【正文】 m=。 2.Ⅱ軸傳到Ⅲ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計算： mmznNmf40038323233??????? ??????????? 經(jīng)校核取 m=。 齒輪彎曲疲勞的計算： mmmmnNAj40037033??? ??????????? 取 A=90mm mmzzAmj72902221????????????????? 經(jīng)校核和查表取：取 mj= 3.Ⅲ軸傳到Ⅳ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計算： mmznNmf1602533????? ???????????? 齒輪彎曲疲勞的計算： 35 mmmmnNAj12016037033??? ??????????? 取 A=122mm mmzzAmj701222221????????????????? 經(jīng)校核和查表?。喝?mj= 4.Ⅳ軸傳到Ⅴ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計算： mmznNmf140203233????? ?????????? 齒輪彎曲疲勞的計算： mmmmnNAj4037033??? ?????????? 取 A=192mm mmzzAmj1201922221????? ??????????? 經(jīng)校核和查表?。喝?m= 以上所有的模數(shù)的選取都是根據(jù)參考書《機械原理》所提供的模數(shù)表中選取的標準值。 四 .電磁離合器的選擇 摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機床中應(yīng)用十分廣泛，因為它可以在運轉(zhuǎn)中自動的接通或脫開，且具有結(jié)合平穩(wěn)，沒有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點，部分零件已經(jīng)標準化，多 36 用于機床主傳動。選用時應(yīng)作必要的計算。 根據(jù)初步的計算可從《離合器的選擇與運用》一書 中選取，所有的作圖和計算尺寸都見書中的表。 一般應(yīng)使用和設(shè)計的離合器的額定靜扭距 Mj和額定扭距 Md滿足工作要求，由于普通車床是在空載下啟動和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負載扭距來選。即： mNnNKKMM jnj ????? ?9550 ???????????? 對于需要在負載下啟動和變速，或啟動時間有特殊要求時，應(yīng)按動扭距設(shè)計離合器。 ： 1） .決定外摩擦片的內(nèi)徑 d。 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝式時，摩擦片的內(nèi)徑 d應(yīng)比安裝軸的軸徑大 2～ 6mm。 2） .選擇摩擦片尺寸： 可以在參考書中選擇，具體的型號見圖紙。 3） .計算摩擦面對數(shù) z ? ?? ? mv zn KKdDpf KKMZ 33120 ? ??? ? ????????????????? 式中： f摩擦片間的摩擦系數(shù)（有表可選）； ??p 許用壓強 MPa（有表可選）； D摩擦片內(nèi)片外徑 mm（有表可選）； d摩擦片外片內(nèi)徑 mm（有表可選）； Ku速度修正系數(shù)（有表可選）； Kz結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)（有表可選）； Km結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)（有表可選）。 代入數(shù)值得：取 Z=9。 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，控制系統(tǒng)選用 MCS51 系列單片機組成，縱向、橫向方向均采用步進電機控制，三個坐標均采用硬件環(huán)形分配器，控制系統(tǒng)的功能包括 37 １、 X向、 Y向伺服運動； ２、鍵盤顯示； ３、面板管理 ４、行程控制 ５、其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示 硬件電路主要由以下幾部分組成： 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、 存儲器 ，包括 RAM 和 ROM； ４、 接口，即 I/O輸入輸出接口電路； ５、 外部設(shè)備，如鍵盤，顯示器及光電輸入等。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 （ CPU）的類型 在微機控制系統(tǒng)中 CPU的選擇主要考慮以下因素： (1)、時鐘頻率和字長，這個指標將控制數(shù)據(jù)處理的速度； (2)、可擴展存儲器的容量； (3)、指令系統(tǒng)功能，影響編程的靈活性； (4)、 I/O 口擴展能力，即對外部設(shè)備控制的能力； (5)、開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件； 此外， 還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場合，控制對象對各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟價格比等經(jīng)濟性的要求。 綜合考慮以上因素，這里我們選用 8031 芯片作為 CPU 由于 8031 芯片內(nèi)部無程序存儲器，需要擴展外部程序存儲器支持，同時 8031 38 內(nèi)部只有 128B 的數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用，也不能滿足控制系統(tǒng)的要求，故需要擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 一、程序存儲器的擴展 8031 的程序存儲器的尋址空間為 64Ｋ字節(jié)， 8031 片內(nèi)不帶 ROM，用作程序存儲器的器件是 EPROM。根據(jù)控制系的要求，這里，我們擴展 2片 2764 程序 存儲器。 1． 地址鎖存器 由于 8031 芯片的 oP 口是分時傳送低 8位地址線和數(shù)據(jù)線的，故 8031 擴展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器，常用的地址鎖存器芯片是 742S373， 742S373 是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，其引腳與 8031 芯片的連接。 2． 譯碼電路設(shè)計 由于這里擴展的容量較大，擴展多個外圍芯片。因此，這里使用譯碼法來進行編址。譯碼電路可使用現(xiàn)有的譯碼芯片，這里我們選用 38譯碼器（ 74LS138） 這種芯片，輸入端占用 3 根最高位地址線，剩余的 13根低位地址線可 作為片內(nèi)地址線， 74LS138 譯碼器的 8根輸出線分別對應(yīng) 8 個 8K 字節(jié)的地址空間。 3． 8031 與 2764 芯片的連接 (1)、地址線的連接 8031 芯片的 oP 和 2P 用來傳送地址和數(shù)據(jù)。 2P 口傳送高 8 位地址， Po 口傳送低8 位地址和數(shù)據(jù)，因此采用 74LS373 鎖存器，鎖存低 8 位地址，以實現(xiàn) Po 口地址和數(shù)據(jù)的分時傳送 ALE 作為 74LS373 的選用信號，當(dāng) ALE 為高電平時，鎖存器的輸入和輸出透明，此時不需鎖存。當(dāng) ALE 從高電平變?yōu)榈碗娖?，出現(xiàn) 下降沿時，低 8位地址鎖存入地址鎖存器中， 74LS373 的輸出不再隨輸入變化，這樣oP 口就用來傳送數(shù)據(jù)， 6031 芯片的 2P 口和 74LS373 的送出 oP 口工組成 16位地址線，2764是 8KB需要 13根地址線， 07AA低 8位接 74LS373 的芯片的輸出， 8 12AA接8031 芯片的 。系統(tǒng)采用全地址譯碼，兩片 2764 芯片的片選信號 CE 分別接74LS373 譯碼器的 0Y 和 1Y ，系統(tǒng)復(fù)位后程序從 0000H 開 始執(zhí)行。 (2)、數(shù)據(jù)線的連接 2764芯片的 8位數(shù)據(jù)線 07DD與 8031oP 口 火熱數(shù)據(jù)都是由 oP 口讀入，數(shù)位對應(yīng)即可。 (3)、控制線的連接 8031 芯片的 PSEN（外部程序存儲器的讀選通信號）與 2764 芯片的 OE 端相連， 39 8031芯片的 ALE（地址鎖存允許信號）接地址鎖存器 74LS373 的 G引腳。 二、數(shù)據(jù)存儲器的擴展 由于 8031 芯片內(nèi)部 RAM 只有 128 字節(jié)供用戶使用，遠不能滿足系統(tǒng)需要，因此需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）。常用的數(shù)據(jù)存儲器有6116(2Kx8)， 6264(8Kx8)等，這里我們選用 6264(8Kx8)，擴展２片 6264，8031與 6264 的連接方式與 6031和 2764 的連接大致相同，不同的是， RAM讀輸信號 OE 與 8031 芯片的 RD 引腳連接， RAM 寫輸信號 WD 與 8031 的 WR相連。由于程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器獨立編址，地址可以重復(fù)使用，因此，２片 6264的片選信號 CE也分別接 74LS373譯碼器的 0Y 和 1Y I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計 一、 I/O接口電路設(shè)計 8031 單片機共有四個８位并行 I/O，但可供用戶使用的只有 1P 口和部分 3P 口，不能滿足輸入輸出口的需要，因此系統(tǒng)必須擴展輸入輸出接口電路。這里根據(jù)系統(tǒng)功能及需要 ,擴展一片 8155 和一片 8255可編程接 I/O 口芯片 .8155 的片選信號 CE 接74LS138 的 2Y 端 ,8255 芯片的片選信號 CS 接 74LS138 的 3Y 。 74LS138 三 —— 八譯碼器有三個輸入 A、 B、 C分別接 8031 ,P P P ，輸出 07YY８個輸出，低電平有效。07YY對應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 到 111 的８種組合，其中 0Y 對應(yīng)位 000， 7Y 對應(yīng)位111。 74LS138 還有三個使能端，其中兩個（ 2GA和 2GB）為低電平使能，另一個 1G 為高電平使能。只有當(dāng)使能端均處于有效電平時，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無效狀態(tài)。 I/O接口芯片與外部設(shè)備的連接是這樣安排的， 8155 芯片的 07PA PA 作為顯示器段選信號輸出， 07PB PB 是顯示器的為選信號輸出， 04PC PC 是鍵盤掃描輸入。 8155 芯片的 IO/M 引腳接 8031 的 因為使用 8155 的 I/O，故 為高電平。 8255 芯片 07PA PA 接 X向、 Y向和 Z向步進電機硬件環(huán)形分配器，為輸出，07PB PB 為三個方向的點動及回零輸入， 05PC PC 為面板上的選擇開關(guān)鍵輸入，設(shè)有編輯、單步運行、自動、手動Ⅰ、手動Ⅱ等方式。 系統(tǒng)個芯片都采用全地址譯嗎，個存儲器及 I/O 接口芯片的地址編碼見參考書。 40 X 向、 Y 向和 Z 向步進電機硬件環(huán)形分配器采用 YB015，３－２相通五相十拍方式工作，故 0A ， 1A 引腳接 +5V，三個芯片的選同輸出控制 0E 分別接 8255 的 0PA 、 3PA 、5PA ，清零 R 接 8255 的 1PA ，正反轉(zhuǎn)控制端接 8255 的 2PA 、 4PA 、 6PA ，時鐘輸入端CP接 8155 芯片的 TIMROUT，用以解決脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實現(xiàn)插補時不同的進給速度，可給 8155 芯片定時／記數(shù)器中設(shè)置不同的時鐘常數(shù)。 二、步進電機接口及驅(qū)動電路 通常在經(jīng)濟型數(shù)控機床中，大多采用步進電機開環(huán)控制，步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移的電機，其角位移兩與電脈沖成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。 驅(qū)動步進電機的脈沖需要按所需的順序供給電機個相。脈沖分配器就是 實現(xiàn)步進電機個相脈沖通電順序的。為使步進電機正常運行并輸出一定的功率，需要有足夠的功率提供給步進電機，因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。脈沖分配器及前面的微機接口芯片，工作電壓一般為 5V，而作為電機電源的許符合步進電機要求的額定值，為避免干擾，在它們之間采用光電隔離電路． １、脈沖分配器（環(huán)形分配器） 這里 X向、 Y向和 Z向三個方向均采用 YB015 環(huán)形分配器。 ２、光電隔離電路 在步進待年紀驅(qū)動電路中，一般在接口電路與功率放大器之間家上光電隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電偶合器作為光電隔離電路。 １、 功率放大器 環(huán)型分配器的輸出脈沖很小，還遠不能滿足步進電機的要求，不許將它放大，以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn)，這里采用的功率放大電路如下圖４ .５所示 41 圖 功率放大器 三、其他輔助電路 １、 8031 的時鐘電路 單片機的時鐘可由內(nèi)部方式產(chǎn)生，內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTA 1L ， XTA 2L 引腳上外接定時元件。如下圖所示 圖 時鐘電路 ２、復(fù)位電路 單片機的復(fù)位電路都是靠外 部電路實現(xiàn)，在時鐘電路工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn) 10ms 以上高電平，單片機便實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機便從 0000Ｈ單元開始執(zhí)行程序 圖 復(fù)位電路 ３、越界報警電路 為防止工作臺真越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)，此控制系統(tǒng)中有越界報警和急停處理電路， ,x y z? ? ? 方向的越界和急停信號經(jīng)或門 8031 的 中斷源 42 0INT 同時又接到 803