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数学化凸轮机构的设计研究

作 者: 崔伟
导 师: 王安敏
学 校: 青岛科技大学
专 业: 机械制造及自动化
关键词: 数字化凸轮 凸轮曲线 单片机 步进电机 光电编码器
分类号: TH112.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 118次
引 用: 1次
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内容摘要


现代工业中,机械凸轮有着广泛的应用,但是因为其固有的缺点,在很多自动化机构中受到限制。而数字化凸轮机构以其精度高、加工柔性好、控制方便等特点,并且能够通过软件编程实现从动件的运动规律,因此能够在很多场合取代机械凸轮机构。本课题研究了一种由单片机控制的数字化凸轮系统,该系统以AT89C52单片机为核心,通过编写程序控制步进电机转动,以步进电机带动精密丝杠作为执行机构,将步进电机的旋转运动转化为从动件的直线运动,同时使用光电编码器检测输出轴的转角位置,并将转角信号反馈给单片机,调整运动输出,从而模拟出高精度的凸轮运动曲线。并且可以将多条凸轮曲线存储在单片机的外接存储器中,方便的实现不同加工曲线的切换。本文在分析机械凸轮曲线的基础上,建立了数字化凸轮机构的控制函数方程,并以二次多项式凸轮曲线为例进行了详细的计算,建立了数据表格,在此基础上确立了系统的运行方法。同时仔细分析了系统控制电路,采用当前流行的电子元器件设计驱动电路来取代传统的步进电机驱动电路设计,并在proteus环境下完成了步进电机驱动电路、光电编码器电路、键盘输入与LED显示电路以及系统报警电路等电路的详细设计,而且在完善系统功能的基础上还增加了抗干扰电路的设计,从而确保系统的可靠运行。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-19
  1.1 数字化凸轮系统研究的背景  10-12
  1.2 数字化凸轮机构研究的目的和意义  12-15
    1.2.1 数字化凸轮机构研究的目的  12-13
    1.2.2 数字化凸轮机构研究的意义  13-15
  1.3 国内外发展现状  15-17
    1.3.1 数字化凸轮概念的提出及国外发展状况  15-16
    1.3.2 国内发展现状  16-17
  1.4 论文的主要研究内容  17-18
  1.5 本章小结  18-19
2 数字化凸轮系统的总体结构设计  19-25
  2.1 系统要实现的功能  19
  2.2 系统结构及工作原理  19-21
  2.3 主要结构部件的选择及相关技术  21-24
    2.3.1 微控制器  21
    2.3.2 执行机构的选择  21-22
    2.3.3 光电编码器的选取  22-23
    2.3.4 滚珠丝杠的选择  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 数字化凸轮机构的运动规律控制  25-32
  3.1 机械凸轮机构的运动规律  25-28
  3.2 数字化凸轮机构的运动控制函数  28-31
    3.2.1 控制凸轮机构的输入控制函数  28-30
    3.2.2 数字化凸轮运动控制函数  30-31
  3.3 本章小结  31-32
4 数字化凸轮系统硬件结构设计  32-45
  4.1 系统硬件设计原则  32-33
  4.2 步进电机控制系统  33-40
    4.2.1 步进电机系统控制原理  33-34
    4.2.2 步进电机的细分驱动与隔离电路  34-36
    4.2.3 步进电机的选择  36-40
  4.3 光电编码器  40-44
    4.3.1 光电编码器工作原理  40-41
    4.3.2 光电编码器输出信号处理电路的方案设计  41-44
  4.4 本章小结  44-45
5 数字化凸轮系统硬件电路设计  45-69
  5.1 系统硬件总体设计  45-48
    5.1.1 硬件控制系统总体设计  45-46
    5.1.2 硬件电路仿真软件介绍  46-48
  5.2 步进电机控制电路  48-53
    5.2.1 步进电机驱动器的选取  48-50
    5.2.2 TA8435 的工作原理  50-51
    5.2.3 步进电机控制电路  51-53
  5.3 光电编码器电路  53-57
    5.3.1 光电编码器辨向电路  54-56
    5.3.2 光电编码器与单片机的接口电路  56-57
  5.4 8255A 接口电路  57-59
  5.5 键盘输入、LED 显示电路  59-60
  5.6 凸轮曲线存储器EPROM 接口电路  60-63
  5.7 串行通信电路设计  63-66
    5.7.1 RS-232C 串行接口总线标准  63-65
    5.7.2 MAX232 芯片与硬件接口电路  65-66
  5.8 系统的复位电路设计  66-68
    5.8.1 上电复位电路  66
    5.8.2 手动复位电路  66-67
    5.8.3 看门狗复位电路  67-68
  5.9 本章小结  68-69
6 系统软件设计  69-78
  6.1 凸轮轮廓曲线的计算  69-71
  6.2 数字化凸轮系统运动方案设计  71-73
  6.3 系统子程序设计  73-77
    6.3.1 步进电机的软件控制  73-75
    6.3.2 键盘输入子程序设计  75-76
    6.3.3 报警子程序设计  76-77
  6.4 本章小结  77-78
7 抗干扰措施  78-87
  7.1 常用的抗干扰措施  79-82
    7.1.1 抗干扰的硬件措施  79-80
    7.1.2 抗干扰的软件措施  80-82
  7.2 数字化凸轮系统的抗干扰设计  82-86
    7.2.1 MAX813L 芯片功能  82-83
    7.2.2 硬件电路设计  83-84
    7.2.3 抗干扰程序设计  84-86
  7.3 本章小结  86-87
总结与展望  87-89
  总结  87
  展望  87-89
参考文献  89-93
致谢  93-94
攻读学位期间发表的学术论文目录  94-95

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械学(机械设计基础理论) > 机构学 > 凸轮机构
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