【正文】 m=。 2.Ⅱ軸傳到Ⅲ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計(jì)算： mmznNmf40038323233??????? ??????????? 經(jīng)校核取 m=。 齒輪彎曲疲勞的計(jì)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(jì)算： mmznNmf1602533????? ???????????? 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 35 mmmmnNAj12016037033??? ??????????? 取 A=122mm mmzzAmj701222221????????????????? 經(jīng)校核和查表取：取 mj= 4.Ⅳ軸傳到Ⅴ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計(jì)算： mmznNmf140203233????? ?????????? 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： mmmmnNAj4037033??? ?????????? 取 A=192mm mmzzAmj1201922221????? ??????????? 經(jīng)校核和查表取：取 m= 以上所有的模數(shù)的選取都是根據(jù)參考書《機(jī)械原理》所提供的模數(shù)表中選取的標(biāo)準(zhǔn)值。 四 .電磁離合器的選擇 摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)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(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多 36 用于機(jī)床主傳動(dòng)。選用時(shí)應(yīng)作必要的計(jì)算。 根據(jù)初步的計(jì)算可從《離合器的選擇與運(yùn)用》一書 中選取，所有的作圖和計(jì)算尺寸都見書中的表。 一般應(yīng)使用和設(shè)計(jì)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(dòng)和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來(lái)選。即： mNnNKKMM jnj ????? ?9550 ???????????? 對(duì)于需要在負(fù)載下啟動(dòng)和變速，或啟動(dòng)時(shí)間有特殊要求時(shí)，應(yīng)按動(dòng)扭距設(shè)計(jì)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(shí)，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(hào)見圖紙。 3） .計(jì)算摩擦面對(duì)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(qiáng) 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(jì) 繪制控制系統(tǒng)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，控制系統(tǒng)選用 MCS51 系列單片機(jī)組成，縱向、橫向方向均采用步進(jìn)電機(jī)控制，三個(gè)坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)； 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(chǔ)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(jī)控制系統(tǒng)中 CPU的選擇主要考慮以下因素： (1)、時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度； (2)、可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量； (3)、指令系統(tǒng)功能，影響編程的靈活性； (4)、 I/O 口擴(kuò)展能力，即對(duì)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(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)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(wú)程序存儲(chǔ)器，需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器支持，同時(shí) 8031 38 內(nèi)部只有 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用，也不能滿足控制系統(tǒng)的要求，故需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 一、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 8031 的程序存儲(chǔ)器的尋址空間為 64Ｋ字節(jié)， 8031 片內(nèi)不帶 ROM，用作程序存儲(chǔ)器的器件是 EPROM。根據(jù)控制系的要求，這里，我們擴(kuò)展 2片 2764 程序 存儲(chǔ)器。 1． 地址鎖存器 由于 8031 芯片的 oP 口是分時(shí)傳送低 8位地址線和數(shù)據(jù)線的，故 8031 擴(kuò)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(jì) 由于這里擴(kuò)展的容量較大，擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片。因此，這里使用譯碼法來(lái)進(jìn)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(duì)應(yīng) 8 個(gè) 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(lái)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(shí)現(xiàn) Po 口地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送 ALE 作為 74LS373 的選用信號(hào)，當(dāng) ALE 為高電平時(shí)，鎖存器的輸入和輸出透明，此時(shí)不需鎖存。當(dāng) ALE 從高電平變?yōu)榈碗娖剑霈F(xiàn) 下降沿時(shí)，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(lái)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(hào) 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(duì)應(yīng)即可。 (3)、控制線的連接 8031 芯片的 PSEN（外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)）與 2764 芯片的 OE 端相連， 39 8031芯片的 ALE（地址鎖存允許信號(hào)）接地址鎖存器 74LS373 的 G引腳。 二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于 8031 芯片內(nèi)部 RAM 只有 128 字節(jié)供用戶使用，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)需要，因此需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有6116(2Kx8)， 6264(8Kx8)等，這里我們選用 6264(8Kx8)，擴(kuò)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(hào) OE 與 8031 芯片的 RD 引腳連接， RAM 寫輸信號(hào) WD 與 8031 的 WR相連。由于程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，地址可以重復(fù)使用，因此，２片 6264的片選信號(hào) 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(jì) 一、 I/O接口電路設(shè)計(jì) 8031 單片機(jī)共有四個(gè)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(kuò)展輸入輸出接口電路。這里根據(jù)系統(tǒng)功能及需要 ,擴(kuò)展一片 8155 和一片 8255可編程接 I/O 口芯片 .8155 的片選信號(hào) CE 接74LS138 的 2Y 端 ,8255 芯片的片選信號(hào) CS 接 74LS138 的 3Y 。 74LS138 三 —— 八譯碼器有三個(gè)輸入 A、 B、 C分別接 8031 ,P P P ，輸出 07YY８?jìng)€(gè)輸出，低電平有效。07YY對(duì)應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 到 111 的８種組合，其中 0Y 對(duì)應(yīng)位 000， 7Y 對(duì)應(yīng)位111。 74LS138 還有三個(gè)使能端，其中兩個(gè)（ 2GA和 2GB）為低電平使能，另一個(gè) 1G 為高電平使能。只有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無(wú)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(hào)輸出， 07PB PB 是顯示器的為選信號(hào)輸出， 04PC PC 是鍵盤掃描輸入。 8155 芯片的 IO/M 引腳接 8031 的 因?yàn)槭褂?8155 的 I/O，故 為高電平。 8255 芯片 07PA PA 接 X向、 Y向和 Z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出，07PB PB 為三個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)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(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)Ⅰ、手動(dòng)Ⅱ等方式。 系統(tǒng)個(gè)芯片都采用全地址譯嗎，個(gè)存儲(chǔ)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(jìn)電機(jī)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的進(jìn)給速度，可給 8155 芯片定時(shí)／記數(shù)器中設(shè)置不同的時(shí)鐘常數(shù)。 二、步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 通常在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，大多采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移的電機(jī)，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(jī)轉(zhuǎn)速。 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖需要按所需的順序供給電機(jī)個(gè)相。脈沖分配器就是 實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)個(gè)相脈沖通電順序的。為使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定的功率，需要有足夠的功率提供給步進(jìn)電機(jī)，因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。脈沖分配器及前面的微機(jī)接口芯片，工作電壓一般為 5V，而作為電機(jī)電源的許符合步進(jìn)電機(jī)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(gè)方向均采用 YB015 環(huán)形分配器。 ２、光電隔離電路 在步進(jìn)待年紀(jì)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的要求，不許將它放大，以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)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(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)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(shí)元件。如下圖所示 圖 時(shí)鐘電路 ２、復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位電路都是靠外 部電路實(shí)現(xiàn)，在時(shí)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(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機(jī)便從 0000Ｈ單元開始執(zhí)行程序 圖 復(fù)位電路 ３、越界報(bào)警電路 為防止工作臺(tái)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(bào)警和急停處理電路， ,x y z? ? ? 方向的越界和急停信號(hào)經(jīng)或門 8031 的 中斷源 42 0INT 同時(shí)又接到 803