【正文】 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。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。脈沖分配器就是 實現(xiàn)步進電機個相脈沖通電順序的。 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。 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。 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鍵輸入，設有編輯、單步運行、自動、手動Ⅰ、手動Ⅱ等方式。 I/O接口芯片與外部設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。 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。 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。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計 一、 I/O接口電路設計 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。 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）。 (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)位對應即可。當 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 。 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)。因此，這里使用譯碼法來進行編址。 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。 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。 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， 還應考慮到系統(tǒng)的應用場合，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。 第三章 控制系統(tǒng)設計 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） 。 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）。 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝式時，摩擦片的內(nèi)徑 d應比安裝軸的軸徑大 2～ 6mm。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，應按動扭距設計離合器。 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。 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。 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=。 本次設計中的模數(shù)計算與選取如下： 1.Ⅰ軸傳 到Ⅱ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計算： 33322800 51fNm mmnmmmm? ???? ???????? 齒輪彎曲疲勞的計算： mmmmnNAj80037033??? ?????????? 取 A=72mm mmzzAmj6051722221?????? ??????????? 計算（驗算） 核 驗齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。 幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強化，起著阻止疲勞細縫擴展的作用； Ks（壽命系數(shù)）的及值 Ksmax， Ksmin 當 minKKs ? 時，則取 ；時，取當 ns m isss KKKsKsKK ?? m i n,m a x ? K1工作情況系數(shù)。 根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為： ? ? 1 2 33 221116300 sjmji K K K K Nm mmz i n???????? ??? 根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為： ? ?1 2 31275 smjK K K K Nm m mz Y n????? ?????? 式中： N計算齒輪傳遞的額定功率 dN N kW?? ； jn 計算齒輪 （小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速 r/min； m? 齒寬系數(shù) m? =b/m， m? 常取 6～ 10； 1z 計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù)； i大齒輪和小齒輪餓齒數(shù)比， 21 1。 由中心距 A及齒數(shù) z z2求出模數(shù)： mmzz Am j 212?? ??????????? 根據(jù)估算所得 mj的值，由標準的模數(shù)表查取相近的標準模數(shù)。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。但一般的計算公式為： idd i??1圓軸：平均直徑???? ??????????????? 6441dI ??慣性距 ????? ????????????? 矩形花鍵軸：平均直徑21 dDd ??? ??????????? 當量直徑 42 64?ld ? ??? ?????????????? 慣性距 ? ?? ?646 24 dDdDZdI ???? ?： ?? ???????? 本次設計機床中長采用矩形花鍵軸的 的數(shù)值和、 Idd 21 ： 24 ` 花 鍵 軸 尺寸 bdDZ ??? （ GB114474） 平均直徑 mmd1 當量直徑 mmd2 極慣性距 nI 4mm 慣性距 nI 4mm 626306 ??? 28 58976 29488 1035406 ??? 202158 100029 1658656 ??? 1428706 714353 根據(jù)本次設計的情況，主軸的剛度要求必須進行校核，具體的剛度校核結(jié)果如下： a） .首先，把主軸上的軸承所能承受的載荷在《機械設計手冊 3》中查出，見下 ： 深溝球軸承 2110055 ????? BDd 其基本額定載荷為： KNCr ? 推力球軸承 169055 ????? BDd 其基本額定載荷為： KNCa ? 雙列圓錐滾子軸承 其基本額定載荷為： KWCr ? b） .計算軸上的載荷 25 圖 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖 主軸上齒輪在高速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的載荷： 齒輪 1： 26 NFFNdTFmmmmmzd20t a a n113111?????????????????????? 齒輪 2： NFFNdTFmmmmmzd20t a a n273273223222??????????????????????? c） .校核傾角和橈度 經(jīng)查表得： 安裝圓錐滾子軸承處 ? ? ?? 安裝深溝球軸承處 ? ? ?? 安裝推力球軸承處 ? ? ?? 計算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩： 155 62 68 70 78 80 86 82 .7872 .8iddimm?? ? ? ? ? ? ???? ???? 27 4146464 64 10dImm??????? ??????????? 10E MPa?? ?????????? 傾角： 對 1NF ? ?? ?22116676 542 585 .5 585 .5 542 5426 585 .5 10 10 10AF b l blEI?????? ? ? ??? ? ? ? ??? ?? ? ?? ?11158157