數(shù)控銑床y工作臺(tái)說(shuō)明書

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕內(nèi)容：數(shù)控XY工作臺(tái)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）、部：學(xué)生##：學(xué)號(hào):專業(yè)：機(jī)電一體化班級(jí)：05機(jī)電班指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：摘要當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速開(kāi)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的開(kāi)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)根本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)局部、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試局部、控制與信息處理局部。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合穿插的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的C系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以與輕量、微型化方向開(kāi)展。關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的根底根本組成要素特點(diǎn)開(kāi)展趨勢(shì)目錄第一章前言4第二章課程設(shè)計(jì)的目的、意義與要求6第一節(jié)課程設(shè)計(jì)的目的、意義6第三章課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容7第一節(jié)課程設(shè)計(jì)題目7第二節(jié)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容7第四章數(shù)控系統(tǒng)總體方案確實(shí)定8第五章機(jī)械局部設(shè)計(jì)9第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量9第二節(jié)工作臺(tái)外形尺寸與重量初步估算9第三節(jié)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇9第四節(jié)滾珠絲杠計(jì)算、選擇11第五節(jié)齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)13第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 14第七節(jié)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇15第六章機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)17第一節(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容17第二節(jié)設(shè)計(jì)步驟17第三節(jié)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)21第七章系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)22第八章完畢語(yǔ)與致謝29第九章參考文獻(xiàn)30第一章前言一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)與裝備開(kāi)展的趨勢(shì)與我國(guó)數(shù)控裝備技術(shù)開(kāi)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國(guó)對(duì)外開(kāi)放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下,開(kāi)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)與裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性,并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了開(kāi)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)與裝備的幾點(diǎn)看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度,數(shù)控技術(shù)與裝備是開(kāi)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最根本的裝備,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)展控制的技術(shù),而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)X圍覆蓋很多領(lǐng)域?！惨弧场?shù)控技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷開(kāi)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的開(kāi)展起著越來(lái)越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)與其裝備開(kāi)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:、高速、高精加工技術(shù)與裝備的新趨勢(shì)效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。從EMO2001展會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國(guó)的##通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線局部替代組合機(jī)床。在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10“m提高到5“m，精細(xì)級(jí)加工中心那么從3?5“m，提高到1?1.5“m并且超精細(xì)加工精度已開(kāi)場(chǎng)進(jìn)入納米級(jí)0.1“m。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的開(kāi)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。、5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速開(kāi)展采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最正確幾何形狀進(jìn)展切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。但過(guò)去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的開(kāi)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和本錢大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床含5面加工機(jī)床的開(kāi)展。、智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)展的主要趨勢(shì)21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化,如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能與使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上,面向機(jī)床廠家和最終用戶,通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象數(shù)控功能,形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開(kāi)放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)X、通信規(guī)X、配置規(guī)X、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以與數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的根底單元，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向開(kāi)展的趨勢(shì)?！捕?、對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)與其產(chǎn)業(yè)開(kāi)展的根本估計(jì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的開(kāi)展歷程大致可分為三個(gè)階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式開(kāi)展階段。在此階段，由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的根底條件的制，數(shù)控技術(shù)的開(kāi)展較為緩慢。第二階段是在國(guó)家的“六五〞、“七五〞期間以與“八五〞的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開(kāi)放和國(guó)家的重視，以與研究開(kāi)發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)以與在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第三階段是在國(guó)家的“八五〞的后期和“九五〞期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。縱觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近50年的開(kāi)展歷程，特別是經(jīng)過(guò)4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來(lái)看取得的成績(jī)還是不小。三〕、對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)展的戰(zhàn)略思考、戰(zhàn)略考慮。我國(guó)是制造大國(guó),在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量承受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移,所以,我們應(yīng)站在國(guó)家平安戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。首先從社會(huì)平安看,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè),制造業(yè)開(kāi)展不僅可提高人民的生活水平,而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力,保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國(guó)防平安看,西方興旺國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì),對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制,“東芝事件〞和“考克斯報(bào)告〞就是最好的例證。、開(kāi)展策略。從我國(guó)根本國(guó)情的角度出發(fā),以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo),用系統(tǒng)的方法,選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)開(kāi)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以與支持產(chǎn)業(yè)化開(kāi)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式開(kāi)展。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品;當(dāng)然,沒(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。第二章課程設(shè)計(jì)的目的、意義與要求第一節(jié)課程設(shè)計(jì)的目的,意義《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)展的根本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的是：能夠正確運(yùn)用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的根本理論和相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比擬、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力；通過(guò)機(jī)械局部設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟；通過(guò)測(cè)試與控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；通過(guò)課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)與編寫技術(shù)說(shuō)明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。第三章課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容第一節(jié)課程設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多用XY工作臺(tái)。條件：定位精度：±0.01mm，滾珠絲杠與導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺(tái)的有效行程為L(zhǎng)x€400mmL€400mm快速進(jìn)給速度v€2000mm/minv=2000mm/min和工作載荷F=2000Nxmax ymax Z第二節(jié)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容數(shù)控裝置總體方案確實(shí)定.數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定；.方案的分析，比擬，論證。機(jī)械局部的設(shè)計(jì)(1).確定脈沖當(dāng)量；(2).機(jī)械部件的總體尺寸與重量的初步估算；.傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；.確定伺服電機(jī)；.繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；.系統(tǒng)等效慣量計(jì)算；.系統(tǒng)精度分析。數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1).微機(jī)與擴(kuò)展芯片的選用與控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)；.1/0接口電路與伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用；.系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)4.圖紙(1).機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，〔見(jiàn)附圖〕第四章數(shù)控系統(tǒng)總體方案確實(shí)定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式確實(shí)定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)方案確實(shí)定，伺服電機(jī)類型與調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)展方案的分析、比擬和論證。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式確實(shí)定該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。伺服系統(tǒng)的選擇開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反響部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。.考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低本錢，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)局部、鍵盤與顯示器、I/O接口與光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。X—Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以與結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，應(yīng)選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性?？紤]電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為到達(dá)分辨率的要求，以與考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。系統(tǒng)總體框圖如下:X向工作臺(tái)YY向工作臺(tái)第五章機(jī)械局部設(shè)計(jì)機(jī)械局部設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)與導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械局部裝配圖等。第一節(jié)確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量久是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于定位精度為±0.01mm因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。第二節(jié)工作臺(tái)外形尺寸與重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量⑷丫和W。XY取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計(jì)工作臺(tái)簡(jiǎn)圖如下:X向拖板（上拖板）尺寸為:長(zhǎng)*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為:W=420X410X50X10-3x7.8x10-2,671.58NxY向拖板（下拖板）尺寸為：420x400x50重量W=420x400x50x10-3x7.8x10-2,655.2NY上導(dǎo)軌（含電機(jī)）重量為（900x480x8+2x800x35x50）x7.8x10-2x10-3，487.97N夾具與工件重量：約155NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)局部總重量為：W€487.97+655.2+671.58+155，2000N第三節(jié)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷F和估算的W和W計(jì)算導(dǎo)軌的靜平安系數(shù)fSL=C0/P，式中：侖為z x y SL0 0導(dǎo)軌的根本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(F+W)；f=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0z SL〔運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)〕。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取f€4.0sLC€fPOSLX,YP€0.5(F+W)X,Y ZX,Y因索統(tǒng)受中答沖擊腳此取兀WP=0.5(F+W)=0.5(2000+671.58)=1335.79NxZXP=0.5(F+W)=0.5(2000+655.2)=1327.6NYZYC=fP=4X1335.79=5343.16NOXSLXC=fP=4X1327.6=5310.4NOYSLY根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌：選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，其型號(hào)為：HJG-D25根本參數(shù)如下：額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重導(dǎo)軌重導(dǎo)軌長(zhǎng)度量量動(dòng)載荷靜載荷TATBTCKgK/mgLCaCo(mm)17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760滑座個(gè)數(shù)單向行程長(zhǎng)度每分鐘往復(fù)次數(shù)MlSn40.64導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷C€17500Na依據(jù)使用速度v〔m/min〕和初選導(dǎo)軌的根本動(dòng)額定載荷C(kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命aL：n額定行程長(zhǎng)度壽命:T€K(fff_Ca)S fwFF€7€2000€500M4f€1,f€2,f€0.81,f€1,T W C HK€_R€50doT€K(fffCC)3€50(ixix08i17500)3€142409.58kmS fW F 2 500導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:T€Tx103S H21no， 142409.58x103 ”““八…T€TSX103€ €494477h,T=15000hH 2l(n 2x0.6x4x60導(dǎo)軌的工作壽命足夠.第四節(jié)滾珠絲杠計(jì)算、選擇2.2.聲別導(dǎo)軌叫參致轉(zhuǎn)足⑴、副就型式:圓歩載面淒珠導(dǎo)就⑵.導(dǎo)紈長(zhǎng)度上導(dǎo)軌〔X向)取動(dòng)辟饑丘度 ^=100勒導(dǎo)軌行樨 W支承導(dǎo)軌辰廈 丄=i^i=\^下峠就辟向》I-50 Jfl-100t=150選斯軌的型號(hào)：GAM弘喪蠟滾動(dòng)眥承的進(jìn)型上另軌5=240(^1下導(dǎo)紈 ◎由丁焯系螢負(fù)戦走網(wǎng)較小，為歳府得岀"11仇；硼蟹宣端無(wú)和輜飛的鎖追切it荷為i7OX咒丁實(shí)廃;勸負(fù)試：倍痔慮到輕池等閔蜒S3病堆樣［一川粧印F型］耀綁軸承"幷耒朋抵排網(wǎng)列1個(gè)應(yīng)線滾功林承來(lái)實(shí)魂滑動(dòng)?「臺(tái)的立撐。2.a,at珠建杠的設(shè)計(jì)計(jì)算毎剩劉L的耐包括籾刖力擔(dān)竜訥部忤腳口骨所引起的鍛糾抗亓?噸枝苗貞時(shí)的恬濟(jì)計(jì)ilk捷人動(dòng)負(fù)我。的:?也BWS?A=i.A--i.壽曲值6<i?Tf= 1(/査表簡(jiǎn)杞用奇命時(shí)同eiBwoh?割違理In財(cái)t?g?射建tL書坤一25Q(r/m.n)l!fl!f/>1-414/口'旳渾攆系勵(lì)/>1-414/口-14t4^{)lflU24^-3S?(N|f何縫11■章引D片十些q■W0X4<287-4.(K(N)用人助負(fù)荷切刖 t,二逅d1叮乂3■陽(yáng)=20削訊)1l>d ?=^223^Ul--4,K=y.7{.Vj冇表，収族珠川* &1'^tiffn=ICmm■孰三祺科淖li瞿◎祁I(lǐng)的0：MSKU0D4.:L傾匸站證補(bǔ)於；釗n,學(xué)川.初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58?60，導(dǎo)程：l0=5mm強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力：F=KF€f(F€W)(N)max x,y z x,y其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003?0005；在車床車削外圓時(shí)：F=(0.1?0.6)F ，xzF=(0.15?0.7)F ，可取F=0.5F，F(xiàn)=0.6F計(jì)算。yzxzyz取f=0.004,F二400那么：Zi'K-y=邛x20M-Woua?耳=0.6/<->-0.6K200U-1200\化“二1」段1000汕.004(200^+'671.58>=1045.&^\叫“亠L(fēng)15^i200+0；W(20(rt-fe6552)=￡252.621M

F€0.5F€0.5x2000=1000NXZF€0.6F€0.6x2000=1200NYZF€1.15x1000,0.004(2000,671.58)=1045.686NXmaxF€1.15x1200,0.004(2000,655.2)=1252.621NYmax壽命值：L€60nT，其中絲杠轉(zhuǎn)速n€Vmax(r/min)106 l0T€15000h€€2000€400r/min5n€―maxl0r60x400x15000 “L€ €360106最大動(dòng)載荷：Q€3LffwFHW式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2?1.5；106最大動(dòng)載荷：Q€3LffwFHW查表得中等沖擊時(shí)心€口f€1那么:Q€3360x1.2x1x1045.686=7079.58NX Q€3'360x1.2x1x1252.621=10686.54NY根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為：CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。其根本參數(shù)如下：饋珠卷杠副詳削參數(shù)說(shuō)明 7川店3系列叢珠錢tua(謹(jǐn)珠夕曲環(huán)描管埋入式良向莽單紐母〕皤直flH平■■Mft蕪申Bli■母異龜尺寸林fl-%傀J.(1」HlPSft'...Kc1)L.U111601hCM2ITI4-2.52(14】陽(yáng)172.5師門ITJ1937D隨39|]4D535.RID6低CM2(M4-5id4】陽(yáng)I7.K5977526S79&9955|]羽535.B10bMb1(1516762.5TJ17153J37&70理|]45-561RID6僦CM2005-5105Id閒5342)05332447307062|]4556S.K106MtCM2IXI&J.5id￡］加16.S72.5KID7I&2S737S7044|]45Sfi訂IDh僦CM2lT1^5id6】見(jiàn)516.575IJDO73251574D70M-|]4556S.RIDbMhCM25Q4-2.515422.312.5隔昭IK426^0T639|]50豹ID6CM25n4-515424522.31SinistsTDD765&|]504T1RIDhCMZ.in5-2.515524.521.572.590232lT?9l4ID76理|]505.RID6CM25QS515524.521575]4&5K4]3S777376|]504x1ID

其額定動(dòng)載荷為14205N>Q足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式，預(yù)緊方式采用雙螺母y螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表名稱計(jì)算公式結(jié)果公稱直徑d020mm螺距t5mm接觸角€450鋼球直徑db3.175mm螺紋滾道法向半徑RR=0.52db1.651mm偏心距ee=(R—d十2)sin€b0.04489mm螺紋升角?t?-arctg…d04033'螺桿外徑dd-d，(0.2~0.25)d0 b19.365mm螺桿內(nèi)徑d1d—d+2e—2R1016.788mm螺桿接觸直徑d2d—d—dcos€2 0 b17.755mm螺母螺紋外徑DD—d—2e+2R023.212mm螺母內(nèi)徑〔外循環(huán)〕qD—d+(0.2?0.255)d1 0 b20.7mme=(J?一血j?7-口咋增d= (0,2-(X2Sj必￡- +2^-2J?

口-^,+（0.2--0.255}^2)傳動(dòng)效率計(jì)算表2I咸赫爸杠螺母副JL何欝數(shù)名 稱務(wù)號(hào)計(jì)算公式和鈴果公稱直桂%10Fi接粧聞P4r百2妣救堿適法面羋從RW=0,52<=k04僵也距Ee=（R化i2^sih0=0.1）3蠅紋升柏Yy-nzg 7,26'爍桿館閉:鶴律d^=^-（0.2-0.25]^=9.5琳桿內(nèi)徑<占=錢十加—2U與推稈接堆萱怪於、=da—此cosp=証59嵯-母空卻端絞齡ftDU二此4*2￡二12位嫌母內(nèi)徑〔外詢環(huán)；0-<,+（02-0.255）<-10.5回1nilnBl1隹動(dòng)效率計(jì)坤絲杠擁嗎副前傳動(dòng)茲率為：可式中：f為摩擦対；y為獨(dú)杠蝶酸升角.n——呈—=—心呼" —0QA帀—屮尸十和一対屮打一山)—(3)勧足'門也舒狀杠兩翠采用止推軸承時(shí)不需娶穗定性驗(yàn)算；⑷剛廈驗(yàn)許溝珠純直件濮引起的導(dǎo)程變化量知山匸士魯仙Y向所鮮割力大讓用V向參數(shù)i|算坨R2疔2力21N工o.5tw￡=2Q,6xlO&(.V/C^-)=門爐=3.14(^)-=2J4CAY2處杠斕矩引起的導(dǎo)程變化矍恨水.可翅略不計(jì).導(dǎo)程變形泊課差思渤A=ALr =6」2x1曠器=12,24xIO-'=12.24財(cái)＜［也］E級(jí)衲期生杠兄許的螺距諜差［也戶沾Jim/rm絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：,=一tg(+€)式中：卩=10'，為摩擦角；Y為絲杠螺旋升角。,? 丫?tg4°33' ?0.96tg(丫+€) t(4。33'+10')gg穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：△/?±竺(cm)iESY向所受牽引力大故用Y向參數(shù)計(jì)算F?1252.621NYl?0.5cm0E?20.6x106(N/CM2)S?口R2?3.14(1.651)2?2.14CM22AL?±1251.82x0.5?6.12x10-6CM1 20.6x106x2.14

絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差△為A，AL100，6.12x10-6100，12.24x10-4，12.24um?[A] 士宀i石 亦 噸級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[△]=15“m/m。第五節(jié)齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)第五節(jié)塩輪計(jì)算.設(shè)討因步址電機(jī)涉業(yè)血?dú)?】,亍浪珠尿和螺和1=伽”要尖現(xiàn)脈沖址6=0一0伽加呵j在苗渤希統(tǒng)中應(yīng)刑一對(duì)齒輪障速餐動(dòng).齒維傳動(dòng)比；（■竺-初選步識(shí)電機(jī)歩距角；a=1.5VStcpHH 1.5m?因步進(jìn)電機(jī)步距角…，1.5o滾珠絲杠螺距t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量5，0.01mm/step，在傳動(dòng)bp齒輪傳動(dòng)比：i，3605”，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：a1.5°/step。al系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng).3605i， p0360x0.010.48al 1.5x5i，■ZTZ2取小齒輪齒數(shù)Z取小齒輪齒數(shù)Z，241那么大齒輪齒數(shù)Z，502因傳遞的扭距較小，取模數(shù)m=1mm那么：分度圓直徑：d，mz，1x24，24mmd，mz，1x50，50mm1122齒頂圓直徑：d，(z+2)m，(24+2)x1，26mma1 1d，(z+2)m，(50+2)x1，52mma22齒根圓直徑:d，(z-2.5)m，(24-2.5)x1，21.5mmf11d，(z—2.5)m，(50—2.5)x1，47.5mmf21齒寬：b=€d=1,24=24mm 取b=25b=30d1 1 2中心距：a二0.5(d+d)二0.5(24+50)二37mm12分度圓壓力角：?=200大小齒輪均采用漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪小齒輪采用兩片薄齒輪錯(cuò)齒排列以消除間隙.雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下：取扌嚴(yán)輪齒數(shù)召-茁 囲大齒輪歯數(shù)藝廠陰因馬遞的扭距較也取模竄Tn=lmm則；礙-州+-1x50-SOjiwh礙-州+-1x50-SOjiwh齒頂圓直種：此］=(z, =(24-h2}^\=7￡mtndn?-(r?-2)時(shí)一(頁(yè)0呂2〕乂1一立門齒棍耀直徑:-(^| -{24-2.??kI-21.?j?ir?rd廠—(*| 2.5 (502.5) =47?5用冊(cè)齒寬：^=^.^=1x24=24^ =25^=30中心距：o二0.5(^+心)-55(24+50)=S7/nm京度圓壓力角1太小齒jft均采用漸汗覩標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪小賁輪杲J-I曬片戕齒輪髓齒扌II；列以消除間蹴雙片齒輪錯(cuò)齒渭跟結(jié)構(gòu)圖如F：

72721、2--薄齒輪,3—彈簧,4、8—凸耳,5—調(diào)節(jié)螺釘,6、7—螺母

雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有：1〕等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算€P兀€P兀,

180b)2zJ=J?J?(_1)2(J?J)?M(q0 1z 2 32式中：J為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；J為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J為齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)q 0 1慣量；J為齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；M為移動(dòng)部件的質(zhì)量。23對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)展估算：J=0.78x10-3xD4xL式中D為圓柱零件直徑，L為圓柱零件的長(zhǎng)度。所以有：

J=0.78,10—3,2.44,2.5=6.47,10-2kg.cm21J=0.78,10-3,5.04,3.0=146.25,10-2kg.cm22J=0.78,10-3,2.04,30=37.44,10-2kg.cm23電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：mm厶十厶+（魚『（山十厶“m（丄—r戌屮：人為折算刊電機(jī)軸上術(shù)仍件負(fù)載：此為步遜電機(jī)牡的儒動(dòng)也駅：J為芮輪丨的傳動(dòng)慣就J2為齒魏2的問(wèn)動(dòng)熾如：.厶為鍛珠絃杠的轉(zhuǎn)動(dòng)恍如:M溝移動(dòng)衆(zhòng)件觸質(zhì)雖，對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按脫下式進(jìn)行倩執(zhí)J-0,78XI0~3xD'xL式中刀為圓荘零件直徑.上為圓柱零件的長(zhǎng)度口 已）/-0,78x10sx2A4k2,5-6,47x10，2^^2=0.78x1O'3熄『40=14氐241「仗人=0：78xI0-3x2.04x30=37.44x103炬創(chuàng)『電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小?可以恕略＞加以有；J.-6.47x10'146.25+37.44)x10■'亠汀制一50 空小ISO31401 )2二0.7793kg.cm2314x1.5180J二6.47,10-2+(^)2(146.2531401 )2二0.7793kg.cm2314x1.5180第七節(jié)步進(jìn)電機(jī)的選用（1〕步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為T，負(fù)載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：T€H，Ps式中€為電機(jī)轉(zhuǎn)角，s為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移， "為機(jī)械傳動(dòng)的效率。假設(shè)取€—°b，那么S=?，且P,P+…(G+P)°所以：p s z把 T(/)n^Ps式中卩為電機(jī)轉(zhuǎn)命.豈為嵇動(dòng)部件的相應(yīng)位移，0為機(jī)械倍動(dòng)的茲率。若取爺=2?則旨―d；.吐尸二尸嚴(yán)戸(G十尸昇所炭士丁_36莎丿巴+b(G+PJ]Zt^tj%式中；片為移動(dòng)帑即負(fù)載「N)?門為移動(dòng)部件噴赴(N),巴為與虛力＞jhri]—致的件用在丁36?[P+…(G+P)]2b式中：Ps為移動(dòng)部件負(fù)載〔N〕，G為移動(dòng)部件質(zhì)量〔N〕，P為與重力方向一致的作用在移sz動(dòng)部件上的負(fù)載力〔N〕，…為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，°b為步進(jìn)電機(jī)的步距角〔rad〕,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩〔N.cm〕°… 耳 PP取…=0.3〔淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)〕， =0.8,P=丄H=279.23N°考慮到重力影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此G=1200N，所以有：T，36xo.oi[i25i.82+o.o3x(2ooo+1800)],65.25n.cm2x3.14x1.5xO.8考慮到啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，那么啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：

3^x0. 251.82+0.03x(2000+1800)]-65.25ntcm取刈心(淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的曙攤系數(shù)h口一0&代-片廠2僅23^x0. 251.82+0.03x(2000+1800)]-65.25ntcm丄 2x3.14x1.5x0.5考虛到啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件憒性的影響.則啟動(dòng)轉(zhuǎn)短I—0.3~0.5丁 65 25 ……厲哦裂救溝0■務(wù)則：= =163.12>7em0.4對(duì)于匸作方式為三相6護(hù)前步進(jìn)電機(jī),TT=兔=gwC2】步進(jìn)電就的甩商工作頻率=\&S.3wt,cm1000 =166760x0.01T€Q0.3~0.5取系數(shù)為0.3取系數(shù)為0.3，那么：65.250.4€163.12n.cm對(duì)于工作方式為三相6拍的步進(jìn)電機(jī):7 €Tq€163.12€188.36n.cmj 0.866 0.866max(2〕步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率100060100060，0.01€1667為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動(dòng)頻率要大于最高運(yùn)行頻率f,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠max大，查表選擇兩個(gè)90BF001型三相反響式步進(jìn)電機(jī)電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:

主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn) 矩Tjmax(n.m)空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量外直徑長(zhǎng)度軸直徑kgKg.m9014594.51764第六章數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容按照總統(tǒng)方案以與機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類型；根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路；根據(jù)控制對(duì)象以與系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)擴(kuò)展I/O接口電路，檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換電路以與驅(qū)動(dòng)電路等；選擇控制電路中各器件與電氣元件的參數(shù)和型號(hào)；繪制出一X清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號(hào)，管腳號(hào)與參數(shù)；說(shuō)明書中對(duì)電氣原理圖以與各有關(guān)電路進(jìn)展詳細(xì)的原理說(shuō)明和方案論證。第二節(jié)設(shè)計(jì)步驟1.確定硬件電路的總體方案。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾局部組成：1?主控制器。即中央處理單元CPU2．總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3?存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4?接口。即I/O輸入輸出接口。MCS-51系列單片機(jī)是集中CPU，I/0端口與局部RAM等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開(kāi)發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用8031芯片作為主控芯片。3.存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(1〕程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用EPR0M芯片。其型號(hào)有：2716,2732，2764，27128，27258，其容量分別為2k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM所要求的讀取時(shí)間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以與存儲(chǔ)器容量等因素。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇2764芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)規(guī)定P0口提供8為位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息別離出來(lái)保存，以便為外接存儲(chǔ)器提上下8位的地址信息，一般采用74LS373芯片作為地址鎖存器，并由CPU發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析，采用2764EPROM芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示：擴(kuò)展2764電路框圖(2〕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本次設(shè)計(jì)選用6264芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示：譯碼電路P2.4IP2.0ALEP0.7IP0.0譯碼電路P2.4IP2.0ALEP0.7IP0.0EAWRRDCE1A12IA8A7I6264A0D7IDOWEOEOE擴(kuò)展6264電路框圖(3〕譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過(guò)總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)展片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。可采用線選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒(méi)有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對(duì)于RAM和I/O容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址線進(jìn)展譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設(shè)計(jì)采用全地址譯碼法的電路分別如下列圖所示：〔4〕存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)起程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址。該設(shè)計(jì)選用程序存儲(chǔ)器2764和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264組成8031單片機(jī)的外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，單片機(jī)外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如下：〔5〕1/0擴(kuò)展電路設(shè)計(jì).通用可編程接口芯片81558031單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O接口，但供用戶使用的只有P1口與局部P3口線。因此要進(jìn)展I/O口的擴(kuò)展。8155與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下列圖所示.鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED和LCD。下列圖所示為采用8155接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有4X8鍵和6位LED顯示器組成。為了簡(jiǎn)化秒電路，鍵盤的列線與LED顯示器的字位控制共用一個(gè)口，即共用8155的PA口進(jìn)展控制，鍵盤的行線由8155C口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4．步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)(1〕脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來(lái)的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下：〔2〕光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如下：〔3〕功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計(jì)選用功率放大器。5．其它輔助電路設(shè)計(jì)〔1〕8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下列圖所示。晶體可以在1.2?12之間任意選擇，耦合電容在5?30pF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源?！?〕復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后CPU便從0000H單元開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，假設(shè)系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與8031復(fù)位要求一致時(shí)，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用6MHz時(shí)，復(fù)位電路中C取22€F，R取200O，RK取1000O。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示：〔3〕越界報(bào)警電路為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。利用光電耦合電路，將行程開(kāi)關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至8031的I/O口P1.0。當(dāng)任何一個(gè)行程開(kāi)關(guān)被壓下的時(shí)候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平。8031可利用軟件設(shè)計(jì)成查詢的方法隨時(shí)檢查有無(wú)越界信號(hào)。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至8031的外部中斷引腳〔INT0或INT1〕，采用中斷方式檢查越界信號(hào)。第三節(jié)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)選用MCS-51系列的8031作為主控制器。擴(kuò)展存儲(chǔ)電路為一片2732EPR0M和一片6264RAM。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為4K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為8K。2732的片選控制端CE直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端CE由譯碼器〔74LS138〕的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為4000?5FFFH。系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155°8155的片選端CE接至譯碼器〔74LS138〕的Y4的輸出端，故8155控制命令存放器與PA，PB，PC口的地址號(hào)分別為8000H與8001H，8002H，8003H°8155RAM區(qū)的地址為8000H—80FFH°8155的A口為控制工作抬X，Y向電機(jī)的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離°鍵盤與顯示器設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口擔(dān)任鍵盤的列線與顯示器的掃描控制；PB口的PB0一PB3為鍵盤的行線。8031的P1口為顯示器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6共24個(gè)行列式鍵盤和6位8段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口和字位口加74LS07進(jìn)展驅(qū)動(dòng)°PB口剩余的I/O線PB4—PB7分別作為工作臺(tái)+X，+Y，-X，-Y四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。在軟件設(shè)計(jì)上8155的PA口，PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測(cè)PB4一PB7的電平，當(dāng)某I/O線為0時(shí)，應(yīng)立即停止X，Y向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)°另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源°隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)°數(shù)控系統(tǒng)總的電氣原理圖以與圖中各元件的參數(shù)和型號(hào)見(jiàn)參考書°第七章系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)（一）.系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個(gè)局部：1、系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是承受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。2、零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部1/0設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。3、 插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)展插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。4、 伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以與方向。診斷程序。包括移動(dòng)不見(jiàn)移動(dòng)超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。6、 機(jī)床的自動(dòng)加工與手動(dòng)加工控制程序。7、 鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。（二）.軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺(tái)的控制功能包括：〔1〕、系統(tǒng)初始化。如對(duì)I/O接口8155，8255A進(jìn)展必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字?！?〕、工作臺(tái)復(fù)位。開(kāi)機(jī)后工作臺(tái)應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，亦可手動(dòng)復(fù)位?！?〕、輸入和顯示加工程序?！?〕、監(jiān)視按鍵，鍵盤與開(kāi)關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵與行程開(kāi)關(guān)，鍵盤掃描等功能。〔5〕、工作臺(tái)超程顯示與處理。工作臺(tái)位移超過(guò)規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，并顯示相應(yīng)的指示字符。〔6〕、工作臺(tái)的自動(dòng)控制。DOC〔7〕、工作臺(tái)的手動(dòng)控制。〔8〕、工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)控制。系統(tǒng)管理程序控制管理贊許是系統(tǒng)的主程序，開(kāi)機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是承受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計(jì)管理程序時(shí)，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺(tái)的根本操作功能有：輸入加工程序，自動(dòng)加工，刀位控制，工作臺(tái)位置控制，手動(dòng)操作，緊急停機(jī)等。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)管理程序流程圖如下所示：管理程序流程自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)〔1〕機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序：工作臺(tái)移動(dòng)到位f刀具快速進(jìn)給f加工f退刀f工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到下一位置；〔2〕計(jì)算機(jī)在加工過(guò)程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；〔3〕由以上分析，設(shè)計(jì)自動(dòng)加工程序框圖如下所示：入口

步進(jìn)電機(jī)的控制包括速度，轉(zhuǎn)角與方向的控制。步進(jìn)電機(jī)在突然啟動(dòng)或停止時(shí)，由于負(fù)載和慣性，會(huì)使電機(jī)失步，所以電機(jī)運(yùn)行時(shí)有一個(gè)加，減速過(guò)程。通過(guò)確定進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時(shí)間間隔，即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度的控制?！?〕時(shí)間常數(shù)確實(shí)定在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，延時(shí)產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔。此間隔由送入定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)由下式計(jì)算：TJx10€3etX10-6ett式中：T為脈沖時(shí)間間隔〔ms〕；e為單片機(jī)機(jī)器周期〔卩s〕，在時(shí)鐘為6MHz時(shí)，e=2卩s°〔2〕步進(jìn)電機(jī)加，減速進(jìn)給脈沖與脈沖時(shí)間間隔確實(shí)定設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足：代中；T為膿即時(shí)間罔囁515-為申片機(jī)機(jī)紬刪D]Si徑時(shí)iVMMHz|3：,<.-2asF蚩灌電盤如減遼逮給誌沖婭跋沖時(shí)何冋附的確定霰步進(jìn)電機(jī)加,減速方式為宜線贏減逮』嚶他歲迥電機(jī)也舅加.除瀟足=忒中；幾為步迪電機(jī)X渤』鷄斥齒帑點(diǎn)力紙刁為檢性力鍛亦步進(jìn)!WLg“=j矩7皿以出進(jìn)屯機(jī)的加謹(jǐn)啟期力矩丁=T Q.866x0J=392x0,866x03=101.84jlT ^HUiLm^［電機(jī)爪比*的慣性力竝T,<Tn}-7；=101.84-96,57=5.27N.67w歩迥屯肌制仰遇反T€T+TmgIT T T式中：m為步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩；g為負(fù)載力矩；I為慣性力矩。由步進(jìn)電機(jī)T=3.92N.m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動(dòng)力矩jmaxT，Tx0.866x0.3，392x0.866x0.3，101.84Mjmax那么使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩T?T-T，101.84-96.57，5.27N.cmImg步進(jìn)電機(jī)角加速度T 5.27x10-28，_l?_ _…?676.25(rad/s2)J 0.7793x10-4d伽df_A/— — — max又 dt bdt bt

式中：‘加為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時(shí)間，所以有：f1.5x1667xt?0max… 360?64.5(ms)mb, 676.2511n=_ft=_x1667x64.5x10-3?53.76加速脈沖個(gè)數(shù)：m2max2確定加減脈沖個(gè)數(shù)都為54個(gè)fn?0.5ft?0.5(maxt)t又因?yàn)椋?n tnnmT?Tx10-3結(jié)合etx10-6可以算出對(duì)應(yīng)各脈沖時(shí)刻的計(jì)數(shù)器時(shí)間常數(shù)。e676.25676.25EPROM存儲(chǔ)器中，時(shí)間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲(chǔ)單元中，每個(gè)時(shí)間常數(shù)占據(jù)兩個(gè)字節(jié)，低位地址存放時(shí)間常數(shù)低8位，高位地址存放時(shí)間常數(shù)高8位。在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計(jì)數(shù)器N0，N1，N2。以計(jì)數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過(guò)程是否完畢的標(biāo)志。步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖如下所示：步進(jìn)電機(jī)控制子程序：步進(jìn)電機(jī)控制中斷效勞程序：N0EQU20H;加速N1LEQU21H;恒速N1HEQU22HN2EQU23H;減速NLEQU24H;脈沖總數(shù)存放器NHEQU25HDSEQU26H；地址指針偏移量FEEDEQU0E80HORG0E00H0E00758160START：MOVP，#60H0E03758901MOVTMOD，#01H；設(shè)計(jì)數(shù)器工作方式為1，16位定時(shí)器0E0675201BMOVN0，#01A4H；設(shè)N0為3200E0975231BMOVN2，#1A4H0E0CE520MOVA，N0；計(jì)算2XN00E0E23RLA0E0FF8MOVR0，A0E10C3CLRC；計(jì)算N1=N-2N00E11E524MOVA，NL0E1398SUBBA，R00E14F521MOVN1L，A0E16E525MOVA，NH0E189400SUBBA，#00H0E1AF522MOVN1H，A0E1C901000MOVDPTR，#1000H；設(shè)時(shí)間常數(shù)指針初值為1000H0E1F752600MOVDS，#00H；設(shè)地址偏移量初值為00H0E2293MOVCA,A+DPTR；從EPROM中讀時(shí)間常數(shù)0E23F58AMOVTL0，A；送時(shí)間常數(shù)至定時(shí)器0中0E250526INCDS0E27E526MOVA，DS0E293MOVCA，A+DPTR0E2AF58CMOVTH0，A0E2C0526INCDS0E2ED2AFSETBEA；開(kāi)中斷允許0E30D2A9SETBET0；允許定時(shí)器0中斷0E32D28CSETBTR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器0開(kāi)場(chǎng)計(jì)算0E3420AFFDWAIT：EA，WAIT；中斷允許返回0E3722RET中斷效勞程序：ORG 000BH000B02F00