【文章內(nèi)容簡介】 動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對于和很小，可忽略不計。則有： 其中，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩由式計算可得 =m再由式410計算承受最大工作負載狀態(tài)下，移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：將數(shù)值帶入上式得=m最后由式，求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：=+=m經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的最大 等效負載轉(zhuǎn)矩：=max{，}=m3）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Nm對于前面預(yù)選的110BYG2602型步進電動機，由表45可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩=20Nm，可見完全滿足上式的要求。4）步進電動機的性能校核①最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快工進速度=800mm/min，脈沖當量=，由式416求出電動機對應(yīng)的運行頻率從表47可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=m，遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩=m ，滿足要求。②最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快空載移動速度，仿照式416求出電動機對應(yīng)的運行頻率從表47可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=10 Nm，大于快速空載啟動時的負載轉(zhuǎn)矩=m，滿足要求。③最快空載移動時電機運行頻率校核最快空載移動速度，對應(yīng)電動機運行頻率=6000Hz。查表45可知110BYG2602的極限運行頻率為20000Hz，可見沒有超出極限。④啟動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量=，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表45可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時最高空載啟動頻率=1800Hz，則由式417可以求出步進電機克服慣性負載的啟動頻率為： 783Hz上式說明，要想保證步進電機起步時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于783Hz。實際上，在采用軟件升降頻時，啟動頻率選的很低，通常只有100Hz。綜上所述，本例中縱向進給系統(tǒng)選用110BYG2602步進電動機，可以滿足設(shè)計要求。4．2同步帶傳遞功率的校核分兩種工作情況，分別進行校核。（1）快速空載啟動 電動機從靜止到加速至=750r/min，同步帶傳遞的負載轉(zhuǎn)矩=m,傳遞的功率為（2）最大工作負載、最快工進速度 帶需要傳遞的最大工作負載轉(zhuǎn)矩=m，任務(wù)書給定的最快工進速度，對應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速160r/min，傳遞的功率為可見。因此選擇的同步帶功率合格。5電動機驅(qū)動電路設(shè)計5．1 光電隔離電路光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,，消除接地回路的干擾，具有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等特點。光電隔離在強弱電接口、特別是在微機系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號（數(shù)字信號）的傳輸，不適合于傳輸模擬量；線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制。5．2 單極性可逆PWM電路設(shè)計可逆PWM電路分雙極性和單極性兩種，前者有低速運行平穩(wěn)的優(yōu)點，但存在著電流波動大，功率損耗大的缺點，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)直通的危險，限制了開關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電機的控制。由于本設(shè)計選用的直流電機功率較大，尤其是在啟動加速時刻，故選擇后者。單極性驅(qū)動又分T型和H型，以H型應(yīng)用最多。一般對中大功率的直流電機驅(qū)動電路可以用相應(yīng)的MOS管和續(xù)流二級管（肖特基管）搭建H橋驅(qū)動電路。使用MOS管，其開關(guān)速度快，同時又是電壓驅(qū)動型，驅(qū)動電路簡單而且導通后內(nèi)阻小，通過電流大，這樣加在電機的電壓就接近電源電壓，使電機能正常工作。使用續(xù)流二級管，用來保護元器件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞，以及提供電機制動回路。 6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的“大腦”，其設(shè)計也是普通機床進行數(shù)控化改造的核心工程，對機床而言，數(shù)控系統(tǒng)通過對輸入的加工程序進行數(shù)據(jù)處理和運算后，輸出控制信號，控制主軸、進給軸和其他輔助裝置正確、及時和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時接受從機床反饋來的各種信息，對機床控制進行調(diào)整。任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，在處理信息方面，軟件和硬件對要完成的任務(wù)是等價的，硬件處理速度快，線路復(fù)雜，軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強，但速度較慢。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來越傾向于軟件控制。數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運算是插補運算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補償。位置控制的實質(zhì)就是位置負反饋，即指令位置和實際位置進行比較，用位置偏差進行控制；插補運算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標點，通過一定的運算法則實時獲得位置指令；刀具補償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。6．1 硬件電路設(shè)計6．1．1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用微機結(jié)構(gòu)的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，在一些標準型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當今數(shù)控機床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，本設(shè)計將采用較經(jīng)濟的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實際要求。 數(shù)控機床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來有以下幾個部分組成：（1）中央處理單元CPU；（2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；（3）存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器；（4）輸入輸出接口電路；（5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。6．1．2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 根據(jù)設(shè)計要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：(1) 讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)；(2) 讀取操作面板開關(guān)及按鈕信號；(3) 讀取螺紋/光電編碼器信號 ；(4) 讀取電動刀架刀位信號；(5) 接受車床行程開關(guān)信號；(6) 控制LED顯示；(7) 控制電動刀架自動選刀；(8) 控制縱向、橫向電動機驅(qū)動；(9) 控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；(10) 控制交流變頻器；(11) 控制冷卻泵啟停；(12) 可與PC進行串行通信。綜合上述所要實現(xiàn)的功能，選用intel8031作為主控芯片，接晶振電路、復(fù)位電路，由于8031無內(nèi)部存儲器，選用2764作為程序存儲器，選6264作為數(shù)據(jù)存儲器，8031P0口8位地址數(shù)據(jù)分時復(fù)用，因此得選74LS373鎖存器，另外考慮到8031IO口較少，用8155擴展IO口，之后分別接刀架電機、縱橫向電機、6位數(shù)碼管、報警顯示等外圍電路。由于由8031控制的芯片較多，選74LS138譯碼器做片選，保證8031能夠準確尋址并發(fā)送、接受控制指令。74ls06 六高壓輸出反相緩沖器驅(qū)動器用來提高電路的驅(qū)動能力。6．1．3 主控芯片及相關(guān)芯片的簡介 8031單片機 8031是最常見的mcs51系列單片機，是inter公司早期的成熟的單片機產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涉及到各行各業(yè),下面介紹一下它的引腳圖等資料。 8031管腳圖8031引腳功能（1）主電源引腳Vss和Vcc① Vss接地② Vcc正常操作時為+5伏電源（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2① XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 ② XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。（3）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/ ， 和 /Vpp① RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。② ALE/ 正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。 對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能）③ 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。④ /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當 /Vpp為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當 /Vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。 ☆8031引腳功能： Vcc:+5V電源電壓。 Vss:電路接地端。 ～:通道0，它是8位漏極開路的雙向I/O通道，當擴展外部存貯器時，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0吸收/發(fā)出二個TTL負載。 ～:通道1是8位擬雙向I/O通道，在編程和校驗時，它發(fā)出低8位地址。 通道1吸收/發(fā)出一個TTL負載。 ～:通道2是8位擬雙向I/O通道，當訪問外部存貯器時，用作高8位地址總線。通道2能吸收/發(fā)出一個TTL負載。 ～:通道3準雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個TTL負載，P3通道的每一根線還有 ☆另一種功能： :RXD，串行輸入口。 :TXD，串行輸出口。 :INT0，外部中斷0輸入口。 :INT1，外部中斷1輸入口。 :T0，定時器/計數(shù)器0外部事件脈沖輸入端。 :T1，定時器/計數(shù)器1外部事件脈沖輸入端 1