【正文】 應(yīng)鍵輸入要求。. 鍵盤(pán)與顯示接口電路在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，鍵盤(pán)與顯示系統(tǒng)是不可缺少的部件，它們由硬件電路和軟件程序兩部分組成。. 存儲(chǔ)器的選用、擴(kuò)展及連接由控制系統(tǒng)所遷用單片機(jī)內(nèi)部集成ROM存儲(chǔ)器，同時(shí)128位的RAM輸出不能滿(mǎn)足控制系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，因此要進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展。、 RST/VPD 是復(fù)位/備用電源端。因8031沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故EA必須接地。端口2是一個(gè)百內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址A8A15。使用外部震蕩器時(shí)必須接地。其控制系統(tǒng)框圖如圖9所示：存儲(chǔ)器擴(kuò)展光電隔離驅(qū)動(dòng)器I/O口擴(kuò)展單片機(jī)功 率 放 大蝸桿蝸輪W軸電機(jī)Z軸電機(jī)橫向絲杠Y軸電機(jī)X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Z向絲杠縱向絲杠顯示器鍵 盤(pán)繼電器縱橫等軸限位主軸脈沖發(fā)生器龍?zhí)椎稁?kù)（銑床）主 軸急停、STOP、清零等功能按鈕機(jī)械手控制電路電 機(jī)圖圖控制系統(tǒng)框圖. 單片機(jī)型號(hào)的選用按照要求，此控制系統(tǒng)只對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的兩個(gè)軸進(jìn)行控制，而且是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，因此控制較為簡(jiǎn)單；再加上鍵盤(pán)和顯示器的控制，也不復(fù)雜，應(yīng)采用較為經(jīng)濟(jì)的單片機(jī)。由于機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)部件都是沿導(dǎo)軌而作運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)軌的磨損就非常大，所以要采用一系列措施來(lái)提高導(dǎo)軌耐磨性。但是對(duì)于數(shù)控鉆床來(lái)講，工件進(jìn)給過(guò)程中并不受切削力，則加上鑲?cè)胨芰蠈?dǎo)軌板時(shí)的平均壓力可以適當(dāng)?shù)脑黾?，~，故導(dǎo)軌的平均許用壓強(qiáng)Pav=~，故選擇導(dǎo)軌符合要求。接觸壽命系數(shù)ZN:ZN1= ZN2=許用接觸應(yīng)力[бH]：驗(yàn)算：бH=ZEZHZε 計(jì)算結(jié)果表明,接觸疲勞強(qiáng)度較為適合，齒輪齒寸無(wú)需調(diào)整。、 Z向進(jìn)給滾珠絲杠的校核初選絲杠型號(hào)為CMD32055，因此必須進(jìn)行以下幾個(gè)項(xiàng)目的校核、 承載能力的校核：Ｑ＝fHfWPmaxCO 式中L—滾珠絲杠壽命系數(shù)（）　Pmax=F向+F摩＝1175＋0＝1175NfH=1 fW=2 T=15000 Ｑ＝　　選絲桿CMD32055查表得絲桿額定載荷為ＣO=Q　滿(mǎn)足要求。、橫向進(jìn)給軸承的選擇推力球軸承：51304向心球軸承：6204. Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算、 Z向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算、 摩擦阻力：摩擦阻力應(yīng)等于正壓力乘以摩擦系數(shù)。為保證正常的起動(dòng)與停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于TΣ39。、 剛度驗(yàn)算：絲杠的剛度是保證第一導(dǎo)程的變動(dòng)量要在允許范圍內(nèi)絲杠最小截面積設(shè)T0=I= M= Tmaxi===1020Ncm∴“＋”號(hào)用于拉伸，“一”號(hào)用于壓縮，都取“＋”號(hào)，則:由于選擇要求滾珠絲杠精度等級(jí)為C級(jí)，ΔL0=177。. 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算、 縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算、 摩擦阻力：摩擦阻力應(yīng)等于正壓力乘以摩擦系數(shù)。根據(jù)最小軸徑確定各階軸徑。又因?yàn)檗D(zhuǎn)矩完全達(dá)到要求，轉(zhuǎn)矩要求的差又不是太大，從對(duì)主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手（對(duì)主軸箱的總體布局和結(jié)構(gòu)合理、比例合適），可將這對(duì)齒輪設(shè)計(jì)成一組惰輪，即不改變變速器傳遞出來(lái)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，僅將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給主軸，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和目的。由前面知齒輪花鍵軸的功率為P1圖 主軸傳動(dòng)示意圖即軸Ⅰ PⅠ= P1=軸Ⅱ PⅡ= PⅠ/η齒輪= （取η齒輪=，精度等級(jí)為8級(jí)）則主軸電機(jī)輸出功率P2P2= PⅠ/η聯(lián)軸器=根據(jù)《機(jī)械產(chǎn)品目錄》選擇電機(jī)可用YCP8022。、 確定切削力和扭矩：、 計(jì)算：（1）、當(dāng)工件材料為 45井鋼時(shí)，根據(jù)以知條件查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》：∽。包括此類(lèi)機(jī)床的其它特點(diǎn)都很滿(mǎn)足我們要設(shè)計(jì)機(jī)床的要求。適合于工作單一加工工件較小及加工尺寸小的場(chǎng)合。. 本文所做的工作 完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案。當(dāng)前，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開(kāi)發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過(guò)度的關(guān)鍵時(shí)期，也是由封閉型數(shù)控系統(tǒng)向開(kāi)放型系統(tǒng)過(guò)渡的時(shí)期。這種新型結(jié)構(gòu)機(jī)床的六條腿能自由伸縮，沒(méi)有導(dǎo)軌和拖板，也稱(chēng)為虛軸機(jī)床（Virtual Axis Machine）。以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐的、具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)被用于指導(dǎo)加工。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化除進(jìn)一步提高其自動(dòng)編程、上下料、加工等自動(dòng)化程度外，還在自動(dòng)檢索、監(jiān)控、診斷、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)傳輸?shù)确较蜻M(jìn)一步發(fā)展。 高柔性化柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力，當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化，對(duì)機(jī)床提供了更高的柔性加工要求。數(shù)控加工基本過(guò)程見(jiàn)圖1所示： 圖 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）系統(tǒng)框圖數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。這類(lèi)零件：一般形狀較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)上述目的的關(guān)鍵一方面在于提高機(jī)床的柔性自動(dòng)化程度、高速精加工能力、加工過(guò)程的可靠性與設(shè)備的操作性能，另一方面在于合理的生產(chǎn)組織、計(jì)劃調(diào)度和工藝過(guò)程安排。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)械加工的大量前期準(zhǔn)備工作與機(jī)械加工過(guò)程聯(lián)為一體，使零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的一體化成為現(xiàn)實(shí)，使機(jī)械加工的柔性化自動(dòng)化水平不斷提高。此外，數(shù)控技術(shù)也會(huì)在繪圖儀、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光加工與線(xiàn)切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。S。同時(shí)，隨著航空工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)和輕工消費(fèi)品生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，復(fù)雜形狀的零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高。1952年，MIT伺服機(jī)構(gòu)研究所用實(shí)驗(yàn)室制造的控制裝置和辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式銑床成功地實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控運(yùn)動(dòng)，可控制銑刀進(jìn)行連續(xù)空間曲面的加工，揭開(kāi)了數(shù)控加工技術(shù)的序幕。1958年，清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠(chǎng)合作研制了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床。如著名的“東芝事件”，即是由于前蘇聯(lián)利用從日本獲得的大型五坐標(biāo)數(shù)控銑床，用其制造出具有復(fù)雜曲面的潛艇的噪聲大為降低，西方的反潛艇設(shè)備頓時(shí)失效，對(duì)西方構(gòu)成了重大威脅。這類(lèi)零件型面復(fù)雜，常規(guī)加工方法難以實(shí)現(xiàn)，它不僅促使了數(shù)控加工技術(shù)的產(chǎn)生，而且也一直是數(shù)控加工技術(shù)的主要研究及應(yīng)用對(duì)象。. 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)近十幾年來(lái)，數(shù)控機(jī)床借助于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步著高精度、多功能、高速化、高效率、正向復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn)，明顯地反映出時(shí)代的特征，其主要表現(xiàn)為以下幾方面。如出現(xiàn)了可編程控制器（PLC）控制的可調(diào)組合機(jī)床、數(shù)控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心、數(shù)控三坐標(biāo)動(dòng)力單元等具有柔性的高效率加工設(shè)備，柔性加工單元（FMC），柔性制造系統(tǒng)（FMS）以及介于傳統(tǒng)自動(dòng)線(xiàn)與FMS之間的柔性制造線(xiàn)（FTL）。一臺(tái)具有自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換立臥主軸頭的鏜銑加工中心，不僅一次裝夾便可以完成鏜、銑、鉆、鉸、攻絲和檢驗(yàn)等工序，而且還可以完成箱體件五個(gè)面粗、精加工的全部工序。在生產(chǎn)企業(yè)之間，數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以更好地適應(yīng)敏捷制造（AM）等先進(jìn)制造模式。. 我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)家對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展十分重視，經(jīng)歷了“六五”、“七五”期間的消化吸收引進(jìn)技術(shù)，“八五”期間科技攻關(guān)開(kāi)發(fā)自主版權(quán)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎(chǔ)，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。數(shù)控機(jī)床的可靠性指標(biāo)有大幅度提高。第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇經(jīng)過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)給出的題目要求和數(shù)據(jù):要設(shè)計(jì)加工工件的最大直徑為Φ10mm，且其工作行程為30030070的數(shù)孔多工位鉆床。這樣就相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。第三章 機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)由于電機(jī)工作時(shí)，其負(fù)載阻力有切削力、摩察阻力、慣性力，只有克服這些阻力，才能正常啟動(dòng)及運(yùn)行。在數(shù)控機(jī)床多工位鉆床的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求數(shù)控機(jī)床能夠進(jìn)行多級(jí)變速。根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩及主軸所必須達(dá)到的最小轉(zhuǎn)矩，可確定變速器，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷可選擇的無(wú)級(jí)變速器為：HZXD1500L。計(jì)算如下：關(guān)于主軸傳動(dòng)中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）初步計(jì)算：轉(zhuǎn)矩:TII= =5490Nmm齒寬系數(shù):φd （該節(jié)中所指的表均指《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書(shū)中的表） 取φd＝接觸疲勞極限：σHlim σHlim1=710MPa σHlim2=580MPa初步計(jì)算的許用接觸硬力:[σH1]==710=639MPa，取Ad＝85初步計(jì)算的小齒輪直徑：d1≥=(其中u=I=1, T=5490Nmm)取d1＝90mm 初取齒寬：b=φbd1=190=90mm（2）校核計(jì)算：圓周速度: 精度等級(jí)： 齒數(shù)Z和模數(shù)m:取齒數(shù)Z1=60,Z2=iZ1=160=60= 則 Z2= iZ1=60使用系數(shù)KA:＝ 動(dòng)載系數(shù)K V:＝ 齒間載荷分配系數(shù)KHα:： 端面重合度： （） 重合度系數(shù):Zε== () 由此得： 齒間載荷分布系數(shù)KHβ: （非對(duì)稱(chēng)支撐） 載荷系數(shù)：K=KAKVKHαKHβ==＝ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH:＝ 接觸最小安全系數(shù)SHmin:＝ 總工作時(shí)間：th=10300820%=4800h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL:：107NL109 則指數(shù)：m= NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax) =6016314800(++ ) =107 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。[P]=5～15Mpa 取[P]= 15Mpa選擇齒的接觸長(zhǎng)度l′即為Z4齒的齒寬l′=b4=30mm 取載荷不均勻系數(shù)K=則T（動(dòng)聯(lián)接）=410310315106=Tmax=則花鍵軸能夠達(dá)到所需傳遞的轉(zhuǎn)矩。,由表查出Tg/TΣ39。正壓力應(yīng)包括軸向力及工作臺(tái)之重力。所以選擇合適。、 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：Tm=(F軸+F摩) V工作/2πnmTm=(0+1175)2/2π=由、 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算：以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間 Δt=(～1s之間)，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度∴角加速度T慣＝J∑εm=103=、 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：J∑=Tm +T慣=+=、 Z向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)加工匹配選擇考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率η為,安全系數(shù)為K,則比時(shí)的負(fù)載總，轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮為T(mén)Σ39。4μm所以滿(mǎn)足要求。、 X軸向移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選：根據(jù)以知條件和加工要求，預(yù)選導(dǎo)軌機(jī)床坐標(biāo)如圖5所示： 圖數(shù)控鉆床坐標(biāo)系由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》新版（2），X軸向移動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)選為H=20 B=50 B1=12 A=400 h=12 h1= 鑲條b=6（平）如圖6所示： 圖T型導(dǎo)軌剖面結(jié)構(gòu)、 驗(yàn)算滑動(dòng)導(dǎo)軌：對(duì)于數(shù)控多工位的鉆床的導(dǎo)軌受力分析如圖7所示：Ｆｃ、Ｆｆ、ＦＱ分別為切削力、進(jìn)給力和背向力。參數(shù)選擇：H=20 B=70 B1=12 A=400h=12 h1= b=6（平）、 驗(yàn)算滑動(dòng)導(dǎo)軌：對(duì)于數(shù)控多工位的鉆床的導(dǎo)軌受力分析為：圖8圖Z軸導(dǎo)軌分析圖（1）各外力對(duì)坐標(biāo)軸取矩：Ｘ軸　　　其中 W取500Kg =+250 =或 =My=Mz=0（2）支反力計(jì)算：各導(dǎo)軌面的支反力分別為RA、RB、RC則有：或：（3）牽引力：對(duì)于鉆床來(lái)說(shuō)，F(xiàn)f進(jìn)給力很小或?yàn)?。因雙片可調(diào)式薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法能夠調(diào)整齒側(cè)隙，使加工精度及表面粗糙度達(dá)一定要求，所以可采用該方法調(diào)整以消除齒輪間隙。數(shù)據(jù)總線(xiàn)由P0口提供。、 I/O口共有p0 p1 p2 p3四個(gè)8位口，32根I/O線(xiàn)，其功能、 (AD0AD7)是I/O端口O的引腳。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與p1口完全相同。作為地址鎖存允許時(shí)高電平有效。、 單片機(jī)時(shí)鐘利用內(nèi)部振蕩電路，在XTL1，XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，電容在530PF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。8031對(duì)片外RAM和ROM的連接如圖10所示：其擴(kuò)展連線(xiàn)如下：8031和2766264的連線(xiàn)說(shuō)明：由于2764和6264的存儲(chǔ)容量都為8KB，——A8相連，——A0，ROM和RAM各13條。讀鍵值方法一般采用掃描方式，即輸出口按位輪換輸出低電平，再?gòu)妮斎肟谧x入鍵信息，最后通過(guò)軟件方法獲得鍵碼。為了減少硬件開(kāi)鎖，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，單片機(jī)控制系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示。PC口的PC0~PC4做顯示與鍵盤(pán)的動(dòng)態(tài)掃描口，送出數(shù)據(jù)采用BCD編碼，經(jīng)TTL74LS04譯碼驅(qū)動(dòng)輸出，供LED數(shù)據(jù)管掃描驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)掃描。BINTR：B口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。TINEIN為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，有外部輸入時(shí)鐘脈沖，TIMEOUT為定時(shí)器輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形。按鍵分為三類(lèi)：一是數(shù)字鍵0—F，二是功能鍵12個(gè)；三是兩個(gè)鍵沒(méi)有定義，作為擴(kuò)展有鍵位。CPU在行掃描時(shí)必須不以發(fā)現(xiàn)第一個(gè)被近鍵為滿(mǎn)足，而是繼續(xù)完成對(duì)所有行的一遍掃描，并在該行掃描結(jié)束后根據(jù)竄鍵標(biāo)志來(lái)判斷是否發(fā)生竄鍵。LED