【正文】 15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號(hào)X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為實(shí)際切削速度為 故實(shí)際《指導(dǎo)書(shū)》表22得高速鋼銑刀銑削公式為 查《指導(dǎo)書(shū)》表23得銑削力系數(shù)有查《指導(dǎo)書(shū)》，有如下表格參數(shù)比值不對(duì)稱銑削逆銑順銑1．20．90．30．80．40．4故有縱向進(jìn)給方向工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向滾珠絲杠上的工作載荷為走刀抗力，移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于選擇的導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，故選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，在此設(shè)計(jì)中還要求導(dǎo)軌能承受一定的顛覆力矩，所以選擇燕尾導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，由式211 將所得數(shù)據(jù)代入公式有：滾珠絲杠最大運(yùn)載荷由《指導(dǎo)書(shū)》中可知 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 查得（或可由算出）絲杠的拉壓變形量的計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量： 　滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量由《指導(dǎo)書(shū)》式217得式中為滾珠直徑， 為滾珠總數(shù)量滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠總變形量變形量要少于定位精度得一半，=因此符合設(shè)計(jì)要求。 由《指導(dǎo)書(shū)》式218 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 絲杠截面慣量矩 查《指導(dǎo)書(shū)》表211得 穩(wěn)定性安全系數(shù) 故絲杠符合要求。由于選擇的導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由《指導(dǎo)書(shū)》式220L＝50（）每個(gè)滑塊的的工作載荷取硬度系數(shù)＝、=＝、＝2預(yù)設(shè)導(dǎo)軌壽命L=50KM 則根據(jù)此壽命可算出＝ 3267kN故選導(dǎo)軌型號(hào)GDA20SV符合要求，查《指導(dǎo)書(shū)》表2－16可知其= 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的數(shù)字控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移, 即給一個(gè)脈沖信號(hào),步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度, 因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化,在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中發(fā)揮著極大的作用。 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選擇電機(jī)。已知脈沖當(dāng)量由公式223 查《指導(dǎo)書(shū)》表217得 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系有（1）加速度力矩 （2）空載摩擦力矩（取傳動(dòng)系統(tǒng)總效率）.、,（3）附加摩擦力矩 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取故電機(jī)空載啟動(dòng)力矩作用在工作臺(tái)的合力的計(jì)算，逆銑的時(shí)候合力大作用在工作臺(tái)上的合力折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)部件正常工作時(shí)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩故運(yùn)動(dòng)部件正常運(yùn)行時(shí)需的最大靜轉(zhuǎn)矩 按步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇要求所以， 查表218選擇步進(jìn)電機(jī)55BF009。查《指導(dǎo)書(shū)》圖221步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性曲線當(dāng)啟動(dòng)力矩時(shí)對(duì)應(yīng)的允許啟動(dòng)頻率，而由表218查得電機(jī)的啟動(dòng)頻率 ，保證了電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)不丟步。運(yùn)行矩頻特性校核快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性校核：由式234得，快進(jìn)力矩查《指導(dǎo)書(shū)》222得，允許快進(jìn)頻率由式233得電機(jī)最高快進(jìn)頻率 ，故電機(jī)快速進(jìn)給時(shí)不丟步。工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率為工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需力矩 工作負(fù)載力矩查《指導(dǎo)書(shū)》圖222得 允許工進(jìn)運(yùn)行力矩 滿足設(shè)計(jì)要求，故可選用此電機(jī)。第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)總體方案的擬定.,如車床、銑床、:通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī)圖41控制系統(tǒng)基本組成圖 總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒(méi)有程序存貯器，必須外接EPROM程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分。此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTALXTAL2。電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時(shí)鐘引腳（119腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。它包括RST、ALE、等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（（5177。）V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問(wèn)外部存貯器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（29腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問(wèn)外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。/Vpp（31腳）：當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng)PC值超過(guò)某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問(wèn)外部程序存貯器。對(duì)8031來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問(wèn)外部程序存貯器。輸入/輸出（I/O）口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口（）：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置1），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。MCS51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,XTALXTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端,該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器,大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),:圖42內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路,、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、C2可在20pF100pF之間選擇,一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTALXTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,應(yīng)采用NPO電容.MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作.單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平,使器件復(fù)位,只要RST保持高電平, ,P0,P1,P2,退出復(fù)位狀態(tài),.,常常需要人工按鈕復(fù)位,如下圖43所示:圖43上電按鈕復(fù)位電路對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms),RC的典型值為C=10μF,R=,干擾信號(hào)易串入復(fù)位端,可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位,這時(shí)可在RST引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路,按下開(kāi)關(guān)一定時(shí)間就能使RST引腳端為高電平,從而使單片機(jī)復(fù)位. 系統(tǒng)的擴(kuò)展在以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展程序存貯器，用以存放控制程序。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的存貯器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器。這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器（包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器）。另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路，用來(lái)與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，僅有幾個(gè)內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。程序存貯器的擴(kuò)展MCS51系列單片機(jī)的程序存貯器空間和數(shù)據(jù)存貯器空間是相互獨(dú)立的。程序存貯器尋址空間為64KB（0000H0FFFFH），8031片內(nèi)不帶ROM，所以要進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。用作程序存貯器的常用的器件是EPROM。 由于MCS51單片機(jī)的P0口是分別復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存貯器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存貯器容量要求的不同，常采用的擴(kuò)展芯片擴(kuò)展EPROM2716（2KB8）、2732A（4KB8）、2764A（8KB8）、27128A（16KB8）、27256（32KB8）和27512（64KB8）等。以上6種EPROM均為單一+5V電源供電，維持電流為35mA40mA，工作電流為75mA100mA，讀出時(shí)間最大為250ns，均有