【文章內(nèi)容簡介】 力矩和最大切削負載時所需力矩。 電機的啟動負載 （1） 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(dǎo)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(dǎo)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(yù)加負載（N）,一般取工作載荷的 滾珠絲桿導(dǎo)程(cm) 滾珠絲桿未預(yù)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)。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)。步進電機的選擇（1）首先根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩初選電機的型號 步進電機的起動轉(zhuǎn)矩： 由〉，所以 電機的起動力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有以下關(guān)系，見〈〈機電一體化專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書〉〉表3—10）：，（因電機工作方式為三相六拍，故取=）《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》， 110BF003：= 110BF004： = = 因為，所以型號為110BF003和110BF004均符合要求，但是，型號為110BF003的步進電機更符合要求，因為=，裕度較大；且110BF003的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩比110BF004的大，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，自鎖力矩越大，靜態(tài)誤差就越小。故選型號為110BF003的三相六拍的步進電機。（2）計算電機的工作效率1） 最大空載起動頻率式中： 為運動部件最大快速進給速度（m/min）， 故： 滿足要求2） 切削時的最大工作頻率式中： 為最大切削進給速度（m/min） 故： 由上述計算可知：系統(tǒng)要求的空載起動轉(zhuǎn)矩頻率要大于電機的空載起動頻率1500Hz,且很難找到空載起動頻率滿足要求的電機型號，可以采用調(diào)壓起動等方式起動電機使電機的空載起動頻率滿足要求；而電機運行頻率7000Hz可以滿足系統(tǒng)要求。（2） 校核步進電機1） 校核步進電機轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件為了使步進電機具有良好的起動能力及較快的響應(yīng)速度，通常推薦： 式中：步進電機的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（），見〈〈電機一體化系統(tǒng)設(shè)計〉〉表311得： （110BF003） （110BF004） 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩（）； 步進電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量()，見〈〈電機一體化系統(tǒng)設(shè)計〉〉表311得： （110BF003） （110BF004） 傳動系統(tǒng)折算到步進電機轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動慣量 ()。 故所選步進電機110BF003具有良好的起動能力及較快的響應(yīng)速度，滿足要求。 故110BF004符合要求2） 校核起動轉(zhuǎn)矩頻率特性和運行轉(zhuǎn)矩頻率特性 根據(jù)計算出的最大空載起動頻率和切削時最大工作頻率分別查出在此頻率下電機不失步是所允許的最大力矩 和，應(yīng)滿足： 〈 ， 〈一般數(shù)控機床往往不能滿足 〈的要求，必須采用升降速措施。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。五、系統(tǒng)微機部分改造設(shè)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。目前，數(shù)控機床中應(yīng)用最多的是8031單片機，他價格低，功能強，使用靈活等特點。本設(shè)計采用8031。（二） 擴展存儲器設(shè)計 由8031的P0口分別作地址總線低8位和數(shù)據(jù)總線，故需采用74LS373作為地址線低8位的鎖存器。 8031無內(nèi)部ROM，須采用擴展外部ROM，由車床數(shù)控系統(tǒng)包含系統(tǒng)控制程序和加工程序，采用16K*8的27128芯片，可與單片機所選的12MHZ時鐘相匹配。 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)。 8031片內(nèi)僅有RAM128字節(jié)需擴展，采用8K*8的6264芯片，其地址范圍 6000H—7FFFH，也采用譯碼器，使其無重疊區(qū)的地址范圍。（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(shè)計中，鍵盤需要32個鍵，采用矩形陣式鍵盤。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，采用硬件脈沖分配器，需要5個I/O，兩個主標軸的超程式報警及故障顯示及急停均采用8031的I/O口，不做內(nèi)存擴展口計算，為使系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍可控制自動轉(zhuǎn)換刀具或用手動轉(zhuǎn)動刀架，需要6個I/O口；為控制工作臺X軸，Z軸的速度和位移，使其具有暫停功能，起動鍵可繼續(xù)執(zhí)行及單步控制功能，需采用一個8155芯片和一個8255芯片，肯定可以滿足要求。（四）超程保護電路為防止X，Y工作臺越出邊界，可設(shè)置限位開關(guān)，分別為+X，X，+Y和Y向4個限位開關(guān)，一旦越界，立即停止工作臺移動?？衫?031的外部中斷引腳INT0，只要有一個開關(guān)閉合，即工作臺越界，立即停止工作臺移動。（五）緊急停電電路 可采用兩點控制環(huán)節(jié)，為便于操作人員的操作也應(yīng)經(jīng)過隔音電路。（六）鍵盤與顯示電路 采用一片8155。（七）由地址范圍計算74LS138譯碼器接口電路—3FFFH，共有13個引腳。C B …………………… …………………… 0 0 0 0 0………………………0 01………………………1 1查《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》表46 74LS138功能表C B A，，，，0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1