【正文】 空載起動時折算到電機軸上的加速度力矩 式中： 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量() 運動部件最大快進速度(mm/min) 電機最大轉(zhuǎn)速(r/min) 運動部件從停止起動加速到最大進給速度所需時間(s) 綜上有電機軸上的加速度力矩： （2）摩擦力矩 式中： 導軌的摩擦力（N） 垂直方向的切削力（N） G運動部件的總重量(N) G=800N 導軌摩擦系數(shù) = i齒輪總減速比 i= 傳動鏈總效率，一般可取 則有： （3）附加摩擦力矩式中： 滾珠絲桿預加負載（N）,一般取工作載荷的 滾珠絲桿導程(cm) 滾珠絲桿未預緊時的傳動效率，一般取 則有： （4） 折算到電機軸上的切削負載力矩 式中：進給方向最大切削力（N） 快速空載起動時所需力矩 最大切削負載時所需力矩 在、兩種力矩中取大者為選擇步進電機的依據(jù)。如果過步進電機起動力矩還不能滿足要求，則可以采用高低壓驅(qū)動功放電路，將步進電機起動力矩在擴大一倍左右。（三）I/O擴展 8031只有P1口可作為普通I/O口用，所以需擴展，需要計算一下總共需多少I/O口線，設計中，鍵盤需要32個鍵，采用矩形陣式鍵盤。由地址范圍可知CB為00，所以選擇腳，即當 =0，=0和=0時為0000H =0，=0和=1時為3FFFH—7FFFH需要12個引腳。（4）確定，a, 若使電流上升沿陡，希望T2工作于飽和狀態(tài)（實際還沒有達到飽和電流，單穩(wěn)已翻轉(zhuǎn)成低電平）。越界報警、急停處理模塊本模塊的主要功能是當XY工作臺移動越出邊界時進行應急處理，停止一切正常工作，由復位重新使系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。另外還應設一標志位，用以標志連續(xù)兩次查詢到按鍵值是否一樣，其地址為31H，定義如下：（31H）=1，表明上次查詢有鍵按下；（31H）=0，則為無鍵按下。從本系統(tǒng)的施加情況及后面的軟件框圖可以看出，鍵盤緩沖區(qū)很少出現(xiàn)兩個或兩個以上未處理的命令碼，一般情況只要一個命令碼，馬上會得到處理。 在整個的設計過程中，我們都盡量參照國家標準和規(guī)范，合理的設計各改造部分，這在很大程度上提高了我們的嚴謹性和實事求是的精神。從車床改造方案的確定到機械部分設計及計算，從步進電機的選擇到控制部分的設計。其余3個字節(jié)內(nèi)存放具體的命令碼。 鍵盤采用每隔33=9ms掃描一次，其目的是消除鍵盤抖動。這里設定一標志，其作用是反映XY工作臺的當前運動方向。高壓電源電壓的確定 電機每相工作三拍改變一次通電狀態(tài)，設要求在控制脈沖寬度時間內(nèi)相電流達到額定電流的60%，這個時間也就是高壓電源工作時間，即單穩(wěn)翻轉(zhuǎn)時間，其值為： 高電壓電源電壓 元件的確定 （1）為了使電路簡單、緊湊，功率放大T1和T2選用復合管2SD8511501503102830001080150（2）確定和從和性能數(shù)據(jù)知，負載電流，基極電流為： 式中：電路放大倍數(shù)因此等效輸入電阻為： 光耦合器選用：G0102光耦合器光敏三極管的輸入等效電路見下圖：從等效電路可得： =+ == ==72選擇耦合器輸入電流 =10mA(最大的電流為50mA),電流傳輸比=30%； ==1030%=3mA解上述方程組得：；。（七）由地址范圍計算74LS138譯碼器接口電路—3FFFH，共有13個引腳。 ROM的地址范圍為0000H—3FFFH，并且采用譯碼器，使地址范圍為無重疊區(qū)。 故所選步進電機110BF003具有良好的起動能力及較快的響應速度，滿足要求。（三）步進電機的計算和選用轉(zhuǎn)動慣量的計算（1）齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算 M圓柱體質(zhì)量（kg）D圓柱體直徑（cm）L圓柱體長度或圓度（cm）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量為齒輪的轉(zhuǎn)動慣量為《機電一體化系統(tǒng)設計》，因為選用電機限定工作方式的是三相六拍，步距角為，故符合的是：110BF003和110BF004。為滾珠絲桿的基本導程（mm）,步進電機的步距角由系統(tǒng)的定位精度要求可確定系統(tǒng)的脈沖當量為：=初選三相異步電動機：根據(jù)經(jīng)濟性要求，采用三相六拍工作方式的步進電機，步距角為=。一般總變形量不應大于機床規(guī)定的精度一半。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第2項在計算式可酌情忽略。查《機電一體化技術(shù)手冊》—13得相應的額定動載荷滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時應滿足 。計算與說明主要結(jié)果 三、機床傳動部分的改造（一）系統(tǒng)負載的確定 確定系統(tǒng)脈沖當量脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。對加工精度較高的機床，其進給絲杠應換成滾珠絲杠副。這種改造方案成本較低。這種標準的微機數(shù)控系統(tǒng)通常采用單片機、驅(qū)動電源、步進電機及專用的控制程序組成開環(huán)控制，如圖21所示，其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。 （6）由以上五條派生的好處。 （1）可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）％，％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。圖21 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 機械系統(tǒng)的改造方案的確定在熟悉原機床的操作過程及傳動系統(tǒng)后，根據(jù)設計要求確定系統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)改造方案。對絲杠及軸要提高其直線度，導軌壓板及螺母的預緊力都要調(diào)得合適。（2） 、軟硬件任務合理分配 涉及軟、硬件任務分配的有：控制步進電機的脈沖發(fā)生與脈沖分配；數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；鍵盤掃描管理。Vs為最大切削力條件下的進給速度（m/min）,可取最高進給速度的1/2~1/3，取Vs=（m/min）。符合滾珠絲杠系列代號4006—，公稱直徑=40，螺旋角=，滾珠直徑=列數(shù)圈數(shù)=，=16083N 當時，=12518（N） 符合滾珠絲杠系列代號4008—，公稱直徑=40，螺旋角=，滾珠直徑=列數(shù)圈數(shù)=，=20202N計算 式：——絲杠螺旋升角，由算得。 Z：一圈的滾珠數(shù)（外循環(huán)） 取Z=32 當滾珠絲杠有預緊力，且預緊力為軸向工作載荷的1/3時，值可減少一半，即： 3） 剛度驗算 絲杠的總變形量。以基本導程最大的滾珠絲杠作為最終選擇，即以=8mm的作為計算依據(jù)。同時較小，故在此選用圓柱直齒輪單級傳動。對于大多數(shù)數(shù)控機床來說，因為要保證一定的動態(tài)性能，系統(tǒng)時間常數(shù)較小，而等效轉(zhuǎn)動慣量又較大，故電機力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的，而負載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動力矩作為選擇步進電機的依據(jù)。五、系統(tǒng)微機部分改造設計（一） 單片機的選擇根據(jù)總體方案的鑒定，微機已采用MCS51系列單片機，51系列相對48系列單片機指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列有三種型號：8031是無ROM的8051；8751是EPROM代替ROM的8051。需要13個I/O口；顯示器采用8個LED，需要9個I/O口；一個三相步進電機，采用硬件脈沖分配