立式銑床使用的X-Y兩軸控制的數(shù)控平臺(tái)--課程設(shè)計(jì).docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除攀枝花學(xué)院Panzhihua University 課程設(shè)計(jì)（說(shuō)明書）立式銑床使用的X-Y兩軸控制的數(shù)控平臺(tái)院 （系）： 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 二班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師： 職 稱： 教 授 2016 年 12月 18 日此文檔僅供學(xué)習(xí)與交流攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目立式數(shù)控銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)1、課程設(shè)計(jì)的目的學(xué)生在完成各綜合課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的電氣、PLC控制知識(shí)，組合機(jī)床知識(shí)，獨(dú)立完成立式數(shù)控銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)；從而使學(xué)生在完成立式數(shù)控銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床相關(guān)知識(shí)的。能夠?qū)W(xué)生起到加深機(jī)電一體化設(shè)計(jì)及PLC控制理論的掌握和強(qiáng)化實(shí)際運(yùn)用能力的鍛煉。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）1、 元件選型、繪制立式數(shù)控銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)裝配圖2、 完成PLC接口地址分配、外圍線路、繪制I/O圖。3、 編寫設(shè)計(jì)（實(shí)習(xí)）說(shuō)明書3、主要參考文獻(xiàn) 【1】尹志強(qiáng) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書【2】楊建明. 數(shù)控加工工藝與編程北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.【3】李洪 . 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)北京：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.4、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃內(nèi)容學(xué)時(shí)總體方案的確定3機(jī)床傳動(dòng)部件與選型3步進(jìn)電機(jī)減速箱的選用4步進(jìn)電機(jī)的選型與計(jì)算3電氣原理分析4工作臺(tái)裝配圖繪制10合計(jì)3周指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見(jiàn)：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時(shí)間： 2016年 11月 28日課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表題目名稱立式數(shù)控銑床X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過(guò)實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘要X-Y數(shù)控工作臺(tái)是是指能分別沿著X 向和Y向移動(dòng)的工作臺(tái)，是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。載實(shí)1通過(guò)該實(shí)驗(yàn)使同學(xué)們深刻了解所使用的可逆寄存器微分SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令的共同點(diǎn)都是具有控制數(shù)據(jù)左、右移動(dòng)功能;而其不同處是應(yīng)該注意到使用可逆寄存器SFTR指令時(shí)，要加前沿微分DIFU( 013)指令而可逆寄存器微分SFTR是不需要的。 實(shí)驗(yàn)所用的電動(dòng)機(jī)容量為0. 25kW，采用直接啟磯3臺(tái)電動(dòng)機(jī)每臺(tái)可逆順序啟動(dòng)的時(shí)間間隔為2秋3臺(tái)電動(dòng)機(jī)首先正轉(zhuǎn)順序啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束轉(zhuǎn)為正常運(yùn)布錄正常運(yùn)行的時(shí)間定為10秒，停止時(shí)間定為5秋3臺(tái)電動(dòng)機(jī)再反轉(zhuǎn)順序啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束轉(zhuǎn)為正常運(yùn)布錄正常運(yùn)行的時(shí)間定為10秒，停止時(shí)間定為5秋實(shí)驗(yàn)要求按照上述順序反復(fù)運(yùn)標(biāo)實(shí)驗(yàn)所使用的PLC為OMRON- CPM2A-CDR- A型機(jī)關(guān)鍵詞 X-Y數(shù)控工作臺(tái)，數(shù)控銑床AbstractCNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.Keywords XY table ， CNC milling tools目錄摘要IAbstractII1 設(shè)計(jì)任務(wù)12 設(shè)計(jì)主要步驟22.1 確定設(shè)計(jì)總方案22.1.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇22.2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)33 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型43.1工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算43.2 計(jì)算切削力53.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型63.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型64 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型94.1步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算及校核94.1.1計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量94.1.2計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩104.1.3最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩114.1.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定114.1.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核114.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用134.3確定聯(lián)軸器的型號(hào)144.4增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用145 電氣原理圖設(shè)計(jì)155.1典型數(shù)控工作臺(tái)電氣原理155.2單片機(jī)的選擇155.3外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展165.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展165.5 I/O口擴(kuò)展電路165.6 顯示器接口設(shè)計(jì)165.7 鍵盤接口電路設(shè)計(jì)175.8 步進(jìn)電機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)176 工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)186.1 進(jìn)給控制原理框圖186.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)186.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理186.4 驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)間常數(shù)196.5 電源電路的確定206.6 元器件的確定20 7 機(jī)械部分裝配圖的繪制22總結(jié)23參考文獻(xiàn)241 設(shè)計(jì)任務(wù)題目：立式銑床使用的X-Y兩軸控制的數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供立式銑床使用的X-Y兩軸控制的數(shù)控平臺(tái)，平臺(tái)的主要參數(shù)如下：1 最大銑削寬度 13mm2 最大背吃刀量 7mm3工作臺(tái)進(jìn)給最大移動(dòng)速度 Vxf=Vyf=550mm/min4工作臺(tái)空載最大移動(dòng)速度 Vx0=Vy0=3500mm/min5加工范圍 300mmX330mm6工作臺(tái)面尺寸 280mmX320mm7定位精度 取0.012 設(shè)計(jì)主要步驟2.1 確定設(shè)計(jì)總方案2.1.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 （1）導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計(jì)的數(shù)控銑床X-Y工作臺(tái)，是輕型立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 （2）絲杠螺母副的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，題目擬取定位精度為0.01，滑動(dòng)絲杠副無(wú)法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。同時(shí)選用內(nèi)循環(huán)的形式，因?yàn)檫@樣摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。（3）伺服電機(jī)的選用選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書未給出精度，這里取脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，取得脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也沒(méi)有達(dá)到微米級(jí)，空載最快運(yùn)動(dòng)速度只有3500mm/min。故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用一些性能較好的步進(jìn)電機(jī)，如混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比（4）減速裝置的選用選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。（5）檢測(cè)裝置的選用選用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)以后，可選擇開(kāi)環(huán)控制，也可以選擇閉環(huán)控制。為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不受切削負(fù)載的英系那個(gè)而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與不僅電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。 2.2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1） 設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有輪廓控制，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。（2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。（3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。（4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。3 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3.1工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 根據(jù)給定有效行程，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量WX和WY。X-Y工作臺(tái)如圖3-1所示： 圖 3-1 X-Y工作臺(tái)X向拖板(上拖板)尺寸為: 長(zhǎng)*寬*高=620 x 320 x 40 重量:按重量=體積*材料比重估算為: = N=619N （3-1）Y向拖板(下拖板)尺寸為: 長(zhǎng)*寬*高=重量=N=594N （3-2）上導(dǎo)軌(含電機(jī))估算重量為：240N夾具及工件重量:150NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:619N+594N+240N+150N=1600N （3-3）按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為1600N。3.2 計(jì)算切削力由于零件的加工方式為立銑，設(shè)采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由參考文獻(xiàn)【1】表3-7查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式如下： （3-4）今設(shè)選銑刀直徑d=15mm，齒數(shù)Z=3，為計(jì)算最大銑削力，任務(wù)給出最大銑削寬度ae=15mm，最大背吃刀量ap=7mm。 工件材料為碳素鋼。由參考文獻(xiàn)【2】中P13頁(yè)，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進(jìn)給量fz=0.1mm銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min將各參數(shù)代如 （3-5）采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可由參考文獻(xiàn)【1】表3-5中查得，各銑削力之間的比值范圍如下：=(1.01.2) 取1.1/=(0.20.3) 取0.25/=（0.350.4） 取0.38 考慮逆銑時(shí)的情況，因?yàn)槟驺姷那闆r的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險(xiǎn)的工況。由此可估算三個(gè)方向的銑削力分別為： （與絲杠軸線平行） （與工作臺(tái)面垂直） （與絲杠軸線垂直）考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力Fz，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力Fx，徑向銑削力為Fy。 3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 （1）工作載荷的計(jì)算 工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： （3-6）其中，移動(dòng)部件重量G=1600N,外加載荷外加載荷代入式（3-6）得最大工作載荷。 查參考文獻(xiàn)【1】表3-41，根據(jù)工作載荷=0.7629KN。初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副型號(hào)KL系列的JSA-LG15型，其額定動(dòng)載荷Ca=7.94KN，額定靜載荷Coa=9.5KN。 任務(wù)中規(guī)定工作臺(tái)面的尺寸為 280mmX320mm，加工范圍為300mmX330mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查參考文獻(xiàn)【1】表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取X方向?qū)к夐L(zhǎng)度為580mm，Y方向?qū)к夐L(zhǎng)度為640mm。（2） 距離額定壽命L的計(jì)算 上述選取的KL系列JSA-LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過(guò)100攝氏度，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查參考文獻(xiàn)【1】表3-36-表3-40，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入公式（3-7）得 （3-7）遠(yuǎn)大于期望值50KM，故距離額定壽命滿足要求。3.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 （1）最大工作載荷的計(jì)算如前所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷Fx=1050.5N，受到橫向載荷Fy=238.8N，受到垂直方向的載荷Fz=362.9N。已知移動(dòng)部件總質(zhì)量G=1600N，按矩形導(dǎo)軌計(jì)算，查參考文獻(xiàn)【1】表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)u=0.005.求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： =1.11050.5+0.005(238.8+362.9+1600) =1167N （3-8）（2) 最大計(jì)算動(dòng)載荷的確定設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=550mm/min，初選絲杠導(dǎo)程P=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作5年,每年算360天，每天工作8小時(shí)，由此得使用壽命為：T=5x360x8=14400h，代入公式，得出絲杠壽命系數(shù)。查參考文獻(xiàn)【1】表3-30，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時(shí)，硬度影響系數(shù)取值，代入下式得： （3-9）（3）規(guī)格型號(hào)的初選根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選絲杠的導(dǎo)程，查參考文獻(xiàn)【1】表3-31，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，七公稱直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈x1列，精度等級(jí)取5級(jí)，螺母安裝尺寸L=80mm，額定動(dòng)載荷為9309N，大于最大計(jì)算動(dòng)載荷 =5744N，滿足要求。 表3-1滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）名 稱符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果 絲杠滾道公稱直徑20螺距P5接觸角鋼球直徑3.175螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角絲桿絲杠外徑19.3絲杠底徑螺桿接觸直徑絲杠螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（內(nèi)循環(huán)）（4）傳動(dòng)效率計(jì)算 將公稱直徑d0=20mm，導(dǎo)程Ph=5mm，代入= arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=。將摩擦角=10，代入=tan / tan(+)，得傳動(dòng)效率 =96.4%。（5） 剛度驗(yàn)算1）X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為a=500mm；鋼的彈性模量E2.1x Mpa；查表，得滾珠直徑=3.175mm，絲杠底徑=16.2 mm，絲杠截面積S= /4=206.12mm2。得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1=Fma/（ES）=1779500/（2.1 206.12） mm 0.0205 mm。 （3-10）2）根據(jù)公式 Z( )-3,求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為31，代入公：Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 = /3=593 N，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 0.0026 mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取=0.0013mm3）將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度500mm）0.0218 mm=21.8m。由參考文獻(xiàn)【1】表3-27知,5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25m，可見(jiàn)絲桿剛度足夠。4）壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk。查參考文獻(xiàn)【1】表3-34，取支承系數(shù)=1；由絲杠底徑=16.2 mm，求得截面慣性矩 3380.88 mm；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值660mm，得臨界載荷 9343N，遠(yuǎn)大于工作載荷=1050.5N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸安裝一套齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。4.1步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算及校核已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程=5 mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為0.75。根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】p19 式3-12算的減速比：i=（0.75 ）/（360）=（0.75*5）/（360*0.005）=25/12 （4-1）本設(shè)計(jì)采用常州市新月機(jī)電有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1，齒數(shù)比為75:36，材料為45鋼，齒表面淬火硬度大55HRC。減速箱中心距為55.5mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。4.1.1計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量已知：滾珠絲杠的公稱直徑=20 mm，總長(zhǎng)l =320mm，導(dǎo)程5mm，材料密度 ；移動(dòng)部件總重量G=800N;小齒輪寬度20mm，直徑=36 mm;大齒輪寬度20mm，直徑=75 mm；傳動(dòng)比i =25/12。參照表，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過(guò)程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.617，拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣=0.517，小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.259，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4.877 。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，為兩相混合式，二相四拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為0.75，查參考文獻(xiàn)【1】表4-5得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4kg則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ： = +(+)/=30.35 （4-2）4.1.2計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： =+ （4-3） 考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： （4-4） 式中 對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。 其中： （4-5）式中空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為3500mm/min； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為； 脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。將以上各值代入式4-5，算得nm=1458r/min。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時(shí)間=0.4s，傳動(dòng)鏈總效率=0.7。則由式4-4，得：1.65（Nm）當(dāng)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （4-6）式中-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005；-垂直方向的銑削力，空載時(shí)取0； -傳動(dòng)總效率，取0.7則由式（4-6），得：0.004（Nm）最后由式（4-3），求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： = + 1.65N （4-7）4.1.3最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt ；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf ；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0，T0相對(duì)于Tt和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則有：= Tt + Tf （4-8） 在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷Fx=1050.5N ，則折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt有： 0.57（Nm） （4-9）再計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（Fz=362.9N）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： = 0.005（Nm） （4-10）最后由式4-8，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： = Tt + Tf = 0.575 Nm （4-11）經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為： = max， = 1.65Nm4.1.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： Tjmax 41.65 Nm =6.6 Nm （4-12） 上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，查參考文獻(xiàn)【1】表4-5得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax = 6Nm 。因安全系數(shù)取得偏大，只比額定大0.6，所以，選取90BYG2602滿足（4-12）式的要求。4.1.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 （1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=550mm/min，脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，可求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 =550/(600.005)Hz 1833Hz。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖4-1可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩5.7Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.575Nm，滿足要求。 圖4-1 90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線（2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=3500mm/min，可求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率=3500/（600.005）Hz =116667Hz。在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=1.8 Nm，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩= 1.65Nm，滿足要求。（3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)速度=3500mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=11666Hz。查參考文獻(xiàn)【1】表4-5知90BYG2602電動(dòng)機(jī)的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。（4）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=30.35電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高起動(dòng)頻率=1800Hz（查參考文獻(xiàn)【1】表4-5）。可求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：=614Hz上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于614Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。 綜上所述，本例中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用本設(shè)計(jì)中X、Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為90BYG2602型，查表，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓100V AC，相電流4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖4-2所示。 圖4-2 BD28Nb驅(qū)動(dòng)電源的接線圖4.3確定聯(lián)軸器的型號(hào)由于數(shù)控平臺(tái)有沖擊，且電動(dòng)機(jī)工作時(shí)經(jīng)常變速，故選用撓性聯(lián)軸器。查參考文獻(xiàn)【1】表3-43 選用A23型聯(lián)軸器。 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩： 由估算功率摩擦力作用很小，可忽略： 小于聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩，且工作速度遠(yuǎn)小于允許最高轉(zhuǎn)速25000。故滿足要求。4.4增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出360/=480個(gè)步進(jìn)脈沖?？紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，因此，編碼器的分辨率可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。 本設(shè)計(jì)選擇編碼器的型號(hào)為：ZLK-A-120-05VO-10-H：盤狀空心型，孔徑 10mm，與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出120個(gè)A/B脈沖，信號(hào)為電壓輸出5 電氣原理圖設(shè)計(jì)5.1典型數(shù)控工作臺(tái)電氣原理單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī),因而可以把它看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)。不同系列的單片機(jī)共同的特點(diǎn)是：控制功能強(qiáng)；體積小；功耗低；成本低。由于上述優(yōu)越性能，單片機(jī)已在工業(yè)、民用、軍用等工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，它在很大程度上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。在軟件和擴(kuò)展接口支持下，單片機(jī)可以代替以往由模擬和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。如電氣原理圖所示的就是通過(guò)單片機(jī)及其外圍接口實(shí)現(xiàn)的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)電氣原理圖。它由8031型單片機(jī)、數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、存儲(chǔ)器EPROM2764、RAM6264、地址譯碼器74LS138、并行I/O接口8255等集成電路構(gòu)成。下面分別說(shuō)明它們?cè)谡麄€(gè)控制部分中的功能、用法及其選擇原則。5.2單片機(jī)的選擇設(shè)隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)89C51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機(jī)，MCS-96系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價(jià)比。計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，首先要設(shè)計(jì)其核心的單片機(jī)系統(tǒng)。從一開(kāi)始就有一個(gè)單片機(jī)芯片選型問(wèn)題。面對(duì)不同字長(zhǎng)，如4位、8位、16位，各具特色的單片機(jī)芯片如何進(jìn)行選擇呢？首先要滿足所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能和性能要求；其次要選擇價(jià)格較低的芯片，不要盲目追求過(guò)多功能和過(guò)高性能；另外要選擇那些在國(guó)內(nèi)有成熟的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和穩(wěn)定的供貨來(lái)源。如采用流行普遍使用的芯片，資料豐富，能有效地縮短開(kāi)發(fā)周期。本課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)型的二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)，其功能比較簡(jiǎn)單，成本低。因而這里選用MCS-51系列的8031單片機(jī)作為CPU，它具有良好的性能價(jià)格比，且易擴(kuò)展。5.3外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 MCS-51的程序存儲(chǔ)器空間為64K字節(jié)。對(duì)于片內(nèi)無(wú)ROM的單片機(jī)（如8031），或當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展是必不可缺的。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EPROM、EEPROM、ROM等在原理上都可用作單片機(jī)的外部程序存儲(chǔ)器。由于EPROM價(jià)格低廉，性能可靠，所以單片機(jī)外部擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器一般為EPROM芯片（紫外線可擦除、電可編程的只讀存儲(chǔ)器），掉電后信息不會(huì)丟失。在選擇外部程序存儲(chǔ)器電路時(shí)，應(yīng)注意電路的讀取時(shí)間能否與MCS-51的PESN信號(hào)匹配。其片選端接地。 由于本設(shè)計(jì)程序容量不大，因而選用2764作為外部程序存儲(chǔ)器。5.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 對(duì)大多數(shù)控制性應(yīng)用場(chǎng)合，MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部RAM已能滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。對(duì)需要較大容量數(shù)據(jù)緩沖器的應(yīng)用系統(tǒng)，就需要在單片機(jī)的外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 在電氣原理圖中根據(jù)設(shè)計(jì)功能要求選用一片6264作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖中其高5位地址線A8A12由8031的P2.0P2.4口線提供，低8位地址線A0A7接地址鎖存器74LS373輸出端。讀、寫控制信號(hào)分別接8031的RD、WE。其片選信號(hào)通過(guò)地址譯碼法進(jìn)行選通。5.5 I/O口擴(kuò)展電路 本課程設(shè)計(jì)因采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。為了降低成本，特采用可編程外圍并行接口芯片8255。使其不僅完成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功能，同時(shí)完成與鍵盤/顯示器的接口操作功能。5.6 顯示器接口設(shè)計(jì) 電氣原理圖中，由10片共陽(yáng)極LED顯示塊拼成10位LED顯示器。為了簡(jiǎn)化硬件電路，采用動(dòng)態(tài)顯示方式。即所有位的段選線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由8031的P1.0P1.7口來(lái)控制LED顯示器的段碼，而各位的位選線分別由相應(yīng)的I/O口線控制。即PC0PC7、PB6PB7共10個(gè)I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。為了保證各位LED能夠顯示出本位相應(yīng)的顯示字符，而不出現(xiàn)閃爍，導(dǎo)致人眼看不清，必須根據(jù)人眼視覺(jué)暫留現(xiàn)象，選擇一個(gè)合適的掃描頻率。圖中選用74LS07進(jìn)行同相驅(qū)動(dòng)。5.7 鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合。電氣原理圖中采用矩陣式鍵盤接口，鍵盤接口電路通過(guò)8255（U5）的PA0PA3和PC0PC7、PB6PB7構(gòu)成行、列線。按照逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)（即掃描）來(lái)確定閉合鍵的位置。5.8 步進(jìn)電機(jī)的接口電路設(shè)計(jì) 對(duì)于本課程設(shè)計(jì)中選用的步進(jìn)電機(jī)，為五相，無(wú)論它工作在什么方式，都需要五路控制電路，并且每一路對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的一相。而每一路控制電路的結(jié)構(gòu)是一樣的。 CPU接口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示： 圖5-1 CPU外部接口示意圖 8031要完成的任務(wù)：（1）將行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)讀入CPU，通過(guò)中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級(jí)別最高。（2）通過(guò)程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)的運(yùn)行。 （3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到LED上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用。 由于8031只有P1口和P3口是準(zhǔn)雙向口，但P3口主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進(jìn)行I/O擴(kuò)展?？紤]到電路的簡(jiǎn)便性和可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的8155。電氣原理圖中通過(guò)8255（U5）的PB0PB4分別控制X方向步進(jìn)電機(jī)的五相。對(duì)于Y軸步進(jìn)電機(jī)通過(guò)8255（U6）的PC0PC4分別控制Y方向步進(jìn)電機(jī)的五相。6 工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1 進(jìn)給控制原理框圖 圖6-1 6.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿足快