数控回转工作台课程设计Word文档下载推荐.docx
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三、控制系统仿真
五、单片机程序
题目：
数控回转工作台（Φ160）
时间：
1010年11月22日至1010年12月31日共六周
要求：
设计一回转工作台并开发其控制、驱动系统，工作台直径160mm，分辨率均为δ=5′/step，承受最大轴向载荷Tmax=400N。
具体任务：
1、确定总体方案，绘制系统组成框图1张（A2）；
2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件；
3、机械部分装配图一张（A0）；
4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图一张（A1或A0）；
5、编写设计说明书1份（不少于8000字）。
数控回转工作台大致包括以下几部分：
1、完成回转功能的执行部件（即产品的机械装置）；
2、操纵者操纵工作台的操作面板；
3、处理操作指令的控制系统；
4、对控制系统发出的控制信号进行处理以及放大以驱动电机的驱动电路；
系统总体示意图：
采用蜗轮蜗杆减速，蜗轮蜗杆传动平稳，传动比大，因工作台转速较低，所以发热较轻，蜗杆与电机相连，蜗轮与回转台相连。
采用步进电机驱动，选择适当的步距角与传动比便可达到分辨率要求。
采用专用环形分配器经功率放大电路驱动步进电机。
采用单片机控制环形分配器，并控制显示系统显示控制命令。
采用键盘输入控制命令，单片机进行显示并处理。
传动比计算：
初选电机步距角为，由传动示意图、所选电机步距角及任务书要求分辨率可得传动比,因任务书要求分辨率，所以分辨率不可低于以上所得的传动比，但可以高于它。
步进电机的选用：
滑动导轨副动摩擦系数设为f=0.005，导轨半径为80mm，最大轴向载荷为，则工作台承受最大转矩，故作用在涡轮上的转矩，蜗轮蜗杆减速器有转矩放大作用，蜗杆所承受转矩，所以步进电机静转矩不可低于它，由以上数据选得步进电机如下表所示。
参数
型号
相数
步距角
/（º
）
最大静转矩/（）
空载启动频率/（步/s）
分配方式
外形尺寸（轴径）/mm
75BF003
3
1.5
0.882
1250
3相6拍
步进电机转速计算公式，其中为步距角（º
），为通电频率（步/s）；
因工作台工作时带负载，所以电机运行频率应低于空载启动频率，取运行频率f=625（步/s），进行转速计算得。
1.选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。
2.选择材料
考虑到蜗杆传递的功率不大，速度不高，故蜗杆用45钢；
因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。
涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。
为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。
3.按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。
传动中心距
1）确定作用在涡轮上的转矩
滑动导轨副动摩擦系数f=0.005，导轨半径为80mm，最大轴向载荷为，则工作台承受最大转矩，故作用在涡轮上的转矩
2）确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；
由表11-5选取使用系数；
由于转速不高，可取动载系数；
则
3）确定弹性影响系数
因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。
4）确定接触系数
先假设蜗轮分度圆直径和传动中心距a的比值,从图11-8中可查得。
5）确定许用接触应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>
45HRC，可从表11-7中差得蜗杆的基本许用应力。
应力循环次数
寿命系数
6）计算中心距
取中心距a=50mm，因i=18，故从表11-2中取模数m=1.6mm，蜗杆分度圆直径=20mm。
这时,从图11-8中可查得接触系数，因为，因此以上结果可用。
4.蜗杆与涡轮的主要参数与几何尺寸
1）蜗杆
蜗杆头数；
轴向齿距;
直径系数q=12.5；
齿顶圆直径23.2mm;
齿根圆直径；
分度圆导程角γ=；
蜗杆轴向齿厚。
2）涡轮
涡轮齿数；
变位系数；
验算传动比，传动比大于最低传动比18，因而是可以的；
涡轮分度圆直径;
涡轮喉圆直径；
涡轮齿根圆直径；
涡轮咽喉母圆半径；
5.校核齿根弯曲疲劳强度
当量齿数
根据，，从图11-19中可查得齿形系数。
螺旋角系数
许用弯曲应力；
从表11-8中可查得ZCuSn10P1制造的涡轮的基本许用弯曲应力
弯曲强度是满足的。
6.精度等级公差和表面粗糙度的确定
考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、涡轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8fGB/T10089-1988。
然后由有关手册差得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。
7.蜗轮蜗杆零件图
1、回转工作台可以连续旋转与定角度旋转，分正逆方向；
2、由键盘输入命令，显示器显示，以直观的判别是否输对；
3、有复位按键，可以重新输入，重新旋转。
由键盘按顺序输入五位数字：
第一位：
运行方向，“1”为正向运行，“0”为逆向运行，存于18H；
第二位：
运行模式，“0”为连续运行模式，“1”为定角度运行模式，存于19H;
第三位：
运行角度百位数，在连续运行模式时此位无效，在定角度运行模式时此位乘以100即为旋转度数，存于1AH；
第四位:
运行角度十位数，在连续运行模式时此位无效，在定角度运行模式时此位乘以10即为旋转度数，存于1BH；
第五位:
运行角度个位数，在连续运行模式时此位无效，在定角度运行模式时此位乘以1即为旋转度数，存于1CH；
五位数字输完后，再输入数字没有意义，按下“运行键”，将17H位置01H，显示程序检测到17H为01H时，跳转运行程序。
LED数码管依次显示输入的数据，边输入边显示，数值输完以后，按下“运行键”，显示程序检测到17H为01H后，停止显示，跳转运行程序，运行程序处理数据后，单片机发出方向信号与CP脉冲信号，控制环形分配器，环形分配器输出三相六拍信号，再经功率放大电路驱动步进电机。
任何时候按下“复位”键，程序从头执行，可以重新输入。
因程序不是很复杂，I/O连接数码管与环形分配器以及连接键盘电路，不需要太多I/O口，故选用80C51单片机，12MHz振荡器，以下为80C51单片机简介：
MCS-51NMOSsingle-chip8-bitmicrocontrollerwithPCA,
32I/Olines,3Timers/Counters,7Interrupts/4prioritylevels,
ROM-less,256Byteson-chipRAM,
ProgrammableSerialChannelwithFramingDetectionand
AutomaticAddressRecognition
由回转工作台的要求，键盘应有11个键，其中包括“0”~“9”、“运行键”以及复位键，采用四行三列中断式键盘。
键盘电路如下图：
如图所示，P1.0到P1.3与键盘行线连接，P2.0到P2.3与键盘列线连接，键盘行线通过与门与INT0连接，初始化时P1口写一，P2口写零，按键闭合时，INT0电平由高变低，响应中断，P1口的高电平被P2口的低电平拉低，此时P1口即为行值，接着P2口轮流送高电平，检测P1口电平，当P1口全为高电平时，此时P2口即为列值。
接着由行值与列值判断出键值，存于指定位置。
键盘扫描程序完毕。
按键行列值表如下：
键值
行值
列值
F7H
01H
1
02H
2
04H
FBH
4
5
6
FDH
7
8
9
FEH
运行
单片机初始程序与键盘扫描程序如下：
ORG0000H
AJMPCHUSHI
ORG0003H
AJMPJPSM;
中断0地址
ORG0100H
CHUSHI:
MOVSP,#4FH;
堆栈区
MOVTMOD,#00H;
置定时器
SETBIT0;
INT0脉冲触发方式
MOVR0,#18H;
数据存放首地址
MOVR1,#00H;
存放显示位数
MOV17H,#00H;
运行标志位置零
MOVA,#0FFH;
P1口置1
MOVP1,A
MOVA,#00H
MOVP2,A
MOVIE,#8FH;
开中断
AJMPDISPLAY
RETURN:
RETI
JPSM:
CLREA;
键盘扫描子程序，关闭总中断
XIAODOU:
读行线，消除抖动
MOVA,P1
MOVR3,A
LCALLD_10ms
MOVA,#0FFH
CJNEA,03H,RETURN;
两次结果不一致，转RETURN,相等则R3中存放行值
MOVR2,#01H
SJMPLIEZHI_2
LIEZHI_1:
MOVA,R2
RLA
MOVR2,A
LIEZHI_2:
MOVR4,A
CJNER4,#0FFH,LIEZHI_1;
相等则R2中存放列值
HANG_1:
CJNER3,#0FEH,HANG_2
HANG_1_1:
CJNER2,#01H,HANG_1_2
MOV@R0,#09H
INCR0
SETBEA;
HANG_1_2:
CJNER2,#02H,RETURN
MOV17H,#01H;
置运行标志位
HANG_2:
CJNER3,#0FDH,HANG_3
HANG_2_1:
CJNER2,#01H,HANG_2_2
MOV@R0,#06H
HANG_2_2:
CJNER2,#02H,HANG_2_3
MOV@R0,#07H
HANG_2_3:
CJNER2,#04H,RETURN
MOV@R0,#08H
HANG_3:
CJNER3,#0FBH,HANG_4
HANG_3_1:
CJNER2,#01H,HANG_3_2
MOV@R0,#03H
SETB
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