单片机控制的数控X-Y工作台系统设计+电路原理图+汇编源程序 第2页
1 前言
1.1 课题设计研究背景和意义
随着现代信息技术的发展，制造业得到了快速发展，促使机械加工技术发生深刻的变化，企业不但追求高效率的生产模式，更追求高标准的质量要求；因此这使得机械设备的功能要求越来越强大，其结构及功能随之也变得复杂。所以能够设计出功能全面、效率高、耐压性强，加工精度高的机械加工设备是制造业中最重要的课题之一，我们此次研究的课题—X-Y数控工作台属于高精密加工的核心部件，它的传动部件的定位精度直接影响系统的加工精度。
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工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。数控工作台一般是指由步进电机驱动的开环控制工作台，但由于步进电机在起动及运行频率较高时易失步，无法达到较高的精度，因此本设计采用半闭环控制使控制精度大大提高。
本设计为验证性设计，通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和人机接口软件的设计思路，通过Proteus软件进行仿真实验。
1.2 研究的内容
X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，通常由导轨座、滑动模块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及步进电机的部件构成。控制系统可选用标准的工业控制计算机，也可设计专用的微机控制系统。本设计用AT89C52组成专用单片机控制系统，从键盘输入G代码后，能通过直线插补和圆弧插补，完成平面轮廓加工。
设计要求完成整个控制系统的硬件设计和完成整个控制系统的人机接口软件设计，通过Keil编译和调试程序，并最终在Proteus软件中仿真。
1.3 研究的技术路线
本设计研究的技术路线主要包括：1.机械系统运动参数的计算；2.步进电动机及其选择；3.步进电动机的控制与驱动；4.增量式旋转编码器的选用；5.控制系统的电源设计与选择；6.光电隔离电路设计与应用；7.开关量输入通道电路设计与应用；8.常用存储器与I/O接口芯片的应用电路设计；9.键盘与LED显示电路应用设计；10.控制系统的人机接口软件设计；11.在Protel软件中绘制系统硬件原理图；12.在Keil软件中完成程序的编译和调试；13.在Proteus软件中进行系统的调试与仿真。
2 总体方案的确定
2.1 机械传动部件的选择本文来自辣*文~论-文^网
2.1.1 导轨副的选用
要设计的X-Y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。
2.1.2 丝杆螺母副的选用
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脉冲当量和±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求[1]，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。
2.1.3 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[1]。
2.1.4 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3000mm/min，故本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[1]。以降低成本，提高性价比。
2.1.5 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[1]。
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，本设计的侧重点是控制电路的设计，为了减少机械传动部件设计工作量， 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。
2.2 控制系统的设计毕业论文
http://www.751com.cn（1）本设计的X-Y工作台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，能够完成平面轮廓的加工，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AT89C52作为控制系统的CPU[1]，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。
2.3 绘制总体方案图
总体方案图如图1-1所示：图1-1 总体方案图
2.4 本章小结
本章主要是完成了系统总体方案确定的机械传动部件的选用和控制系统的总体设计思想的分析，机械传动部件完成了一些主要传动机构的初步选择，而为后续的设计中，还将会对其进行分析、计算和校核的。考虑到数控工作台对要求控制系统要有较高的精度和较快的反应速度，我选用了AT89C52单片机作为控制系统，能够满足系统的设计要求。
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