【文章內(nèi)容簡介】 ）。片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路（6MHz 或12MHz）,每執(zhí)行一條指令時間為2μs或者1μs。具有128字節(jié)的RAM。具有21個特殊功能寄存器?？蓪ぶ?4KB的外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB的外部程序存儲器。具有四個I/O口，32根I/O線。具有兩個16位定時器/計數(shù)器。具有5個中斷源，配備兩個優(yōu)先級具有一個全雙工串行接口具有位尋址能力，適用邏輯運算從上述特性可知:一塊8031的功能相當于微型計算機系統(tǒng)。2）管腳功能分析及特性簡介引腳功能分類表：I/O口線：，，共四個8位口。控制線：（中斷取指令控制），ALE（地址鎖存控制），（中斷存儲器選擇），RESET（復(fù)位控制）電源及時鐘：，，應(yīng)用特性：I/O口線不能都用作用戶I/O線，除8051，8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線，只有口以及部分作為第一功能使用的口。I/O口的驅(qū)動功能為：口驅(qū)動8個TTL門電路，而、只能驅(qū)動4個TTL門電路?？诰哂刑嵘娮璧?位雙向I/O口，該口的每一位均可獨立的定義為第一I/O口功能或者第二I/O口功能。時鐘頻率：～12MHz間選取。3）總線結(jié)構(gòu)地址總線AB地址總線寬度為16位，故其外部存儲器直接選址范圍達到64KB，16位地址總線由口經(jīng)地址鎖存器提供低8位，～由直接提供。數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由口直接提供?？刂瓶偩€CB由口的第二功能狀態(tài)和四根獨立的控制線RESET，ALE，組成。4）存儲器結(jié)構(gòu)單片機的存儲器包括程序存儲器（EPROM或ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM），它們是可以選用并可直接尋址的存儲器。5）擴展芯片I/O口擴展集成電路中有三種專用I/O口擴展芯片。I/O口擴展復(fù)合芯片，TTL電路芯片，在本次設(shè)計中，除了采用I/O口外還能擴展其他外圍功能電路，主要有8155（28+6并行I/O口，256個靜態(tài)RAM，一個14位定時器），TTL電路芯片，也廣泛用作MCS51單片機I/O擴展芯片，主要有74LS373，273，374，244等[5]。（1）EPROM的選擇芯片的型號不同，應(yīng)用參數(shù)也不同，主要有最大讀出速度，工作溫度及容量。在確定容量內(nèi)選擇EPROM的型號，主要考慮因素是讀取速度，這是決定系統(tǒng)能否正確工作隊的前提。根據(jù)CPU與EPROM的匹配要求，應(yīng)滿足8031能提供的讀取時間大于EPROM所需要的讀取時間。實際設(shè)計中，應(yīng)考慮在滿足容量要求的同時盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合數(shù)。（2）RAM的選擇選RAM是主要考慮因素是RAM的讀寫速度與CPU提供的讀寫時序的匹配要求，還應(yīng)滿足這樣一個關(guān)系：即8031所能提供的讀寫時間應(yīng)大于RAM所需求的讀寫時間，常用RAM主要有6116和6264兩種。（1）地址分配與一般存儲系統(tǒng)不同，8031所支持的存儲系統(tǒng)其程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器獨立編址。因此，EPROM和RAM的地址分配較自由，不必考慮是否發(fā)生沖突。由于8031復(fù)位后從0000H單元開始執(zhí)行程序，故程序存儲器地址應(yīng)從0000H就開始。在這里只用EPROM，地址為0000H1FFFH，擴展RAM與I/O口及外圍設(shè)備實行統(tǒng)一編址。（2）EPROM、RAM與8031存儲器與單片機的連接主要是三總線的連接，應(yīng)考慮單片機的總線驅(qū)動能力是否夠，若不夠應(yīng)當加以驅(qū)動，如總線驅(qū)動器74LS244，74LS245等，根據(jù)單片機8031的驅(qū)動特性，在本次設(shè)計中，不必加以驅(qū)動，下面給出EPROM，RAM與8031的具體連接。地址總線將～與EPROM的～一一對應(yīng)連接?！cRAM的～一一對應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號。數(shù)據(jù)總線 ～分別與存儲器～一一對應(yīng)連接。地址總線將～與EPROM的～一一對應(yīng)連接。～與RAM的～一一對應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號。數(shù)據(jù)總線 ～分別與存儲器～一一對應(yīng)連接[6]。銑床電氣的改造，是將原銑床電氣電路改為與數(shù)控系統(tǒng)連接，幷受數(shù)控系統(tǒng)控制的電路，以實現(xiàn)銑床原有的升降、縱向、橫向等各坐標軸的驅(qū)動，主軸起、停和正、反轉(zhuǎn)等功能；幷增加了緊急停機、機床原點的設(shè)置、各坐標軸的限位等功能。Z5140A數(shù)控系統(tǒng)采用廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK928MA鉆床數(shù)控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用廣州數(shù)控設(shè)備廠DA98全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。該機床是三座標（X、Y、Z）連續(xù)控制機床，具有完善的控制機能，通過加工程序自動進行工件加工。當機床出現(xiàn)故障時, 通過系統(tǒng)的自診斷功能, 能及時顯示出故障，便于維修人員檢修。 、。（1）各坐標軸的驅(qū)動用隨機電纜分別將各軸伺服電動機與系統(tǒng)驅(qū)動柜相應(yīng)插座相連，即可實現(xiàn)坐標軸的驅(qū)動控制。（2）主軸起、停和正反轉(zhuǎn)以及冷卻液的開關(guān)主軸起、停和正反轉(zhuǎn)以及冷卻液的開關(guān)均通過系統(tǒng)控制KM1KM5五個繼電器的吸合或斷開，從而使鉆床中相應(yīng)的交流接觸器吸合或斷開來實現(xiàn)以上功能。1）主軸啟動：即主軸正轉(zhuǎn)，將主軸正轉(zhuǎn)控制繼電器KM1的一組常開觸點并接到原Z5140鉆床啟動按鈕SB1的兩端即可。2）主軸反轉(zhuǎn)：原Z5140鉆床設(shè)置有一個主軸電動機電源反向開關(guān)，將開關(guān)轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)位置，按下啟動按鈕即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。若要使改造后的鉆床控制主軸，還需增設(shè)一個交流接觸器KM2，構(gòu)成反轉(zhuǎn)控制回路，幷使其與正轉(zhuǎn)控制回路互鎖，以實現(xiàn)對主軸反轉(zhuǎn)的控制。3）切削液的開閉:將切削液控制繼電器KM3的一組常開觸點并接到原Z5140鉆床切削液開關(guān)兩端即可。8031單片機的口可以作為I/O接口，為管理上述接口電路，還需要擴展接口電路，現(xiàn)在用8031的管理步進電機，用擴展接口管理鍵盤和顯示電路。8155的內(nèi)部RAM和I/O的選擇由引腳IO/控制，當IO/=0時，CPU訪問RAM，RAM的低8位編制為：00H～FFH；IO/＝１時，CPU訪問I/O口，其低8位編址見教材的真值表，8155的工作方式選擇通過對8155內(nèi)部命令，寄存器通過設(shè)定控制命令來實現(xiàn)。8155具有兩種基本操作，即用8155中的256字節(jié)RAM及擴展I/O口使用，作RAM時與系統(tǒng)RAM無區(qū)別；作I/O口使用時，可通過工作方式以滿足不同需要。8155有一個狀態(tài)寄存器，鎖存I/O口和定時器的當前狀態(tài)，使CPU查詢用。狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個地址，只能讀入，不能寫入。CPU讀地址時，做狀態(tài)寄存器，讀出時是當前I/O口和定時器的狀態(tài)，而寫時則作為命令寄存器寫入命令[7]。三、Z5140A鉆床進給系統(tǒng)設(shè)計（一）Z5140A鉆床縱向傳動系統(tǒng)設(shè)計 。鉆床切削力與刀具材料、工件、刀具進給量有關(guān)，選用圓柱銑刀，則： （）其中，為主銑削力，為刀具系數(shù)，為銑削接觸弧深度，z為銑刀系數(shù)，為每齒進給量，為銑刀直徑[8]。在以工作壽命為基礎(chǔ)進行計算時，應(yīng)按實際加工過程平均銑削條件為準，因此取=，=，=70mm，z=4， =50mm，對圓柱高速銑刀，=。選擇圓柱銑刀逆銑加工，各切削分力有=1～，＝～，=～，取中間值即=，=，=，則：==4472=（KN） （）而插補平面內(nèi)合力為：F==5404（N） （）在一周的切削過程中取平均切削力為： =FF=5404=3603（N） （）工作時的周向壓力為： （）對于三角形形導(dǎo)軌，k=，=，而=0，==1699（N），G=（KN），則:=103+（103+103）=（N）滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當量動載荷選擇。絲杠的最大載荷，當切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進給力=1699（N），工作臺加工件的質(zhì)量M=140kg，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）為:==14010=140（N） （）絲杠最大載荷為： =1699+140=1839（N） （）縱向工作載荷（平均載荷）為：=（N）其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺最小進給速度為1mm/min，可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=（1500+0）/2=750r/min。故絲杠工作壽命為： （）其中，L—工作壽命，以r為1個單位，N—絲杠轉(zhuǎn)速（r/min），T絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取T=15000h。計算當量動載荷為：===（KN） （）其中—載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊1～，～，～。本設(shè)計=—精度影響系數(shù)，對于4級滾珠絲杠取=。由此確定滾珠絲杠副的型號為FYND32064P3（），即內(nèi)循環(huán)，雙螺母墊片調(diào)隙式、公稱直徑為32mm、螺距為6mm、P3級精度、左旋、。額定動載荷=，＜，符合設(shè)計要求。軸向剛度=1138N/m。預(yù)緊力=/4=（KN），只要軸向載荷值不達到或不超過預(yù)緊力的3倍，因此不必對預(yù)緊力提出額外的要求。本設(shè)計中絲杠最大載荷=（KN），遠小于3[9]。 縱向絲杠實體模型（1）選擇伺服電機伺服電機的選用，應(yīng)考慮三個要求：最大切削負載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩；電機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配；快移時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩。（2）最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算 所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。最達切削負載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)下式計算，即：T=（） （）其中，從前面的計算已知最大進給力=1699N，絲杠導(dǎo)程=6mm，預(yù)緊力=，查手冊，滾珠絲杠副的機械效率=，因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起附加摩擦力矩為：==（） （）查《角接觸推力球軸承組配技術(shù)手冊》，故一對軸承的摩擦力矩=。另一端直接鉸接，其摩擦力可忽略不計。伺服電機與絲杠直連，其傳動比i=1[10]。（3）負載慣量計算伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配，負載慣量可按以下次序計算。1） 工件、工作臺折算到電機軸上的慣量，工件與工作臺的最大質(zhì)量M=140kg，可按下式計算，即:=m （）其中，v工作臺移動速度（m/s），w伺服電機的角速度（rad/s），m直線移動工件、工作臺的質(zhì)量(kg)。2）絲杠加在電機軸上的慣量，絲杠名義直徑=32mm，L=839mm，絲杠材料鋼的密度=kg/。根據(jù)下式公式，絲杠加在電機軸上的慣量為：==() （）3）聯(lián)軸器加在鎖緊螺母等得慣量可直接查手冊得到：=()4） 負載總慣量為： =++=++=（） （）按照數(shù)控機床慣量匹配條件，1＜＜4，～。根據(jù)以上計算公式，代入具體數(shù)值后得到額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)動慣量、額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩。根據(jù)這些參數(shù)選擇滿足要求的130STM10015H型伺服電動機。130STM10015H型交流伺服電機的主要參數(shù)如下： 130STM10015H型交流伺服電機的主要參數(shù)最高轉(zhuǎn)速（）額定轉(zhuǎn)矩 （）最大轉(zhuǎn)矩（）轉(zhuǎn)子慣量 ()機械時間常數(shù)()輸出功率(P)重量(m)1500r/min154 30kg（4）空載加速轉(zhuǎn)矩計算當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到快移速度時，所需的空載加速轉(zhuǎn)矩為：=（） （）1） 空載加速時，主要克服的是慣量。如選用130STM10015H型交流伺服電機總慣量為：J=+=+=（） （）2） 加速時間通常取得3～４倍，?。?3=3==（s ） （）所以：=（） （）空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過伺服電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩，由此可見，130STM10015H型交流伺服電機的=，滿足設(shè)計要求[11]。（二）Z5140A鉆床橫向進給系統(tǒng)的確定由式（）～（）得：（1）計算進給牽引力選擇導(dǎo)軌類型為矩形導(dǎo)軌，則：=（N）其中，；為移動部件重量。（1）橫向進給傳動系統(tǒng)