【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 又 =θb/360 =r/min 啟動(dòng)加速時(shí)間（ms）: 帶入得 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩: = 式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,~。 i—傳動(dòng)比。 附加摩擦力矩： = = 式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,~。 i—傳動(dòng)比。 Fpo—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取1/3Fm,Fm為進(jìn)給牽引力(N)。 ηo—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,一般取≥,此處取ηo= 所以：2) 快速移動(dòng)所需力矩 =+= 3) 最大切削載時(shí)所需力矩 =++ = 從上面計(jì)算可以看出、三種工況下,以快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 最大,即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù). 查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時(shí)， = 故最大靜力矩Mjmax=?cm， 于最大靜力力矩Mjmax，等于所以滿足要求！ 但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 、86BYG250BSAFRBL0202混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，86BYG250BSAFRBL0202型混合式步進(jìn)電機(jī) 運(yùn)行矩頻完全可以滿足要求。 雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法2薄片齒輪 8耳座 4彈簧 5調(diào)節(jié)螺母 6鎖緊螺母 7螺釘 在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫機(jī)械裝配圖。見附圖（一） 雙片齒輪采用雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法消隙法：2薄片齒輪 8耳座 4彈簧如圖（34）所示，采用了可調(diào)拉力彈簧 5調(diào)節(jié)螺母 6鎖緊螺母 7螺釘。調(diào)整間隙。在兩個(gè)薄片齒輪調(diào)整間隙，分別裝上耳座3和8,彈簧4的一端 鉤在耳座3上，另一端鉤在耳座8的螺釘7上。用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長(zhǎng)度即可調(diào)整彈簧的彈力，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2的左、右齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)間隙。 (二)橫向機(jī)構(gòu)初選步進(jìn)電機(jī)： T= 式中: —橫向脈沖當(dāng)量 (mm/step)。 —橫向進(jìn)給牽引力 (N)。 —步距角,176。 根據(jù)= 型號(hào)為86BYG250ASAFRBC0202 其中，,.. 根據(jù)簡(jiǎn)圖 ，即圖（3—2），計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量，運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算: J∑= 式中 —齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () —橫向滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () = = 式中 D—圓柱體直徑(cm)，L—圓柱體長(zhǎng)度 (cm)。 代入上式: J∑= = 機(jī)床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計(jì)算: 1)快速空載起動(dòng)慣性矩 在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 式 式 又 =θb/360 =r/min 啟動(dòng)加速時(shí)間（ms）: 代入得 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩: = 式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,—。i—傳動(dòng)比。 —貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取= 附加摩擦力矩： = = 式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,~。 i—傳動(dòng)比。 Fpo—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取1/3Fm,Fm為進(jìn)給牽引力(N)。 ηo—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,一般取≥,此處取ηo= 所以： 2) 快速移動(dòng)所需力矩 =8+ = 3) 最大切削載時(shí)所需力矩 =8++= 從上面計(jì)算可以看出、三種工況下,以快速空載起動(dòng)慣 性矩最大,即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù).查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時(shí) 查得 = 故最大靜力矩Mjmax=，而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為 ，大于最大靜力矩Mjmax，所以滿足要求！ 但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 86BYG250ASAFRBC0202型混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)， 86BYG250ASAFRBC0202型混合式步進(jìn)電 機(jī)運(yùn)行，矩頻完全可以滿足要求。 在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)， 以及齒輪齒數(shù)、 模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫橫向機(jī)械裝配圖。 第四章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容(一)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ),有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行,。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。 數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容： 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，繪制電氣 控制結(jié)構(gòu)圖。機(jī)床硬件電路由五部分組成： （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。 RAMROM CPU光電隔離功 率放大器I/O接口步進(jìn)電機(jī) 外 設(shè)鍵盤，顯示器及其他 CA6132車數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)）CPU的種類很多，在此處選擇MCS——51系列單片機(jī)中的80C51，因?yàn)槠浼啥雀?，穩(wěn)定性、可靠性好，體積小，而且I/O口擴(kuò)展的能力即有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功能，外圍擴(kuò)展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展電路來構(gòu)成較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。MCS51的程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64K字節(jié)。存儲(chǔ)器擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展兩部分。分別選擇兩片2764和一片6264來擴(kuò)展16K的內(nèi)存。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用I/O接口芯片，步進(jìn)電機(jī)伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計(jì)（如復(fù)位、掉電保護(hù)等）。經(jīng)考慮，選擇8155為I/O接口芯片，液晶顯示控制器LR—104VRAM來控制LCD。圖中的急停開關(guān)應(yīng)采用那種按下去之后不會(huì)彈起、直到再次啟動(dòng)后操作者用手動(dòng)拔出的按鈕，此處由于表達(dá)方式的限制，僅以普通按鈕表示。（二）機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)軟件。1. 軟件設(shè)計(jì)步驟分為以下幾步：（1）據(jù)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能，能制定出軟件技術(shù)要求；（2）將整個(gè)軟件模塊化，確定各模塊的編制要求，包括各模塊功能，入口參數(shù)，出口參數(shù)；（3）據(jù)硬件資源，合理分配好存儲(chǔ)單元；（4）分別對(duì)各模塊編程，并調(diào)試；（5）連接各模塊，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試及優(yōu)化；（6）固化到各程序存儲(chǔ)器中。（1）軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)行分配器；（2）插補(bǔ)運(yùn)算模塊；（3）自動(dòng)升降速控制模塊。 8031單片機(jī)及其擴(kuò)展(一)8031單片機(jī)的簡(jiǎn)介 1．芯片引腳及片外總線結(jié)構(gòu) MCS51單片機(jī)采用40腳雙直插封裝 （DIP）形式。 8031的引腳 8031單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。下面說明這些引腳的名稱和功能。（1）電源引腳Vss和Vcc Vss(20腳)：地電平，接地。 Vcc(40腳)：編程和正常操作時(shí)的電源 電壓，接+5V。 (2)時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1 （19腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí),對(duì)于HMOS單片機(jī)，該端引腳必須接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反向放大電路的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對(duì)于HMOS 單片機(jī),該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。 （3）控制信號(hào)引腳、/、RST/VPD、ALE/ RST/VPD（9腳）：?jiǎn)纹瑱C(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)， 在該引腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RESET）,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)斷之前加上VPD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容不變。 /（31腳）：當(dāng)EA端輸入高電平時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址0000H 單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦^4KB時(shí)，將執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。 當(dāng)EA輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問片外程序存儲(chǔ)器。 ALE/：訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控制信 號(hào)（稱允許鎖存地址）。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，該端也以1/6的時(shí)鐘振 蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時(shí)或者其他需要使用；在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器時(shí)會(huì)失去一個(gè)脈沖。ALE端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LSTTL（低功耗高速 TTL）。 （29腳）：在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器 讀選通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期 中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩個(gè)有效的PSEN信號(hào)不 出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2 輸出是否有信號(hào)輸出，可以判別80C51是否在工作。 (4)輸入/輸出引腳（P0、PP2和P3端口引腳） P0P3是4個(gè)寄存器，也稱為4個(gè)端口，是80C51單片機(jī)與外界聯(lián)系的4 個(gè)8位雙向并行I/O口。由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，CPU需要對(duì)接口電路輸 入輸出數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行讀寫操作，所以在單片機(jī)中對(duì)這些寄存器象對(duì)存儲(chǔ) 單元一樣進(jìn)行編址。通常把接口電路中這些已編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存 器稱為端口（PORT），或簡(jiǎn)稱口。 （3932腳）：P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口。在訪 問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)，故這些I/O線有地 址線/數(shù)據(jù)線之稱，簡(jiǎn)寫為AD0AD7。在EPROM編程時(shí)，從P0輸入指令字節(jié)， 在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要外接上拉電阻）。 （18腳）：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。 在EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入低8位地址。 （2128腳）：P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。 在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址，即A8~A15。在對(duì)EPROM編程和驗(yàn)證 程序時(shí)，它輸入高8位地址。 （1017腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。 在整個(gè)