1、1摘 要当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的 CNC 系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。关键字：机电一体化的基础 基本组成要素 特点 发展趋势AbstractNow the world electronic
2、 technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic
3、 machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examina
4、tion sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generations CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the
5、 intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.2目录第一章 课程设计的内容和要求 3第二章 系统的总体方案设计 4第三章 机械部分设计 53.1 脉冲当量和传动比的确定 53.2 工作台外形尺寸及重量初步
6、估算 53.3 传动系统等效转矩惯量计算 63.4 工作载荷分析及计算 63.5 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 83.6 导轨的选型和计算 113.7 驱动电机的选择 11第四章 数控系统设计 154.1 控制系统硬件的基本组成 154.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 174.3 直线圆弧插补程序设计 19参考文献 25 3第一章 课程设计的内容和要求1.1 课程设计的内容任务是： 设计一个数控 X-Y 工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。具体参数如下：最大铣刀直径 m最大铣削宽度 最大铣削深度 加工材料 工作台加工范围（mm）最大移动速度24 mm 8mm 5mm
7、碳钢 X=300 Y=250 3 m/min设计内容包括：1.1.1 数控装置总体方案的确定(1) 确定系统组成方案（组成框图、功能、机械传动系统简图、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明） 。1.1.2 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、转动惯量的初步估算；(3) 传动元件及导向元件的设计，计算和选用；(4) 伺服电机计算、选用；(5) 绘制机械结构装配图；1.1.3 数控系统的设计（1）确定数控系统装置方案（组成框图、功能、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明） 。(2) 电气控制原理图设计（CPU、存储器、I/O 接口电路及伺服驱动电路）(3) 系
8、统控制软件的结构设计（控制流程图）和部分功能控制软件设计（汇编程序及流程图） 。1.2 课程设计的要求1.2.1 图纸要求（1）机械结构装配图，A0 图纸一张。要求视图基本完整、符合要求。其中至少有一个坐标轴的完整剖视图。（2）数控系统框图（附在说明书上） 。（3）数控电器图，A1 图纸一张。（4）软件框图（可附在说明书上） 。1.2.2 编写设计说明书要求说明书应当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，选用元件及其具体参数的说明、软件设计及其说明等，说明书不少于 8000字eap4第二章 系统的总体方案确定数控系统总体方案设计的内容包括
9、：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。2.1 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。2.2 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。2.3 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。
10、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。2.4XY 工作台的传动方式为保证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。为了减少了零件的数目和中间环节的影响，精度高，效率高，电动机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连。但此种连接
11、对安装、加工的要求较高，选用挠性联轴器，如膜片联轴器，电动机的额定转矩较大，等效转动惯量亦大，对系统的稳定性和快速性将产生不利影响。系统总体框图如下:微型 机 光电隔离光电隔离 功率放大功率放大 步 进电 机步 进电 机 联 轴 器联 轴 器 X向 工 作 台Y向 工 作 台5第三章 机械部分设计机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，机械部件的总体尺寸、质量、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。3.1 脉冲当量和传动比的确定脉冲当量 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
12、为 0.01mm。根据脉冲当量和系统总体方案，传动比为 1，直接用联轴器将电机和丝杠直接连接，有利于简化结构，提高精度。初选导程 =5mm 滚珠丝杠，电动机步距角 =0.75。0Lb传动比计算公式 1.36570pbi暂选 130BF001 型的步进电动机。其具体参数如下：67型号 步距角 相数 电压 (V) 相电流(A)最大静转矩(N.M)空载启动频率()ZH空载运行频率( )Z转动惯量 分配方式重量(Kg)130BF001 0.75/1.5 5 80/12 10 9.31 3000 16000 4.7 五相十拍 9.23.2 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，
13、估算 X 向和 Y 向工作台承载重量 WX和 WY。设计工作台简图如下:2cmKg8X 向拖板(上拖板)尺寸为:长*宽*高=320*270*40重量:按重量=体积*材料比重估算为:= N=270NxW23108.740273Y 向拖板(下拖板)尺寸为: 重量 = N=320NY .上导轨(含电机)估算重量为：260N夹具及工件重量:150NX-Y 工作台运动部分总重量为:270N+320N+260N+150N=1000N3.3 传动系统等效转矩惯量计算传动系统的转动惯量是一种惯性负载，选用电机时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都是与电机轴同轴线，还存在各转动部件转动惯量向电机轴的折算
14、问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量对于轴、轴承、齿轮、联轴器、丝杆等圆柱体的转动惯量计算公式为82DMJC3.3.1 电机等效转动惯量 27.4cmkgJD3.3.2 初选联轴器直径 ，长度cm3L3联轴器等效转动惯量 )(1895.078.0178.0 23434 cmKgJL 3.3.3 初选丝杠直径 ，初步估计丝杠长度 。cDcL5滚珠丝杠等效转动惯量9)(213.03578.0178.0 2434 cmKgLDJs 3.3.4 工作台等效转动惯量 )(6.8.9)25.()( 20 ckgMJG 3.3.5 传动系统总的转动惯量 GSLDJ
15、J63.021.895.074)(6cmkg3.4 工作载荷分析及计算3.4.1 铣削力的分析与计算铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给） 。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。圆柱铣刀和端铣刀的且学部分都可看做车道到头的演变，铣刀的每一刀齿相当于一把车刀。通常假定铣削时铣刀受到的铣削力是作用在刀尖的某点上。设刀齿上受到切削力的合理为 F，将 F 沿铣刀轴线、径向和切向经行分解，则分别为轴向铣削力 ，径向铣削力 和切向铣削力 。其中切向铣削力 是沿铣刀主运动方向的分离，它消耗铣床电机功率（即铣削功
16、率）最多。根据机械制造技术基础课程设计指导教程选铣刀。根据最大铣刀直径 24mm，最大铣削宽度 ，最大铣削深度 选择莫氏锥柄立铣刀,铣刀材料为硬质合金，工件材mae8map5料为碳钢。选取工进的最大速度为 =0.4mm/min ，选定铣刀转速 ，铣刀的齿数为 Z=5，fVax min/40r则每齿进给量 =v/(zn)=400/(5*400)mm=0.2mm。f因此铣削力 为：zF13.013.073.00.175.085.0 6.128.9 ndZaapfe= 422 =1958N3.4.2 进给工作台工作载荷计算作用在工作台上的合力 与铣刀刀齿上受到的铣削力的合力 F 大小相同，方向相反，
17、合力F就是设计和校核工作台进给系统时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为F三个力：工作台纵向进给力方向载荷 ，工作台横向进给方向载荷 和工作台垂直进给方向载荷L C。V工作台工作载荷 、 和 与铣刀的切向铣削力 之间有一定的经验比值。因此，求出LCVz后，即可计算出工作台的计算载荷 、 和 。z LFCVNFz164)90.8.(535zV78.7z zxFy103.5 滚珠丝杠螺母副的选型和校核3.5.1 滚珠丝杠螺母副类型选择G.GD 系列滚珠丝杠副 循环列数螺母安装连接尺寸 L规格代号公称直径Do公称导程Pho丝杠外径d滚珠直径Dw螺旋升角丝杠底径d1 G GD D D
18、DG GDB D D h i T注油孔额定动载荷Ca(KN)额定静载荷Coa(KN)接触刚度KcN/um2505-2 2 2+2 40 70 7 17 4502505-3 3 3+3 46 80 10.5 22 3282505-430 5 28.2 3 339 26.74 4+440 66 5350 9011 5.5 10 5.7 5 53 M614 34 65011选用内循环，垫片式预紧方式的滚珠丝杠螺母副。预选 G.GD 系列的 2005-3 丝杠。3.5.2 滚珠丝杠螺母副的校核3.5.2.1 最大工作载荷滚珠丝杠上的工作载荷 是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫进给
19、牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。综合导轨的工作载荷 ，式中： ， ， 分别为工作台进给)(GFfKVLmLFVC方向载荷、垂直载荷和横向载荷（N ） ；G 为移动部件的重力（ N） ；K 和 分别为考虑颠覆力矩影f响的实验系数和导轨上的摩擦系数，随导轨形式的不同。对于综合导轨 ，如果是滚动导轨时， ，现取15.K05.2.f 04.f因此有， )(51.923)10478(0.6)NGFfVLm3.5.2.2 最大动负载 C 的计算及主要尺寸初选滚动丝杠最大动载荷 C 可用下式计算： ，式中：L 为工作寿命，单位为 ，mFf3 r610；
20、n 为丝杠转速 ， ；v 为最大切削力条件下的进给速度610/tLmin)/(r0/1， 为所预选的滚珠丝杠的导程，待刚度验算后再确定；t 为额定使用寿命（h） ，可取mi)(t=15000h； 为运转状态系数，无冲击取 11.2，一般情况取 1.21.5，有冲击振动取 1.52.5；f为滚珠丝杠工作载荷（N ） 。mF初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的个定动载荷 不得小于最大动载荷 C； 。aCa其中：， ，0/1Lvnht15min/4.0v那么，)(NF)10(8.376r5426/ntL)(245.917N1.383FfLC12其中， 1.mf因为 ，所以所选滚珠丝杠螺母副符合最大动载荷
21、要求。CKNa793.5.2.3 传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率 为%62.95)013()(tgt3.5.2.4 刚度验算滚珠丝杠计算满载时拉压形量 1mEALFm0471.652.930.2141 其中 L 取 300mm， ，Mpa406.2 22 65.93)()(d滚珠与螺纹滚道间的接触变形 2 mZFDYJwm 05.68143.592013.013. 222 其中： ， ，kgfN.5.9.wD，kgfmYJ 712331，4.283)/04.()/( wdZ61(8列 数圈 数滚珠丝杠副刚度验算：丝杠的总变形量 应小于允许的变形量。一般 不应大于机床进给系统规定的定位21
22、精度值的一半。或者，由丝杠精度等级查出规定长度上允许的螺距误差，则相应长度上的变形量应该比它晓。否则，应考虑选用较大公称直径的滚珠丝杠。机床的定位精度为 0.04mm， 。因此所选m01.2.05.0471.21 的滚珠丝杠副刚度符合要求。3.5.2.5 压杆稳定性验算13滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定而产生纵向屈曲，即失去稳定。失稳时的载荷载荷 为KF其中， （丝杠承载方式系数，选用一端固定，一端简支方式） ，I 为截面惯量距，0.2zf mmdI 53.280964/5.764/1 临界载荷 与丝杠工作载荷 之比称为稳定性安全系数 ，如果 大于需用稳
23、定安全系数KFFknk，则该滚珠丝杠就不会失稳。因此，滚珠丝杠的压杆稳定条件为：kn kmKk nFn69.2051.934因此，所选滚珠丝杠符合稳定性要求。3.6 导轨的选型和计算初选 GDA20 滚动导轨，额定动载荷 。KNCa4.12滚动导轨副的距离寿命 的计算：L当导轨面的硬度为 5864HRC 时， ；当工作温度不超过 100C 时， ； 为接触0.1Hf 1Tfcf系数，每根导轨条上装两个滑块时 ； 为载荷/速度系数，无冲击振动， ，8cwf 5.w取 1.3；F 为每个滑块上的工作载荷， NGFv 5.6194078因此选用的导轨满足要求。3.7 驱动电机的选择3.7.1 步距角
24、的选择查表初选步距角 步/75.0bN40324053.89162LEIfzkm59733.810.6142350WTHafF143.7.2 步进电机输出转矩的选择3.7.2.1 空载启动力矩（1） 加速度力矩 min/625301.7360maxa rvnpb)(4.72ckgJ运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间 st2.02max160tnJMka20.543.7cN92(2) 空载摩擦力矩 )(40.18.4325010 cmNiLfGMKf 式中，G 为移动部件的总重量（ N） ； 为导轨摩擦系数； 为齿轮传动降速比； 为传动系数总fi效率； 为滚珠丝杠的基本导程（cm）
25、。0L（3） 附加摩擦力距 )N(2.6)95.01(8.43276)1(200 cmiLFMYJ 式中， 为滚珠丝杠预加载荷，即预紧力，一般取的 的 ； 为进给牵引力（N） ； 为滚YJ mF3m0珠丝杠未预紧时的传动效率。（4） 空载启动转矩计算 )(61.32.40.9.20 cMkfakq 按照计算出的空载启动转矩，查表 2-17 得出最大静转矩 )(24.3951.067.1max cmNkqj 3.7.2.2 带负载启动时的总负载转矩 fq（1） 加速度力矩15min/3.8601.7543maxa rvnpb)(6.72ckgJ运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间 st
26、5.02max160tnJMka205.384.7cN31（2） 空载摩擦力矩 )(0.mKf（3） 附加摩擦力距 260cM（4） 作用在工作台的合理折算到电机上的转矩 FM )(43.198.0251930 cmNiLF （5） 带负载启动时的总负载转矩 )(39.1.2.6.34.10 cMFkfafq 运动部件正常运行时所需的最大静转矩 78.5.039.2max mNMfqj 3.7.2.3 按照 和 中的较大者选取步进电机的最大静转矩 ，并要求1maxj2axj axj，)(987.3)(78.39,2maxax cNMjjjj ，因此选用 130BF001 步进电机可以符合要求。
27、2axm3.9jjN3.7.3 距频特性校核3.7.3.1 启动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量 ，电动机转子的转动惯量264.7cmkgJ，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率 。由式（4-27.4cmkgJm ZqHf3017）可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为： ZmqLJff 85.17.4/6130/116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 。ZH85.1实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，3.7.3.2 运行矩频特性校核(1) 快进运行距频特性校核最高运行频率 Hzvfp501.6301maxax 快进力矩 )(24. cmN
28、MKfJ 查 130BF001 的运行距频特性， 所对应的运行距频大于 5000HzKJ(2) 工进运行距频特性校核工进时步进电机的运行频率 HzvfpGJ 601.4601摩擦力矩 )(98.8.4325)7(.2)( cmNiLFfMvf 工作负载力矩折算到电机上的力矩 )(60.1.160iFMtt 工进时电机运行力矩 8.725982.0 cNtfGJ 查 130BF001 的运行距频特性， (允许工进频率)。HzY6yGTf3.7.4 验算惯量匹配电动机轴上的总当量负载转矩惯量与电机轴自身转动惯量的比值应该控制在一定的范围内，既不应太大，也不应太少，即伺服系统的动态特性主要取决于负载
29、特性，由于工作条件的变化而引起的负载质量、刚度、阻尼等的变化，将导致系统动态特性也随之产生较大变化，使伺服系统综合性能变差，或给控制系统设计造成困难。如果该比值太小，说明电动机选择或传动比设计不太合理，经济性较差。为使该系统惯量达到较合理的匹配，一般应将比值控制在 之间。14)(7.42cmKgJm)(03.6.1895023. 2cmKgJGLsd 4.7.md由此可见， ，符合惯量匹配要求。14mdJ17经过以上讨论，选用 130BF001 步进电动机可以满足要求。由于 Y 方向与 X 方向的要求相差不多，可以选用同样的丝杠，导轨，电机经过以上计算，选用的零件以下列表：滚珠丝杠 滚动导轨
30、混合式步进电机X 方向 G.GD 系列 2005-3 GDA20 滚动导轨 130BF001Y 方向 G.GD 系列 2005-3 GDA20 滚动导轨 130BF001第四章 数控系统设计4.1 控制系统硬件的基本组成4.1.1 数控系统的硬件框图如下所示：4.1.2 微处理器选择中央处理单元 CPU存储器RAMROM输入/输出I/O 接口信号变换控制对象外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯接口等18在以单片机为核心的控制系统中，大多数采用 MCS-51 系列单片机的 8031 芯片，经过扩展存储器、接口和面板操作开关等，组成功能较完善、抗干扰性能较强的控制系统。8031 内部包含一个8
31、 位 CPU，128 字节的 RAM，两个 16 位的定时器，四个 8 位并行口，一个全双工串行口，可扩展的程序和数据存储器各 64K，有 5 个中断源。4.1.3 系统扩展系统中采用键盘实现输入，并采用 LED 显示器，它们均需要占用较多芯片口线，所以该系统需要进行系统扩展。可编程并行接口 8155A 是一种应用广泛的并行接口扩展器件。它具有三个 8 位并行口 PA、PB、PC，由此提供了 24 条口线。U1 8037 815P.462ALED3RW0.IO/M图 4-1 扩展连线4.1.4 显示模块与键盘连接如图 3-2，通过 P1 口及译码器的键盘和显示接口电路。这里由 P1 口的准双向
32、口功能可以实现一口多用。首先，使 P1 口的低 4 位输出字形代码；P1 口的高 4 位输出一个位扫描字，经 38 译码器后显示某一位，并持续 1ms。各位扫描一遍之后，关掉显示。其次，使 P1 口的高 4 位转为输入方式，使 P1 口的低 4 位输出键扫描信号，有键按下时，转入键译码和处理程序。19图 32 通过 P1 口及译码器的键盘和显示接口电路4.1.5 步进电机驱动电路设计(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。本设计的脉
33、冲分配由软件完成。（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。（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。4.2 接口程序初始化及步进电机控制程序4.2.1 8255A 初始化程序INTT: MOV DX, 8155A 控制端口MOV AL, 86HOUT
34、 DX, ALMOV AL, 05HOUT DX, AL4.2.2 40H 类型中断服务程序MOV DX, 8155AIN AL, DXIRET4.2.3 步进电机驱动程序4.2.4.1 电机的控制电路原理及控制字 20节拍 控制字正转 反转 通电相 二进制 十六进制1 10 A 00000000 00H2 9 AB 00000001 01H3 8 B 00000011 03H4 7 BC 00000010 02H5 5 C 00000110 06H6 5 CD 00000111 07H7 4 D 00000101 05H8 3 DE 00000100 04H9 2 E 00001100 0C
35、H10 1 EA 000001101 0DH设电机总的运行步数放在 R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志位 F1（D5）中，当 F1为 0 时，电机正转，为 1 时则反转。正转时 P1 端口的输出控制字 00H,01H,03H,02H,06H,07H,05H,04H,0CH,0DH 存放在片内数据存储单元 20H29H 中，2AH 中存放结束标志 00H，在 2BH36H 的存储单元内反转时 P1 端口的输出控制字 00H,0DH,0CH,04H,05H,07H,06H,02H,03H,01H,00H 存放在 37H 单元内存放结束标志 00H。4.2.4.2 电机正反转及转速控制程序P
36、USH A ；保护现场MOV R4, #N ；设步长计数器CLR C；ORL C, D5H ；转向标志为 1 转移JC ROTE；MOV R0, #20 ；正转控制字首址指针AJMP LOOP；ROTE: MOV R0, #2BH ；反转控制字首地址LOOP: MOV A, R0 ；MOV P1, A ；输出控制字ACALL DELAY ； 延时INC R0 ；指针加 1MOV A, #00H ；ORL A, R0 ；JZ TRL；LOOP1: DJNZ R4, LOOP ；步数步为 0 转移POP A ；恢复现场RET； ；返回TPL: MOV A, R0 ；CLR A；SUBB A, #0
37、6H；MOV R0, A ； 恢复控制字首指针AJMP LOOP1；DELAY: MOV R2, #M ；DELAY1: MOV A, #M1 ；LOOP: DEC A；JNZ LOOP；DJNZ R2, DELAY1；RET；214.3 直线圆弧插补程序设计在机电设备中，执行部件如要实现平面斜线和圆弧曲线的路径运动，必须通过两个方向运动的合成来完成。在数控机床中，这是由 X、Y 两个方向运动的工作台，按照插补控制原理实现的。4.3.1 直线插补程序的设计4.3.1.1 用逐点比较法进行直线插补计算，每走一步，都需要以下四个步骤：偏差判别：判别偏差 或 ，从而决定哪个方向进给和采用哪个偏差计算
38、公式。0mF坐标进给：根据直线所在象限及偏差符号，决定沿+X、+Y、-X、-Y 的哪个方向进给。偏差计算：进给一步后，计算新的加工偏差。终点判别：进给一步后，终点计算器减 1.若为 0，表示到达终点停止插补；不为 0，则返回到第一步继续插补。终点计算判别可用两个方向坐标值来判断，也可由一个方向的坐标值来判断。当，可用 X 方向走的总步数 作为终点判别的依据，如动点 X 等于终点 则停止。当eYeXe，则用 Y 方向走的总步数 作为终点判别的依据。Y由此，第一象限直线插补程序的算法如图：224.3.1.2 程序设计设计程序时，在 RAM 数据区分别存放终点坐标值 、 ，动点坐标值 X,Y，偏差
39、。对 8eXYmF位机，一般可用 2 字节，而行程较大时则需用 3 字节或 4 字节才能满足长度和精度要求。此外，所有的数据区必须进行初始化，如设置初始值、X 、Y 向步进电机初态（控制字） 。插补程序所用的内存单元如下：28H 29H 2AH 2BH 2CH 70HeeYX Y mF电机正反转控制字电机正反转控制字为：D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D1D0 为 X 向电机控制位。D0=1 运行，D0=0 停止；D1=1 正转，D1=0 反转。D2D3 为 Y 向电机控制位。D2=1 运行，D2=0 停止；D3=1 正转，D3=0 反转。第一象限直线插补的程序如下：ORG 20
40、00HMIAN: MOV SP, #60H;LP4: MOV 28H,#0C8H; eXMOV 29H,#0C8H; YMOV 2AH,#00H; XMOV 2BH,#00H; YMOV 2EH,#00H; FMOV 70H,#0AH; LP3: MOV A,2EH;JB ACC.7,LP1MOV A,70HSETB ACC.0CLR ACC.2MOV 70H,A;LCALL MOTR;23LCALL DELAY;MOV A,2EH;SUBB A,29;INC 2AH;AJMP LP2;LP1: MOV A,70HSTEB ACC.2CLR ACC.0LCALL MOTRLCALL DELAY
41、MOV A,2EHADD A,28HLP2: MOV 2EH,AMOV A,28HCJME A,2AH,LP3RET程序中 MOTR 为步进电机的控制子程序。4.3.2 圆弧插补程序的设计4.3.2.1 逐点比较法逐点比较法的圆弧的插补计算过程和直线插补过程基本相同，也分为偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别四个步骤。不同点在于：（1）偏差计算公式步进与前一点偏差有关，还与前一点的坐标有关，在计算偏差的同时要进行坐标计算。 （2）终点的判别是以一个方向的坐标值与终点坐标值相比较判断其是否相等为判据。若 ，则以 X 是否等于 作为终点判据；若eYXe，则以 Y 是否等于 作为终点判据。eXe第
42、一象限逆圆弧插补程序算法如图：244.3.2.2 程序设计和直线插补程序设计一样，也在内存中开辟存储单元用以存放有关数据。在 RAM 数据区分别存放懂点坐标 X 和 Y，其初始值为起点坐标值，其后依据坐标计算结果而变化，存放终点坐标值， 以及存放偏差 飞存储单元。第一象限逆圆弧插补程序如下：e mFXL EQU 18HXH EQU 19HYL EQU 28HYH EQU 29HL EQU 1AHeXH EQU 1BHL EQU 2AHeYH EQU 2BHFL EQU 2CHFH EQU 2DHORG 2400HMAIN: MOV SP,#60H;MOV 70H,#08H;MOV XL,#80
43、H;XLMOV XH,#0CH;XHMOV L,#80H; LeYeMOV H,#0CH; HMOV L,#00H; LeXeMOV H,#00H; HMOV YL,#00H; YLMOV YH,#00H; YHMOV FL,#00H; FLMOV FH,#00H; FHLP3: MOV A,FHJNB ACC.7,LP1MOV A,70HSETB ACC.2CLR ACC.0LCALL MOTRMOV R1,#28H25MOV R0,#1CHMOV R7,#02HLCALL MULT2ADD: CLR CMOV A,FLADDC A,1CHMOV FL,AMOV A,FHADDC A,1DH
44、MOV FH,ACLR CMOV A,YLADD A,#01HMOV 28H,AMOV A,YHADDC A,#OOHMOV YH,ACLR CMOV A,FLADD A,#01HMOV FL,AMOV A,FLADDC A,#00HMOV FH,AAJMP LP2LP1: MOV A,70HSETB ACC.0MOV 70H,ALCALL MOTRMOV R1,#18HMOV R0,#1CHMOV R7,#02HLCALL MULT2SUB: CLR CMOV A,FLSUBB A,1CHMOV FL,AMOV A,FLSUBB A,1DHMOV FH,ACLR CMOV A,XL26SUB
45、B A,#01HMOV XL,AMOV A,XHSUBB A,#00HMOV XH,ACLR CMOV A,FLADD A,#01HMOV FL,AMOV A,FLADDC A,#00HMOV FH,ALP2: MOV A,YHCJNE A, H, LP3AeYMOV A,YLCJNE A, L, LP3AeLP3A: AJMP LP3ORG 2500HMULT2:PUSH PSWPUSH APUSH BCLR CMOV R2,#00HSH1: MOV A,R1MOV B,#02HMUL ABPOP PSWADDC A,R2MOV R0,AINC R0INC R1DJNZ R7,SH1POP BPOP PSWRET27参考文献1 机械设计（第七版） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室2 机械制造技术基础 吉林大学 于骏一 邹青 3 机械制造装备设计（第二版） 大连理工大学 冯辛安 4 画法几何与机械制图 机械类 近机类 冯开平 左宗义5 机电一体化设计基础 机械工业出版社 郑堤 唐可洪6 机械制造技术基础课程设计指导教程 邹青7 单片机中级教程原理与应用 北京航空航天大学出版社 张俊谟8 微型计算机原理及应用（第三版） 郑学坚 周斌9 实用机床设计手册10 机械设计手册2811 机械加工工艺装备设计手册12 机械零件设计手册
