【文章內(nèi)容簡介】 方式；（2）計算滾珠絲桿副的主要參數(shù) ①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)==； ②計算當量轉(zhuǎn)速 ③計算當量載荷 ④初步確定導程 取5mm⑤計算絲桿預期工作轉(zhuǎn)速⑥計算絲桿所需的額定載荷（3）選擇絲桿型號根據(jù)初定的和計算的，選取導程為5mm，額定載荷大于的絲桿。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預緊、導珠管埋入式系列滾珠絲桿。2．臨界轉(zhuǎn)速校核校核合格。3．由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。4．滾珠絲桿的預緊預緊力一般取當量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應的預緊轉(zhuǎn)矩（三）步進電機的選用步進電動機又稱為脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負載、環(huán)境條件的波動而變化；③速度可調(diào)，能夠快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運行特性好。數(shù)控電火花成型機的動力系統(tǒng)要求電動機電位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進電動機為反應式步進電動機，具備以上的所有條件，我們選用了型號90BF004的電動機作為主運動的動力源。選用時主要有以下幾個步驟：（一）根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號1．步距角初選步進電機型號，并從手冊中查到步距角,由于 綜合考慮，我初選了，可滿足以上公式。2．距頻特性步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機的定位轉(zhuǎn)矩。步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩Mmq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關系是： Mmq=步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算： 式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；Mkf為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機型號時應滿足步進電動機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉(zhuǎn)矩，即： MkqMmq=λMjmax計算Mkq的各項力矩如下：（1）加速力矩 （2）空載摩擦力矩 （3）附加摩擦力矩 （二）啟動矩頻特性校核 步進電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。 前面提出的，僅僅是指初選惦記后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。 步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。（四）進給機構(gòu)支承設計滾珠絲杠的支承和支承方式將影響絲杠副的剛度，因此，對運動精度要求高時應審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種：①絲杠一端安裝兩個深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承；螺母相當于固定支承。②安裝一個深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為鉸支承；因此絲杠的支承方式有兩端固定，一端固定，一端鉸支，一端固定、一端自由，兩端鉸支，一端固定、一端鉸支幾種。本次采用的是兩端固定形式支承螺桿的支承方式有以下四種：（1）雙推自由支承：將兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承裝在一端，另一端自由特點：適用于短螺桿。（2）雙推支承 將兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個或兩個深溝球軸承。特點：螺桿水平安裝時，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運轉(zhuǎn)時，自由端的晃動。適用于長螺桿。（3）單推單推或雙推單推 兩端各裝一個方向相反的推力球軸承和一個深溝球軸承或一端裝兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承，另一端裝一個推力球軸承。 特點可預拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時，因自重產(chǎn)生的彎曲，當軸承預緊力大于螺桿載荷的1/3時，螺桿拉壓剛度可提高4倍，且不會承受壓力，無失穩(wěn)現(xiàn)象。（4）雙推雙推 兩端各裝兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承 特點：優(yōu)點與單推單推式相同，當超過預計溫度時，不會因螺桿伸長使軸承產(chǎn)生間隙，缺點是調(diào)整較復雜。四、數(shù)控系統(tǒng)設計（一） 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定,如車床、銑床、:通信接口軟件微機 步進電機驅(qū)動電路步進電機機床開關量控制電路主運動驅(qū)動電路主軸電動機 控制系統(tǒng)框圖(二)數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設計 單片機設計單片機通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運算器電路、控制器電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機芯片并不并能把計算機的全部電路都集成到其中，有些元件如復位電路的石英晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。通常所說的單片機系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應用需要由用戶設計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應用系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，單片機處于核心地位，是構(gòu)成單片機系統(tǒng)的硬件和軟件基礎。(1)MCS51系列單片機的設計MCS51系列單片機的所有產(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/計數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設計中，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及時鐘引腳XTALXTAL2。 電源引腳接入單片機的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時鐘引腳（119腳）：外接晶體時與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，它提供單片機的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端。當采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時，該引腳接受振蕩器的信號，即把信號直接接至內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。它包括RST、ALE、等。此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復用功能。RST/VPD（9腳）：當振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的高電平將使單片機復位（RST）。復位后應使此引腳電平為≤，以保證單片機正常工作。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，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當單片機訪問外部存貯器時，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，每當訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，在兩個機器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動8個TTL負載。（29腳）：此輸出為單片機內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號。在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動8個TTL負載。/Vpp（31腳）：當端保持高電平時，單片機訪問的是內(nèi)部程序存貯器，但當PC值超過某值時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當端保持低電平時，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器。對8031來說，因其無內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時只能訪問外部程序存貯器。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，當作為I/O口使用時，可直接連接外部I/O設備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可驅(qū)動8個TTL負載。一般作為擴展時地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口（）：為8位準雙向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，鎖存器必須置1），可驅(qū)動4個TTL負載。P2口（）：為8位準雙向I/O口，當作為I/O口使用時，可直接連接外部I/O設備。它是與地址總線高8位復用，可驅(qū)動4個TTL負載，一般作為擴展時地址總線的高8位使用。P3口（）：為8位準雙向I/O口，是雙功能復用口，可驅(qū)動4個TTL負載。(2)MCS51單片機的時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟,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)成了一個自激振蕩器,大多單片機應用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式.最常用的內(nèi)部時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,: 內(nèi)部時鐘方式的時鐘電路,、C2的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、C2可在20pF100pF之間選擇,一般當外接晶體時典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時典型取值為47pF,取60pF70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設計印刷電路板時,晶體或陶瓷諧振器和電容應盡量靠近單片機XTALXTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,應采用NPO電容.(3)MCS51單片機的復位電路計算機在啟動運行時都需要復位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作.單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的,MCS51單片機有一個復位引腳RST,當振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平,使器件復位,只要RST保持高電平, ,P0,P1,P2,退出復位狀態(tài),.,常常需要人工按鈕復位,如圖 所示: 上電按鈕復位電路對于CMOS型單片機因RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端保持兩個機器周期以上的高電平(因為振蕩器從起振到穩(wěn)定大約要10ms),RC的典型值為C=10μF,R=,干擾信號易串入復位端,可能會引起內(nèi)部某些寄存錯誤復位,這時可在RST引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復位電路只需將一個常開按鈕開關并聯(lián)于上電復位電路,按下開關一定時間就能使RST引腳端為高電平,從而使單片機復位在以8031單片機為核心的控制系統(tǒng)中必須擴展程序存貯器，用以存放控制程序。同時，單片機內(nèi)部的存貯器容量較小，不能滿足實際需要，還要擴展數(shù)據(jù)存貯器。這種擴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，在單片機內(nèi)部雖然設置了若干并行I/O接口電路，用來與外圍設備連接。但當外圍設備較多時，僅有幾個內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機還需要擴展輸入輸出接口芯片。（1） 程序存儲器擴展MCS—51系列單片機的程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間是相互獨立的。程序存儲器尋址空間為64kB（0000H～0FFFFH），其中8058751片內(nèi)有4kB的ROM或EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM。當片沒ROM不夠采用8031芯片時，需擴展程序存儲器。用作程序存儲器的器件是EPROM和EEPROM， MCS—51單片機擴展外部程序存儲器的硬件電路如圖 MCS—51單片機擴展外部程序存儲器的硬件電路由于MCS—51單片機的P0口是分時復用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進行程序存儲器擴展時，必須用地址鎖存器鎖存地址信號。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的74LS373。當用74LS373作為地址鎖存器時，鎖存端G可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿進行地址鎖存。根據(jù)應用系統(tǒng)對程序存儲器容量要求的不同，常用的擴展 芯片包括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35mA～40Ma，工作電流為75 mA～100 mA，讀出時間最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0～A15是地址線，不同的芯片可擴展的存儲容量的大小不同，因而提供高8位地址的P2端口線的數(shù)量各不相同，故2716為A0～A10，27152為A0～A15；D0～D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸入端。根據(jù)圖 程序存儲器擴展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373為例對8031單片機進行程序存儲器擴展，其連接圖如圖所示。 8031擴展2764的連接圖因為2764A是8kB容量的EPROM，故用到了13根地址線，A0～A12。由于系統(tǒng)中只擴展一片程序存儲器，所以可將片選端CE直接接地。同時，8031運行所需程序指令來自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會運行。電擦除可編程只讀存儲器EEPROM是近年來推出的新產(chǎn)品。其主要特點是能在計算機系統(tǒng)中進行在線修改，并在斷電的情況下保持結(jié)果。因此，自從EEPROM問世以來，在智能化儀器儀表、控制裝置、開發(fā)系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。（2） 數(shù)據(jù)存儲器的擴展8031單片機內(nèi)部有128字節(jié)RAM存儲器。CPU對內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令。但是在用于實時數(shù)據(jù)采集和處理時，僅靠片內(nèi)提供的128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器是遠遠不夠的，在這種情況下，可MCS—51的擴展功能，擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。圖