【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 =2549Ncm=1098Ncm ,大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩,以滿足此項(xiàng)要求. 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí),按150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性圖，完全可以滿足要求,所以初步選擇150BF002型步進(jìn)電機(jī)。 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1 . 運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J∑可由下式計(jì)算: 計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖31傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算：式中——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、——齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子慣量式中、——齒輪、的分度圓直徑； 、——齒輪、的齒寬。代入上式：考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題?；緷M足慣量匹配的要求。 電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：（1）快速空載起動(dòng)力矩 在快速空載起動(dòng)階段加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 將前面的數(shù)據(jù)帶入，式中各符號(hào)意義同前。 起動(dòng)加速時(shí)間 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： 附加摩擦力矩： 上述三項(xiàng)合計(jì)： （2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 （3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 從上面計(jì)算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。 從課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P36表413查出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍時(shí)。 最大靜力矩： 按此最大靜轉(zhuǎn)矩從下表33（源數(shù)據(jù)來自網(wǎng)站）查出，110BYG3503型最大靜轉(zhuǎn)矩為。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。表33型 號(hào)步距角相數(shù)電壓線電流靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)身長(zhǎng)單 位度　VAKHZKHZ（)（mm)110BYG350131102205121600=3011144110BYG350231102205161600=3015182110BYG350331102205201600=3018261 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 從上表33查出110BYG3503型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率為，圖32查出運(yùn)行頻率為，且根據(jù)下圖32 b）藍(lán)色背景區(qū)所示可知。 圖32 110BYG3503型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性 從圖32看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，若，則，能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩可直接起動(dòng)。 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，根據(jù)圖32，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性知，時(shí)，左右，大于，完全可以滿足要求。第五章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容 、繪制系統(tǒng)電器控制的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng) 電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。 機(jī)床硬件電路由以下五部分組成： （1）主控制器，即中央處理單元（CPU）； （2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； （3）存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； （4）接口，即I/O輸入/輸出接口電路； （5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素： （1）時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的度； （2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量； （3）指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性； (4)I/O口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力； （5）開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。 此外還要考慮到系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)的要求。 目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，一般選用MCS—51系列單片機(jī)作為主控制器。 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮CPU和EPROM時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問題。 在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。、I/O口接口電路設(shè)計(jì) 應(yīng)包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)控制電路、鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)。 MCS—51系列單片機(jī)的選用 MCS—51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8038051和8751。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8031片內(nèi)無ROM，適用于需擴(kuò)展ROM，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合，其價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國(guó)使用。此次作業(yè)使用的是8031芯片。 一、8031單片機(jī)的基本特性 8031單片機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）具有功能很強(qiáng)的8位中央處理單元（CPU）； （2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MH或12MH）、每執(zhí)行一條指令時(shí)間為 或 ； （3）片內(nèi)具有128字節(jié)的RAM； （4）具有21個(gè)特殊寄存器。 （5）可擴(kuò)展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器； （6）具有4個(gè)I/O口，32根I/O線； （7）具有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； （8）具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； （9）具有一個(gè)全雙功串行接口； （10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。 從上述特性可以看出這種8031芯片集成度高、功能強(qiáng)，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。 二、8031芯片引腳及其功能 8031芯片具有40根引腳，其引腳圖如下。 ①40根引腳按其功能可以分為四類： 1. 電源線 2根。 2. Vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接+5V。Vss：地電平。 2根。XTAL1：振蕩器的反向放大器輸入。使用外部振蕩器時(shí)必須接地。 XTAL2：振蕩器的反向放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部震蕩信號(hào)。 、PPP3四個(gè)8位口，32根I/O線，其功能如下： （1）—（AD0—AD7） 是I/O端口0的引腳。端口0是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O端口。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口（在此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效）。 （2）—端口1的引腳，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使用。 （3）—（A8—A15） 端口2的引腳。端口2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址A8—A15。 （4）— 端口3的引腳。端口3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與P1操作與口完全相同，第二功能如下所示： 口引腳 第二功能 RXD (串行輸入口) TXD (串行輸出口) INT0 (外部中斷) INT1 (外部中斷) T0 (定時(shí)器0外部輸入) T1 (定時(shí)器1外部輸入) WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 由上看出，8031單片機(jī)不是將地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線分開，而是地址線、數(shù)據(jù)線和部分控制均由I/O口完成。 （1）PSEN：程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。從外部程序存儲(chǔ)器取數(shù)時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)二次有效。 （2）EA/VPP：EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。EA為低電平時(shí)，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令。因?yàn)?031芯片沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA必須接地。 （3）ALE/PROG：ALE是地址鎖存器使能信號(hào)。作為地址鎖存允許時(shí)高電平有效。因?yàn)镻1端口是分時(shí)傳送數(shù)據(jù)和低8位地址。所以訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)鎖存低8位地址。即使在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生ALE，因此可以用它作為外部的時(shí)鐘信號(hào)。ALE主要是提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)，在從外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，把P0口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。 （4）RST/VPD：是復(fù)位/備用電源端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，使RST引腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期為高電平，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器清零，即程序從0000H單元開始執(zhí)行。在VCC關(guān)斷前加上VPD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容將不變。 三、8031芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及地址分配 8031芯片內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器，只有256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址從00H—7FH，其地址分配如下： 8031芯片內(nèi)部256字節(jié)的空間被分成兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）地址為00H—7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址為80H—FFH。 在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的00H—1FH為四個(gè)工作寄存器區(qū)，其中： 0區(qū) 00H—07H 1區(qū) 08H—0FH 2區(qū) 10H—17H 3區(qū) 18H—1FH 每個(gè)區(qū)都有8個(gè)8位寄存器R0—R7。可以用來暫存運(yùn)算的中間結(jié)果，以提高運(yùn)算速度。其中的R0和R1還可以用來存放8位地址。要確定采用哪個(gè)工作寄存器區(qū)，可通過標(biāo)志寄存器PSW中的RS0、RS1兩位來指定。 1