基于PC的二维数控实验台的设计与实现(含CAD装配图,原理图)(论文设计说明书14800字,CAD图纸3张)
[摘要]
本论文课题是基于PC机的二维数控实验台的设计与实现，目的是为了了解二维数控实验台的设计方法和特点，以及如何用PC机控制数控实验台的动作，将所学到的理论知识运用到实际设计之中，理论和实践相结合。
本文首先通过对怎样用PC机控制数控实验台的介绍加深人们对PC机控制的了解。然后对实验台进行分析，最终确定PC机对数控实验台的速度与位移的控制。
在对实验台机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副和电机进行了计算、选型、校核，确保了机械传动部件的精度和刚度，使之满足系统的要求：通过计算，选择了步进电机驱动。
本设计结合机电一体化课程教学环节需要，设计用微型计算机作为控制系统的X-Y工作台。通过论述X-Y工作台机械结构设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中的共性和关键技术.并用VB软件设计了一个实验系统的控制界面，使操作更简便。
关键词：X—Y工作台；微型计算机；机电一体化设计。
PC-based two-dimensional test-bed CNC Design and Implementation
Abstract：
In this paper, the subject is based on the PC of the two-dimensional test-bed CNC Design and Implementation, In order to understand the purpose of test-bed two-dimensional numerical control design method and characteristics of, PC control, as well as how to test the action of NC, Learned to use the theoretical knowledge to practical design, combination of theory and practice.
In this paper, through the PC to control how the introduction of NC test-bed to deepen people's understanding of PLC control. And then an analysis of the test-bed, CNC PC to finalize the test-bed for the speed and displacement control.
In the mechanical structure of the experimental design process, Vice-principal of the ball screw and motor calculated, selection, checking to ensure the accuracy of mechanical transmission components and stiffness, So as to meet the system requirements: through the calculation, select the stepper motor driver.
Originally design combining electromechanics' integrated course teaching link to need , design the X-Y workstable which use microcomputer as the control system.. Through expounding the design of the of the X-Y workstable’s mechanical structural and the interface of the control circuit, have explained the generality and the key technology in the electromechanical integrated design. And design one control interface of the experimental systenm with the VB sofeware, which make operating more simple and more convenient.
Key words：The X-Y workstable；Microcomputer；electromechanical integrated design
本次毕业设计的题目是设计一个基于PC机控制的二维数控实验台的实验装置，开发有关PC控制数控实验台的实验，并能有相关装置完成控制动作，可以检查实验设计的正确性，又因为具有仿真效果使其更贴近工程实际。绘制总体布局图和机械部分的装配图，并完成相关的I/0接线图。
由于本次是设计一个二维数控工作台，既是一个仿真设计实验，不能按实际的大小尺寸来设计，只要能符合设计要求，完成所要求的基本动作就能达到目的，也必能对以后PC机控制二维数控工作台产生积极的促进作用。我选择设计基于PC机控制的二维数控实验台，其中要完成的动作是要PC控制X、Y工作台电动机的停止及启动，即Y工作台的左移、右移，X工作台的前移、后移，实现两工作台的点动和连续控制。
2.1设计参数
1. 系统分辨率为
2. 工作台加工范围： 230 mm150 mm
3. 最大移动速度：
2.2机械传动部件的选择
1. 导轨副的选用 要设计的二维工作台式用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不已爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。
2. 丝杠螺母副的选用 伺服电机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和 mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、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. 减速装置的选用 选择了步进电机和滚珠丝杠副以后，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，且应有小间隙机构。为此，本设计决定采用无间隙齿轮传动减速箱。
4. 伺服电动机的选用 因本设计的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，可以选用性能好一些的步进电机，如混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。
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，以及伺服电机拟采用相同的型号与规格。
目 录
1前言 1
1.1设计课题的意义 1
1.2设计任务的介绍 1
1.3基于PC机实验台的组成 1
2总体方案的确定 3
2.1设计参数 3
2.2机械传动部件的选择 3
2.3控制系统的设计 4
3机械传动部分的设计计算与选型 6
3.1导轨上移动部件的重量估算 6
3.2直线滚动导轨副的计算与选型 6
3.2.1滑块承受工作载荷 的计算及导轨型号的选取 6
3.2.2额定寿命的计算 6
3.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型 7
3.3.1最大工作载荷 的计算 7
3.3.2最大动载荷 的计算 7
3.3.3初选型号 7
3.3.4传动效率的计算 7
3.3.5刚度的校验 8
3.3.6压杆稳定性校验 8
3.4步进电动机的计算与选型 7
3.4.1计算加在步进电机转轴上的总转动惯量 8
3.4.2计算加在步进电机转轴上的等效负载转矩 9
4 X-Y工作台与PC的接口设计 13
4.1 接口设计 13
4.1.1 8255A与步进电机的连接 13
4.1.2 ADC与微机的连接和传感器的选用 13
4.1.3 编写接口的初始化程序 15
4.1.4 8255A初始化程序 15
4.1.5 8259A初始化程序 15
4.1.6 从端口A输出8位数据并启动ADC0809 15
4.1.7 40H类型中断服务程序 15
4.2步进电机驱动程序 15
4.2.1步进电机的控制电路原理及控制字 16
4.2.2步进电机正反转及转速控制程序 16
5 插补程序设计 17
5.1 逐点比较法的插补原理 18
5.1.1 偏差判别 18
5.1.2 坐标进给 18
5.1.3 重新计算偏差 18
5.1.4 终点判别 18
5.2直线的逐点比较法插补 18
5.2.1 偏差计算公式 18
5.2.2 终点判断方法 19
5.2.3 直线插补程序 20
5.3 圆弧的逐点比较法插补 22
5.3.1 偏差计算公式 22
5.3.2 终点判断方法 23
5.3.3 圆弧插补程序 24
6 实验系统的控制程式和界面 ....32
总结......................................................40
致谢 41
参考文献 42
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