《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)-步進(jìn)電機(jī)通過一級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)-步進(jìn)電機(jī)通過一級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc（30頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書編號(hào)_華東交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書課程名稱： 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)電機(jī)通過一級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)： 機(jī)械電子工程 班級(jí)： 機(jī)電05-3 姓名： 學(xué)號(hào)： 20050310010108 在班序號(hào)： 07 指導(dǎo)教師： 2008年11月28日目 錄第一章：直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)1 1工作臺(tái)的選擇 1 2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇計(jì)算和校核1 3滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算和校驗(yàn) 4 4軸承的選擇計(jì)算 4 第二章：步進(jìn)電機(jī)的選擇12 1.脈沖當(dāng)量的選擇 12 2.等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算123系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算13 4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇14 5.一級(jí)
2、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算16 第三章：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17 1.控制器選型及存儲(chǔ)器擴(kuò)展分析172.系統(tǒng)功能選擇實(shí)現(xiàn)17 3.系統(tǒng)狀態(tài)顯示17 4.系統(tǒng)端口分配方式 17 5.軟件編程算法實(shí)現(xiàn)18第四章：程序執(zhí)行流程19第五章：控制流程圖20第六章：機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的建模與仿真22心得體會(huì)25參考文獻(xiàn)26第一章：直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)1工作臺(tái)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求初選工作臺(tái)為，密度7.81，質(zhì)量約為14Kg。2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇計(jì)算和校核滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作
3、滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。 驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。 與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。 能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)
4、械性能。 簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造?；瑝K可選用基本尺寸為，導(dǎo)軌副材料的選擇為灰鑄鐵HT200，因?yàn)樗哪湍バ院蜏p震性好，熱穩(wěn)定性好，容易鑄造和切削加工，成本較低。因設(shè)計(jì)任務(wù)要求，選用四塊這樣的滑塊組成雙排導(dǎo)軌，則總質(zhì)量約為：。21滾動(dòng)體的尺寸和數(shù)目 滾動(dòng)體的直徑越大，滾動(dòng)摩擦系數(shù)就越小，摩擦阻力也就越??；滾動(dòng)體的直徑過小，不但摩擦阻力會(huì)加大，而且會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)的現(xiàn)象。因此在不受限制的情況下滾動(dòng)體的直徑越大越好，本次選擇滾珠直徑8mm，查文獻(xiàn)3式5-6有：其中，Z 為滾珠數(shù)目；G運(yùn)動(dòng)部件的重力，單位N；D為滾珠直徑，單位mm則：，所以選每一導(dǎo)軌滑塊上滾珠的數(shù)目為7。22滾動(dòng)導(dǎo)軌副的強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度的判
5、斷條件是判別受力最大的那個(gè)滾動(dòng)體上的載荷是否超過了許用載荷。如果一條導(dǎo)軌上承受一個(gè)作用在導(dǎo)軌面上的力和力矩，則受力最大的滾動(dòng)體就是位于最外側(cè)的。查文獻(xiàn)3式6-5可得在一個(gè)滾動(dòng)體上的許用載荷： 其中，對(duì)于淬火鋼珠鑄鐵導(dǎo)軌=125N/；對(duì)HT200導(dǎo)軌，導(dǎo)軌材料的硬度系數(shù)；則： 由此可知強(qiáng)度滿足。2.3校核導(dǎo)軌副的壽命由文獻(xiàn)1式3-22得：其中，為工作時(shí)間壽命，單位h； 為工作的有效行程長度，單位m； 為每分鐘往復(fù)的次數(shù)，單位：次/min代入數(shù)據(jù)得： 因有四個(gè)滑塊，所以每一導(dǎo)軌上使用兩個(gè)滑塊，則：由文獻(xiàn)4表3-14和3-17確定以下系數(shù)：其中，K為壽命系數(shù)，一般取50km；F滑塊的工作載荷，單位N
6、；為硬度系數(shù)，=；為溫度系數(shù)，=1；為接觸系數(shù)，=；為負(fù)荷系數(shù)，=1.5。而且；所以：；即 17500N，選用漢江機(jī)床廠HJG-D25有線導(dǎo)軌，查文獻(xiàn)1表3-14至3-17得HJG-25型導(dǎo)軌的，所用的導(dǎo)軌能滿足壽命要求。3滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算和校驗(yàn)：3.1初選滾珠絲杠 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，滾珠絲杠直徑初定為25mm，導(dǎo)程Ph=8mm ，制造精度為3級(jí)。3.2絲桿的轉(zhuǎn)速=，其中：為機(jī)械傳動(dòng)速度，單位是mm/min。則：=；r/min3.3行程補(bǔ)償值滾珠絲桿的熱變形將導(dǎo)致長度，定位精度的變化，可由下面的方法進(jìn)行補(bǔ)償：其中：為溫度上升值，一般為??； 為有效行程，單位是；則： 3.4兩端固定支撐方式的預(yù)拉
7、伸補(bǔ)償熱變形在采用兩端固定安裝方式時(shí)，還要采用絲桿預(yù)拉伸的方法來進(jìn)一步補(bǔ)償熱變形，預(yù)拉伸為：式中： E為彈性模量，； d為絲桿公稱直徑，mm；故：N 3.5滾珠絲桿副軸向載荷的計(jì)算（參考文獻(xiàn)5的P.101-P.103）式中：為滾珠絲桿副的摩擦系數(shù)，一般取0.00250.005;m為工作臺(tái)和滑塊的總質(zhì)量;f為導(dǎo)軌與底面的摩擦力；為滾珠絲桿的徑向受力；為滾珠絲桿的軸向受力； 為最大加速度， 則： 所以:當(dāng)量載荷設(shè)空轉(zhuǎn)和常用切削分配的時(shí)間分別為10%和90%，則當(dāng)量轉(zhuǎn)速3.6額定靜載荷及額定動(dòng)載荷的下限值：（1）額定靜載荷式中，為安全系數(shù)，一般取2-3，這里取3；是外加在滾珠絲桿副上的最大軸向載荷故
8、有： （2）額定動(dòng)載荷在當(dāng)量條件下達(dá)到預(yù)期壽命時(shí)，絲桿所受的最大額定動(dòng)載荷為其中為載荷系數(shù)，取；為精度系數(shù)，取。37選定滾珠絲桿的型號(hào)當(dāng)滾珠絲桿副在較高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，應(yīng)按壽命計(jì)算選擇其尺寸規(guī)格，并校核其載荷是否超過額定動(dòng)載荷；當(dāng)滾珠絲桿副低速工作時(shí)，應(yīng)按計(jì)算額定靜載荷的方法確定滾珠絲桿副的規(guī)格尺寸，并校核壽命。在本設(shè)計(jì)中，最高轉(zhuǎn)速不足300r/min，屬于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，所以在這里按額定靜載荷的大小選擇：根據(jù)文獻(xiàn)5，選擇系列代號(hào)為2508-5的滾珠絲桿副。其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷，剛度1485，外徑，內(nèi)徑鋼球直徑mm，螺旋角，滾道半徑，循環(huán)圈數(shù)（圈）。查參考文獻(xiàn)5的P.107得：螺紋全長： 7
9、20mm余留長度：參考文獻(xiàn)6表4-2取32mm，安全行程：取16mm，行程 ，螺母長度，螺紋左端到軸承和螺紋右端到軸承的距離左右兩端軸承的間距：3.8驗(yàn)算Dn值3.9預(yù)緊力的確定當(dāng)采用兩端固定的支撐方式時(shí)，預(yù)緊力可以計(jì)算如下：而且：，即滿足運(yùn)轉(zhuǎn)要求。3.10穩(wěn)定性的校驗(yàn) （1）由于滾珠絲桿副在工作時(shí)很可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以要求設(shè)計(jì)計(jì)算所達(dá)到的安全系數(shù)S，其值應(yīng)該大于絲桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)所允許的安全系數(shù)S。 絲桿不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，并按文獻(xiàn)1中式計(jì)算：式中：E為絲桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼，；L為絲桿的有效工作長度（m）；為絲桿的危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，查文獻(xiàn)1表3-6取=1而則
10、：，安全系數(shù)22.7，查文獻(xiàn)1表3-6，絲桿不會(huì)失穩(wěn)。（2）絲桿工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需要驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速稱之為臨界轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最大轉(zhuǎn)。臨界轉(zhuǎn)速（）可按下式計(jì)算：式中： 為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，查文獻(xiàn)1表3-6，本設(shè)計(jì)中，則：所以絲桿工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。3.11剛度的驗(yàn)算 (1) 估算絲杠軸向最大變形量 重復(fù)定位精度 定位精度 所以 取 mm絲杠在工作載荷(N)和轉(zhuǎn)矩T（）作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為：式中：E為絲杠切變模量，對(duì)于鋼E=210；M為扭 矩， ；為摩擦升角，；I為絲杠的極慣性矩， ；S為絲杠截面積，；絲杠在300mm內(nèi)的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：所以該絲杠的剛度滿足要
11、求。3.13效率的校核本設(shè)計(jì)取摩擦系數(shù)為0.003，即：，則；滾珠絲桿副的傳動(dòng)效率K為：K的要求在90%以上，所以該絲桿副合格。經(jīng)過上述校核驗(yàn)證，所選型號(hào)規(guī)格的滾珠絲桿副的各項(xiàng)性能均能滿足設(shè)計(jì)要求。3.14滾珠絲桿副的潤滑滾珠絲桿副一般需要用潤滑劑來提高耐磨性和傳動(dòng)效率，潤滑的方法有脂潤滑和油潤滑兩種。通常，螺母在很長的絲桿上運(yùn)行，而且是進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，保持潤滑油是十分困難的；另外可能因?yàn)槊芊獠缓?，有硬質(zhì)的灰塵回切屑等臟物落入螺紋滾道會(huì)防礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)和磨損的，因此本設(shè)計(jì)采用脂潤滑，潤滑劑為鋰基油脂。4.軸承的選擇計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求滾珠絲桿副采用兩端固定支撐的安裝方式，而且要同時(shí)承受徑向載荷和軸向
12、載荷，故根據(jù)文獻(xiàn)8選用角接觸球軸承7305B，。采用反裝形式。(1)求兩軸承受到的徑向載荷和 設(shè)左邊的軸承為軸承1= =/2=2000/2=1000N(2)求兩軸承的計(jì)算軸向力和查文獻(xiàn)2表13-5得，判斷系數(shù)e=0.68故， 因?yàn)橥饧虞S向力的存在，必須滿足平衡，則必有。所以： (3)求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷因?yàn)?， 由文獻(xiàn)2表13-5分別進(jìn)行查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為，對(duì)軸承1 0.35，0.57對(duì)軸承2 1，因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中可能會(huì)產(chǎn)生沖擊載荷，按文獻(xiàn)2表13-6查得，本設(shè)計(jì)中取。則：(4)驗(yàn)算軸承的壽命因?yàn)?，所以按軸承1的受力情況進(jìn)行校驗(yàn)。其中當(dāng)軸承為球軸承時(shí)=3，則有：故所選用的軸承滿足壽命
13、要求。第二章：步進(jìn)電機(jī)的選擇1.脈沖當(dāng)量的選擇 初選三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為；當(dāng)三相三拍運(yùn)行時(shí)，步距角為，其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù): 初選脈沖當(dāng)量（每輸入一個(gè)指令脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)距離，單位）由于重復(fù)定位誤差為0.01mm，故選電機(jī)的脈沖當(dāng)量為，由此可得中間齒輪的傳動(dòng)比為 選小齒輪的齒數(shù)，模數(shù)2等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算(1）空載時(shí)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩:(2）車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩3系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算(1）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：其中，為公稱直徑，單位m； L絲桿的全長，單位m； 為材料密度，約為(2）工作臺(tái)及滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:其中，W為工作臺(tái)和滑塊的總重量，單位N； 為絲桿的基本導(dǎo)程，單位m
14、； i為齒輪副的傳動(dòng)比；(3） 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其中， 為大齒輪的分度圓直徑，單位是m； 為大齒輪的齒寬，單位是m；(4）小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其中， 為小齒輪的分度圓直徑，單位是m；為大齒輪的齒寬，單位是m；(5）因此折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是：4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇（1）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析1）現(xiàn)預(yù)選電機(jī)為130BY001，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，于是有：式中采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用快速進(jìn)給速度（全部直線運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量）；r/min則有： 2)絲桿摩擦阻力矩（）的計(jì)算 由于滾珠絲桿的傳動(dòng)效率很高，其摩擦阻力矩相對(duì)于其他負(fù)載力矩小得多，故一般不考慮。3）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由文獻(xiàn)4式（6-8
15、）得4）啟動(dòng)慣性阻力矩（）的計(jì)算 加（減）速時(shí)間為t=4s由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為，取加速曲線為等加速梯形曲線，故角加速度為：則 5）電機(jī)輸出軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 （2）步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)總效率時(shí)適當(dāng)考慮安全系數(shù)K，一般安全系數(shù)K可在1.22之間選取。若取K=1.5,則步進(jìn)電機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選取：若選用上述預(yù)選的電機(jī)130BF001，其最大靜轉(zhuǎn)矩 9.31N.m。在三相六拍驅(qū)動(dòng)兩相通電時(shí)，步距角為。為保證帶負(fù)載能正常加速啟動(dòng)和定位停止，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須滿足:由文獻(xiàn)4表3-7可知，則，故選用合適。綜上所述，所選步進(jìn)電機(jī)滿足要求，且有一定的裕量。5.一級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)本設(shè)計(jì)選用圓柱直
16、齒輪。本設(shè)計(jì)選用減速器主要是傳遞扭矩，因此速度并不是很高，故選用7級(jí)精度就可以（GB1009588）。選擇小齒輪的材料為40Cr，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS；大齒輪的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，兩者的硬度差為40HBS。由滾珠絲桿副的計(jì)算得，小齒輪的齒數(shù)20，大齒輪的齒數(shù)34。取模數(shù)。（2）計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑 （3）計(jì)算齒輪寬度根據(jù)文獻(xiàn)2表10-7，這里取 ，為滿足安裝要求和制造方便進(jìn)行人為圓整后，取。第三章：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.控制器選型及存儲(chǔ)器擴(kuò)展分析：系統(tǒng)采用MCS8051單片機(jī)作為微控制器。8051內(nèi)部集成了4K的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于本
17、控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜，其自帶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的容量已經(jīng)夠使用，不需要在進(jìn)行片外擴(kuò)展了。2.系統(tǒng)功能選擇實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)通過五個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)功能的選擇：1.S1控制系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止； 2.S2控制系統(tǒng)的工進(jìn)前進(jìn)3.S3控制系統(tǒng)的工進(jìn)后退 4.S4控制系統(tǒng)的快進(jìn)前進(jìn)5.S5控制系統(tǒng)的快進(jìn)后退3.系統(tǒng)狀態(tài)顯示：1.系統(tǒng)采用開環(huán)控制，用三個(gè)LED顯示工作臺(tái)的行程位移（也可以修改程序來顯示轉(zhuǎn)速）；2.LED采用動(dòng)態(tài)掃描顯示法，用P0口為其提供段選碼，P1.0-P1.2作為三個(gè)LED顯示器的位控口；4.系統(tǒng)端口分配方式：1.P0口為三個(gè)LED顯示器提供段選碼輸出；2.P1.0-P1.2作為三個(gè)LED顯示器的位
18、控口；3.P1.3-P1.7作為五個(gè)按鍵的輸入端；4.P2.0-P2.0用于輸出控制三相步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖信號(hào)；5.P2.3用于控制繼電器以控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟停控制；6.P3.2用于響應(yīng)鍵盤按下的外部中斷輸入端。5.軟件編程算法實(shí)現(xiàn)：1.功能模塊描述：微型控制器8051主要完成如下工作：（1）.數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示； （2）.適時(shí)檢測(cè)鍵盤狀態(tài)；（3）.通過P2.0-P2.2準(zhǔn)確地發(fā)出一定序列的脈沖信號(hào)。2.功能實(shí)現(xiàn)算法：（1）.只有功能2對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度才是最嚴(yán)格的，所以，擬采用定時(shí)器中斷控制方式進(jìn)行控制，并將其優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高級(jí)別；（2）.其次，鍵盤狀態(tài)的識(shí)別通過外部中斷0進(jìn)行控制，
19、當(dāng)有任一鍵按下時(shí)，激發(fā)外部中斷，使CPU響應(yīng)鍵盤消息；（3）.最后，在CPU空閑時(shí)，系統(tǒng)就循環(huán)執(zhí)行LED顯示子程序，實(shí)現(xiàn)顯示功能。3.五路按鍵的中斷響應(yīng)問題的解決：算法實(shí)現(xiàn)如下（1）.將五路外部鍵盤的狀態(tài)通過一與門輸出到外部中斷0。如附圖中的原理圖所示：5路按鍵平時(shí)通過上拉電阻拉為高電平，通過與門之后仍為高電平，外部中斷無響應(yīng)。當(dāng)有任一鍵按下時(shí)，5條路線的狀態(tài)不全為高電平，經(jīng)過與操作后，與門輸出為0，觸發(fā)外部中斷響應(yīng)，執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序；（2）.在外部中斷服務(wù)程序中，使程序先掃描查詢5路按鍵的狀態(tài)，獲得具體哪一路按鍵被按下。在這一過程中可以很方便的實(shí)現(xiàn)通常鍵盤程序中所使用的消抖動(dòng)處理，提高鍵
20、盤響應(yīng)的準(zhǔn)確性；（3）.查詢獲得具體哪一路鍵盤被按下后立即跳轉(zhuǎn)執(zhí)行響應(yīng)按鍵所對(duì)應(yīng)的功能子程序，執(zhí)行完了子程序后，在功能子程序中結(jié)束中斷服務(wù)程序。CPU繼續(xù)響應(yīng)其他動(dòng)作。經(jīng)過上面的操作，即可實(shí)現(xiàn)由一個(gè)中斷口響應(yīng)多路外部中斷事件，使用這一算法，CPU可以最多實(shí)現(xiàn)一個(gè)中斷口響應(yīng)256路外部事件的中斷響應(yīng)。第四章：程序執(zhí)行流程 單片機(jī)得電工作后，并不會(huì)立刻驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。而是首先進(jìn)行一系列的初始化工作，如中斷狀態(tài)設(shè)置，開啟，定時(shí)器設(shè)置，定時(shí)器中斷開啟等操作。之后進(jìn)入LED循環(huán)掃描顯示狀態(tài)，當(dāng)然，這時(shí)顯示數(shù)字初始化為000。并等待鍵盤輸入命令。當(dāng)鍵盤的開啟按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入電機(jī)啟動(dòng)子程序。并標(biāo)記當(dāng)前為已
21、啟動(dòng)狀態(tài)，供后續(xù)程序查詢使用。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后應(yīng)使定時(shí)器啟動(dòng)，定時(shí)器定時(shí)滿時(shí)，執(zhí)行定時(shí)中斷服務(wù)程序，輸出一個(gè)脈沖。當(dāng)按鍵2-5按下時(shí)，在響應(yīng)的外部中斷服務(wù)程序中設(shè)置響應(yīng)的定時(shí)器定時(shí)數(shù)值，以使CPU能根據(jù)定時(shí)器定時(shí)間隔輸出脈沖，以達(dá)到變速的功能。另外在按鍵2-5中還應(yīng)設(shè)置響應(yīng)的控制時(shí)序的表首地址，以達(dá)到正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。 最后，要使LED顯示系統(tǒng)速度，則應(yīng)在鍵盤2-5的中斷服務(wù)程序中設(shè)置顯示數(shù)。當(dāng)CPU空閑時(shí)，則用于循環(huán)掃描顯示。第五章：控制流程圖主程序初始化開中斷讀要顯示的數(shù)據(jù)的首地址查表讀響應(yīng)段碼查表讀相應(yīng)位碼判斷是否顯示完數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示計(jì)數(shù)器加1數(shù)據(jù)地址加1是否主程序流程圖鍵盤外部中斷
22、0中斷入口P1.3=0？P1.4=0？P1.5=0？P1.6=0？P1.7=0？中斷處理程序結(jié)束返回P1.3服務(wù)程序P1.4服務(wù)程序P1.5服務(wù)程序P1.6服務(wù)程序P1.7服務(wù)程序YYYYYNNNNN鍵盤按鍵中斷服務(wù)流程圖定時(shí)器中斷入口讀當(dāng)前控制碼地址DRE讀取控制時(shí)序碼輸出控制時(shí)序碼（通過位操作）當(dāng)前地址DRE=TAB+2？DRE=TAB返回YN定時(shí)器中斷服務(wù)程序第六章：機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的建模與仿真1.建立的要求利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)理論，通過對(duì)數(shù)控機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)、軸系及進(jìn)給工作臺(tái)的等效計(jì)算，構(gòu)建了數(shù)控機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的仿真模型，利用Matlab對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，獲得了反映系統(tǒng)性能的仿真曲線，仿
23、真結(jié)果證明了系統(tǒng)模型的有效性。2.機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)模型建立為了建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，常把機(jī)械系統(tǒng)中各基本物理量折算到電機(jī)軸上，使復(fù)雜的多軸傳動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)化成單一軸運(yùn)動(dòng)。（1） 各基本物理量等效折算1） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算利用動(dòng)能守恒定律，把各轉(zhuǎn)動(dòng)軸上及工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效到電機(jī)軸。式中：L-絲杠導(dǎo)程2） 粘性阻尼系數(shù)折算工作臺(tái)均速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與電機(jī)連接的軸的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩完全用來克服粘滯阻尼力、流體阻力以及負(fù)載阻力等的消耗。若只計(jì)工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)C，根據(jù)工作臺(tái)與絲杠之間的功平衡關(guān)系折算出粘性阻尼系數(shù)。式中：-工作臺(tái)導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的粘性阻尼系數(shù)。代入得：=9.128Nm/(rad/s)3） 軸向剛度折算絲杠與
24、工作臺(tái)之間的軸向彈性變形使與電機(jī)連接的軸產(chǎn)生一個(gè)附加扭轉(zhuǎn)角，折算到電機(jī)軸的總扭轉(zhuǎn)剛度為：式中：-折算到電機(jī)軸上的總扭轉(zhuǎn)剛度-附加扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)；= K代入公式得：=137.87Nm/rad（2） 系統(tǒng)建模根據(jù)以上的參數(shù)折算結(jié)果，建立系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程和推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。若輸入量為電機(jī)軸的輸入轉(zhuǎn)角；輸出量為工作臺(tái)的線位移。把折算成電機(jī)軸的輸出角位移。在電機(jī)軸上根據(jù)動(dòng)力平衡原理有：其中：動(dòng)力平衡關(guān)系可以寫成：系統(tǒng)傳遞函數(shù)為： 綜上所求，代入公式得：=心得體會(huì)“機(jī)電一體化是”微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)滲透的過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新興的綜合性技術(shù)學(xué)科。目前機(jī)電一體化技術(shù)得到了普遍的重視和廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用
25、機(jī)電一體化技術(shù)而生產(chǎn)出來的機(jī)電一體化產(chǎn)品，已遍及人們?nèi)粘Ｉ詈蛧窠?jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。 機(jī)電一體化的課程設(shè)計(jì)是在我們機(jī)電學(xué)院大學(xué)各專業(yè)課后的又一實(shí)踐環(huán)節(jié)。要求我們通過設(shè)計(jì)能獲得綜合運(yùn)用過去所學(xué)過的全部課程進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)能力，另外，也是以后畢業(yè)設(shè)計(jì)前一次大練兵。本次課程設(shè)計(jì)主要是鍛煉我們搜索資料和使用資料的能力，同時(shí)考驗(yàn)我們對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。經(jīng)過分析設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和微型控制等理論知識(shí)有了進(jìn)一步的了解和加強(qiáng)，學(xué)會(huì)應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行控制。使我們對(duì)單片機(jī)有了一個(gè)更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，看到單片機(jī)能做出個(gè)實(shí)物出來并且把我們以前所學(xué)知識(shí)應(yīng)用上來，增加了我們對(duì)單片機(jī)以及外圍電路的興趣。單片機(jī)編程是
26、用匯編語言進(jìn)行編程，通過自己思考、向老師請(qǐng)教、與同學(xué)共同探討以及查閱資料對(duì)編程有了一定的了解。這培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考和分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和資源優(yōu)化能力。雖然課設(shè)有點(diǎn)累，但我覺得累有所值。我們無論在學(xué)習(xí)還是工作中都要用一種嚴(yán)謹(jǐn)客觀的態(tài)度去對(duì)待問題解決問題，絕不能逃避問題。 感謝羅智中老師在課設(shè)過程中的悉心指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 朱喜林主編.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，20042 張君安主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：兵器工業(yè)出版社，1997.83 濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，20014 申永勝主編.機(jī)械原理教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.125 張建民主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社，19966 劉武發(fā)主編.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2007.57 張毅坤主編.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.88 姜培剛主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.99 洪家娣主編 機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo) 江西：江西高校出版社，2001- 29 -機(jī)械電子工程05-3 張昆峰機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書30
機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)-步進(jìn)電機(jī)通過一級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)單軸直線伺服移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc
