动机的步距角=0.75。根据式（3-12），算得减速比：=（0.755）/（3600.005）=25/12本设计选用JBF-3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm，齿数比为75：36，材料为45调质钢，齿表面淬硬后达到55HRC。减速箱中心距为（75+36）1/2mm=55.5mm,小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。4
16、.6 步进电动机的计算与选型4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 已知：滚珠丝杠的公称直径d0=32mm，总长L=500mm，导程Ph=5mm，材料密度;移动部件总重力G=4200N；小齿轮齿宽b1=20mm.，直径d1=30mm，大小齿轮齿宽b2=20mm，直径d2=75mm；传动比i=25/12。如表4-1所示，算得各个零部件的转动惯量如下： ， 滚珠丝杠的转动惯量Js=16.15kgcm2;拖板折算到丝杠上的转动惯量Jw=2.91kgcm2;小齿轮的转动惯量Jz1=0.125 kgcm2；大齿轮的转动惯量Jz2=4.877 kgcm2。初选步进电动机的型号为110BC3
17、80F,为三相混合式，三相六拍驱动时的步距角为0.75，从表查得该型号的电动机转子的转动惯量Jm=9 kgcm2。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：=14.655 kgcm24.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算。1) 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩由式（4-8）可知，包括三部分;一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据式（4-12）可知，相对于和很小，可以忽略不
18、计。则有：=+ （6-13）根据式（4-9），考虑传动链的总效率，计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩：= (6-14)其中： =958.3r/min (6-15)式中空载最快移动速度，任务书指定为2300mm/min；步进电动机步距角，预选电动机为0.75；脉冲当量，本例=0.005mm/脉冲。设步进电机由静止加速至所需时间，传动链总效率。则由式（6-14）求得：由式（4-10）知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： (6-16)式中导轨的摩擦因素，滚动导轨取0.005 垂直方向的铣削力，空载时取0传动链效率，取0.7最后由式（6-13）求得快速空载起动时电动机转轴所承
19、受的负载转矩： =+=0.525+0.115=0.64Nm (6-17) 2) 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩由式（4-13）可知，包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计。则有： =+ （6-18）其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩由公式（4-14）计算。有：再由式（4-10）计算垂直方向承受最大工作负载情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：最后由式（6-18），求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负
20、载转矩：=+=1.1935N/m （6-19）最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为：4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。取K=4, 则步进电动机的最大静转矩应满足： （6-20）初选步进电动机的型号为110BC380F，查得该型号电动机的最大静转矩=11.76Nm。可见，满足要求。4.6.4 步进电动机的性能校核1)最快工进速度时电动机的输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度=700mm/min，脉冲当量/脉冲，
21、由式（4-16）求出电动机对应的运行频率。从110BC380F电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的输出转矩6.6Nm，远远大于最大工作负载转矩=1.194Nm，满足要求。2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度=2300mm/min，求出其对应运行频率。在此频率下，电动机的输出转矩=2.4Nm，大于快速空载起动时的负载转矩=0.64Nm，满足要求。3）最快空载移动时电动机运行频率校核 与快速空载移动速度=2300mm/min对应的电动机运行频率为。查表知110BC380F 电动机的空载运行频率可达12000，可见没有超出上限，满足最快空载移动时的
22、频率。4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量，电动机转子的转动惯量，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率。由式（4-17）可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为：说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100。综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用110BC380F步进电动机，完全满足设计要求。其具体参数如下：型号反应式步进电机的技术参数110BC380F相数步距角电压电流最大静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量30.75/1.580300V6A11.76N.m1200Hz12000Hz95.
23、增量式旋转编码器的选用本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角，可知电动机转动一转时，需要控制系统发出个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲，电动机转过一个步距角，编码器对应输出一个脉冲信号。此次设计选用的编码器型号为：ZLK-A-120-05VO-10-H 盘状空心型，孔径10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V，每秒输出120个A/B脉冲，信号为电压输出。6.
24、 绘制进给传动系统示意图进给传动系统示意图如图所示。 进给传动系统示意图为了确保数控机床进给传动系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，应注意以下要求。 (1) 提高传动精度和刚度。(2) 减少各运动零件的惯量。(3) 减少运动件的摩擦阻力。 (4) 响应速度快。 (5) 较强的过载能力。 (6) 稳定性好，寿命长。 (7) 使用维护方便。7工作台控制系统的设计根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能：（1） 接收键盘数据，控制LED显示（2） 接受操作面板的开关与按钮信息；（3） 接受车床限位开关信号；（4） 接受电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号；（5） 控制X
25、，Z向步进电动机的驱动器；（6） 控制主轴的正转，反转与停止；（7） 控制多速电动机，实现主轴有级变速；（8） 控制交流变频器，实现主轴无级变速；（9） 控制切削液泵启动/停止；（10） 控制电动卡盘的夹紧与松开；（11） 控制电动刀架的自动选刀；（12） 与PC机的串行通信。X-Y数控工作台控制系统硬件主要包括CPU、传动驱动、传感器、人机交互界面。硬件系统设计时，应注意几点：电机运转平稳、响应性能好、造价低、可维护性、人机交互界面可操作性比较好。X-Y数控工作台的控制系统设计，控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。本设计CPU选用ATMEL公司的8
26、位单片机AT89S52，由于AT89S52本身资源有限，所以扩展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片SRAM芯片6264用做数据存储器，存放用户程序；由于数控工作台还需要加入铣刀运动控制和程序输入等指令，所以除设置了XY方向的控制指令键，操作开停键，急停键和复位键等外还采用8279来管理扩展多种按键。8279是一种通用的可编程键盘显示器接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘部分提供扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘进行连接，能对键盘实行不间断的自动扫描，自动消除抖动，自动识别按键并给出键值。显示部分包括一组数码显示管和七只发光二极管。与
27、PC机的串行通信经过MAX233，可以采用PC机将编好的程序送入本系统。控制步进电动机的转动需要三个要素：方向转角和转速。对于含有硬件环形分配器的驱动电源，方向取决于控制器送出的方向电频的高低，转角取决于控制送出的步进脉冲个数，而转速则取决于控制器发出的步进脉冲的频率。在步进电动的控制中，方向和转角控制简单，而转速控制则比较复杂。由于步进电动的转速正比于控制脉冲的频率，所以对步进电动机脉冲频率的调节，实质上就是对步进电动机的速度的调节。步进电动机的调频的软件延时和硬件定时。采用软件延时法实现速度的调节，程序简单，不占用其他硬件资源；缺点是控制电动机转动的过程中，CPU不能做其他事。硬件定时要占
28、用一个定时器。本设计没有从硬件上布置，由于单片机功能强大，采用软件延时。当步进电动机的运行频率低于它本身的起动频率时，步进电动机可以用运行频率直接起动，并以该频率连续运行；需要停止的时候，可以从运行频率直接降到零，无需升降频控制。当步进电动机的运行频率 （为步进电动机有载起动时的起动频率）时，若直接用 起动，由于频率太高，步进电动机会失步，甚至会丢步，甚至停转；同样在 频率下突然停止，步进电动机会超程。因此，当步进电动机在运行频率 下工作时，就需要采用升降频控制，以使步进电动机从起动频率开始，逐渐加速升到运行频率 ，然后进入匀速运行，停止前的降频可以看作是升频的逆过程。虽然本设计采用了半闭环控
29、制，加入了增量式编码器作为反馈信号，但是在编程过程中仍需设计升降频的部分，以使步进电动机运行平稳、精确。根据需要，可编写出驱动步进电动机的程序。AT89S52指令与80C51指令完全兼容。8.步进电动机的驱动电源选用8.1.1 脉冲分配器: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。8.1.2 8031芯片匹配的输入输出光电隔离接口电路: (1）可将输入/输出两部分的供电电源和电路的地线分离。光电耦合输入、输出端之间
30、绝缘电阻很大（10111013），寄生的电容很小（0.52pF），因而干扰信号很难从输入端反馈到输出端。 (2）可进行电平转换，实现要求的电平输出，从而具有初级功率放大作用。 (3）提高对负载的驱动能力。可直接驱动光控晶闸管工作。 如果光电隔离电路与滤波电路、屏蔽电路有效的结合起来，将会进一步提高微机控制系统的抗干扰能力。图4 光电隔离接口电路特点：P3口作为准双向接口，当P3输入口被拉成低电平时，可直接由TTL或MOS电路驱动；当外部信号为低电平时8.1.3步进电机的速度控制:步进电机的速度控制比较容易实现，而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.01mm，步进电机每走一步，工作台直线行进
31、0.01mm。步进电机驱动电路中采用了光电偶合器，它具有较强的抗干扰性，而且具有保护CPU的作用，当功放电路出现故障时，不会将大的电压加在CPU上使其烧坏。该电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当A相得电时，电动机转动一步。电路中与绕组并联的二极管D起到续流作用，即在功放管截止是，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。由于步进电机采用的是三相六拍的工作方式（三个线圈A、B、C），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
32、-BA-A。 图5 步进电机驱动电路图 8.1.4增量式旋转编码器光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。8.1.5 I/O扩展电路设计在微控制器的内部，虽然设置了若干并行I/O接口电路用来外设连接，担当外围设备较多时，I/O借口可能就不够用，需要进行扩展。常用的I/O借口芯片分为两大类：简单I/O接口芯片和可编程I/O接口芯片。
33、通用可编程接口芯片8155：8031单片机共有个位并行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。8.1.6 A/D与D/A转换接口电路：将模拟量转换为数字量的过程称为模、数（A/D）转换，完成这一转换的期间称为模数转换器（简称ADC）；将数字量 转换为模拟量的过程称为数/模(D/A)转换，完成这一转换的器件称为模数转换器（简称DAC）。下图是一个包含A/D和D/A转换环节的典型计算机实时控制系统，它由两部分组成，一部分升降现场模拟信号转换为数字信号，并送入计算机进行处理的模拟量输入通道，包括传感器、运
34、算放大器、A/D转换器、I/O接口和计算机等；另一部分是由计算机、I/O接口、D/A转换器、功率放大器和执行部件等构成模拟输出通道。控制对象微型计算机I/O接口ADC传感器运放I/O接口DAC功放执行件 图8 一个包含A/D和D/A的实时控制系统目前市场上D/A转换器的种类很多，功能、特性各异，DAC0832是一种具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与单片机相连，其主要特性如下：分辨力为8位；电流稳定时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5+15V）；内部没有参考电压源，需要外接；为电流输出型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需外加转
35、换电路。DAC0832与CPU有三种基本的接口方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲同步方式。8.2系统控制软件的设计8.2.1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：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
36、或操作者的命令控制伺服电机的速度、转角和方向等。（5）诊断程序：包括部件移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等。（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。8.2.2系统管理软件控制管理管理软件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，紧急停机等。8.2.3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
37、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；本设计中X、Y向步进电动机均为110BC380F型。查表4-13选择与之匹配的驱动电源为BD36Nc型，输入电压为110220VAC，相电流为4A，分配方式为三相六拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图所示： 图10 BD36Nc型驱动电源接线9. 课程设计总结X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控机床的纵-横向进到机构、激光加工设备的工作台等。X-Y数控工作台的设计可以说是典型的综合了机电专业的知识，是对以前专业知识的一次综合考验。对巩固我们的知识掌握程度及熟练程度的锻炼。通过这次的课程设计，使我对整个
38、大学期间所学的知识有了一个系统的了解与掌握。相对于以前零散的学习，起到了一个整合的作用，有了一个系统的认识。在今后的学习生活中，这次课程设计的经历将起到重要帮助作用。对于以前学习较少的单片机，由于在本次课程设计中的涉及，使我对单片机有了一个理性的认识，对其特点、形式、应用等有了一个大概的了解。在此次课程设计中，不仅使我对所学知识的一次综合运用，更使我学到了许多东西。知识方面的，比如在以钱课程学习中学到的滚珠丝杠福、步进电机、驱动电路等等，仅仅只是一个知识层面的了解，没有一个实践的经历。掌握也就不牢靠，当在设计中运用的时候，才学会怎么用、为什么这样用。同时在两周的设计过程中，也遇到了难题，但是在不断的请教、耐心查找资料解决难题的经历却使我更加受益匪浅。它使我懂得只有静下心来，许多问题是可以迎刃而解的。最后，通过这次的综合锻炼，虽然时间不长，但是我相信在后面的毕业设计乃至工作中，都将使我更加有信心去面对。这也将成为我以后有着很好的借鉴意义。10.参考文献【1】张建民. 机电一体化系统设计M. 北京:高等教育出版社.2001【2】张训文. 机电一体化系统设计与应用M. 北京:北京理工大学出版社.2006【3】张立勋等. 机电一体化系统设计M,哈尔滨工程大学出版社.