【正文】 （ 3）地址鎖存線：在 ALE 下降沿將單片機 P0 口輸出的低８位地址信息及CE、 IOM 的狀態(tài)都所存到 8155內部寄存器，因此，單片機 P0 口輸出的。所以 07AD AD 應與 MCS51 的 P0口相連。 8155 通用可編程接口芯片： 1） 8155 的結構及其引腳 8155 有 3 個可編程并行 I/O 端口： A 口、 B 口、 C 口，其中， A 口和 B 口是八位， C 口是 6 位 。 本設計中使用兩片 8155 可編程接口芯片。 8243： 4個 4位口 I/O擴展接口電路。 8253： 3個 16 位的可編程的定時 /計數(shù)器。 Intel 公司常用的外圍接口芯片有： 8155：可編程的 RAM/IO 擴展接口電路（ 256 個 RAM 單元、 2個 8位口、 1個6位口、一個 14位的定時 /計數(shù)器）。它們均采用 28腳雙列直插式片平封裝。 常用的靜態(tài) RAM 芯片有 611 626 62256 等。 （ 4） 8031 與 EPROM2764 芯片連接。 74LS373 芯片是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器。 2764 芯片的引腳排列與兼容特性如下圖： 29 (3)地址鎖存器的設計與選擇 由于單片機 8031 芯片的 0P 口是分時傳送低 8 位地址線和數(shù)據(jù)線，故 8031擴展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器。 276 2721 2725 27512 芯片均為 8腳雙列直插式扁平封裝芯片，本設計中采用兩片 2764，其引腳如下圖： (2)ROM 芯片及引腳的選擇 選擇 2764（ 8K 8）半導體芯片。 MCS51 的程序存儲器的尋址空間為 64K 字節(jié)， 8031 片內不帶 ROM，用作程序存儲器的器件是 EPROM。 8031 芯片引腳見下圖： 28 存儲器擴展電路設計 程序存儲器的擴展 (1)MCS51 系列單片機的特點之一是硬件電路設計簡單，系統(tǒng) 結構緊湊。一塊 Z80CTC、兩塊 Z80PIO 和一塊 Z80SIO 所組成的微機系統(tǒng)。 （ 6） 具有 4 個 I/O 口， 32 根 I/O 線 ； （ 7） 具有 2 個 16 位定時 /器計數(shù)器； （ 8） 具有 5 個中斷源，配備 2 個中斷優(yōu)先級； （ 9） 具有一個全雙功串行接口； （ 10） 具有位尋址能力，適合邏輯功能。所以一般在接口電路功率放大器之間都要接上隔離電路。由于 步進電機需要的驅動電壓較高，電流較大，如果將輸出信號與功率放大器直接相聯(lián)，將會引起強電干擾。 0000H~07FFH 2KB EPROM 放監(jiān)控程序 0800H~0FFFH 2KB EPROM 放零件加工程序 1000H~17FFH 2KB RAM 調試程序 2021H~27FFH 2KB RAM 測試程序等 I/O 口地址分配 單板機設置 I/O 口地址為 80~9FH 共 32個口地址，分配如下。 存貯器空間分配 單板機可尋址范圍是 64K字節(jié)，板上提供的插座占 16K，已插入的芯片占 10K， 27 其余以備擴展使用。 B 口為為位控方式，其中 PB4~PB7為 Y、 +Y、 X、 +X 的行程越位信號輸入。 1片 6234RAM 做為調試程序存放和運行程序的中間數(shù)據(jù)存放用。 單板機控制系統(tǒng)的設計 硬件配置 存貯器選用 1 片 4K 8 的 2732EPROM 和 1 片 8K 8 位的 6234RAM。 C6140 數(shù)控改造以 8031CPU 組成的單板機為數(shù)控控制系統(tǒng)。電路的組成如下： （ 1） CPU 采用 8031 芯片； （ 2）擴展程序存儲器 2764 兩片， 6264一片； （ 3）擴展可編程接口芯片 8155 兩片； （ 4）地址鎖存器，譯碼器個一個； （ 5）鍵盤電路，顯示電路； （ 6）光電隔離電路，功率放大功率； （ 7）越程報警電路，急停電路，復位電路； （ 8）面板管理電路。 微機控制系統(tǒng)硬件電路設計 （ 1） z 向和 x 向進給伺服運動控制 （ 2）自動回轉刀架控制 26 （ 3）螺紋加工控制 （ 4）行程控制 （ 5）鍵盤及顯示 （ 6）面板管理 （ 7）其他功能：光電隔離、功率放大、報警、急停、復位。例如有的 CNC 裝置具有人機對話型編程功能，就是將離線編程機的許多功能 移植到了數(shù)控系統(tǒng)。與數(shù)控系統(tǒng)相脫離單獨的自動編程系統(tǒng)實現(xiàn)離線編程，可為多臺數(shù)控機床，編程時不占用機床工作時間。但對于復雜零件，特別是空間曲面零件，編程計算相當繁瑣，編程工作量大，必須采用自動編程方法。 數(shù)控機床程序編制 (簡稱編程 )方法有手工和自動編程。數(shù)控系統(tǒng)功能檔次可分為經濟型 (簡易型 )、全功能普及型和全功能高級型。多數(shù)數(shù)控機床一般都采用計算機數(shù)控裝置 (CNC 裝置 )，即按微機結構原理的硬件平臺 (有的采用少量專用芯片 )配置專用軟件，構成軟件數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床對這些裝置的工作質量、可靠性和技術性能都要求較高。主要用于一些精度要求較高的數(shù)控機床，特別是精密、高精密數(shù)控機床，如精密臥式加工中心。 3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。如圖 52 中虛線方框內結構，開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有檢查機械運動的 檢測元件，即沒有來自位置傳感器的反饋信號。 圖 62進給傳動表明每一個可控軸進給機構伺服系統(tǒng)的基本構成，按反饋控制形式分為以下三類。主軸調速功能由主軸伺服電動機的伺服單元接受數(shù)控裝置給出的電位信號或數(shù)碼轉換信號控制，使電動機達到指定的轉速。在結構上數(shù)控機床主機與相應的非數(shù)控機床雖有類似的部分，但也有自己的特點：采用高性能的主軸及進給伺服傳動系統(tǒng)；能長時間連續(xù)自動化加工，又能保持加工質量穩(wěn) 定性；通常采用預加載荷的滾珠絲杠副、直線滾動導軌副以及貼塑導軌等。數(shù)控機床的主要結構見圖 61，由機床主機、驅動裝置、輔助裝置、 CNC 裝置和編程裝置等組成。定義中所指的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控裝置。 ⑤啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉動慣量的增大而降低，因此相應負 載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足： t op mff????? 式中： tf —— 極限啟動頻率； 23 opmf????—— 要求步進電機最高啟動頻率； ． 2 CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 0 9 3 8 . 0 7 8 1 8 7 6 . 1 60 . 5 0 . 5Lq MM N c m? ? ? 為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：/ 66q jmMM ? ； 所以，步進電機最大靜轉 距 jmM 為： 1 8 7 6 . 1 6 2 1 6 6 . 4 60 . 8 6 6 0 . 8 6 6qjm MM N c m? ? ? 步進電機最高工作頻率： m a xm a x 4000 6 6 6 6 .66 0 6 0 0 .0 1pvf H z?? ? ?? 綜合考慮，查表選用 130BF003 型直流步進電動機，能滿足要求。 ③ 轉距 為了使步進電機正常運行（ 不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉速的要求，必須考慮： ④ 啟動力矩 一般啟動力矩選取為： ? 式中： qM —— 電動機啟動力矩； 0LM —— 電動機靜負載力矩。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下： ①步距角 ? 22 步距角應滿足： mnai?? ； 式中： i —— 傳動比； mna —— 系統(tǒng)對步進電機 所驅動部件的最小轉角。為提高步進電機輸出轉矩、工作頻率和穩(wěn)定性，可選用多相步進電機，并采用 2 m拍工作方式。另外，通電循環(huán)拍數(shù)和每拍通電相數(shù)對步進電機的矩頻特性、穩(wěn)定性等都有很大的影響。一般電機的相數(shù)越多，工作方式越多。工作方式有單 m拍，雙 m拍、三m拍及 2 m拍， m 是電機的相數(shù)。只有按一定的規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進電機才能實現(xiàn)轉動。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，以防止電源串路。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉位完成信號，切斷電源，電動機停轉，完成選刀過程。此時，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動機反轉，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在上刀體旋轉過程中，發(fā)信盤不斷的向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。 當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號后，刀架控制器中繼電器動作，電動機正轉驅動渦輪蝸桿減速機構轉動，驅動螺桿升降機構旋轉使上刀架上升 ,當上刀架上升到一定高度時，離合轉盤起作 用，帶動上刀體旋轉。 要求 數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。自動轉位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。 （ 2） 消除方法 本次設計采用雙片齒輪來達到消隙的目的，通常將一對齒輪的從動齒制成兩片，其中一片固定在軸上，兩片之間裝有彈簧，彈簧力使兩片齒輪的齒廓分別與主動齒輪的齒廓貼緊，從而完全消除了齒側間隙。 （ 1）減少或消除空程的必要性 數(shù)控機床的傳動精度，除了機床的幾何精度、絲桿精度影響外，又受其本身因素的影響，產生滯后現(xiàn)象而引起的間隙誤差。在本次設計過程中我們采用減速齒輪來聯(lián)結滾珠絲杠和步進電機，以達到改變慣性矩的目的。 進給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除 為了保證步進電機的啟動性能，要特別考慮負載慣性矩。這種調整方式的結構復雜，但調整準確可靠，精度較高。如兩齒輪沿同方向各轉過 n個齒時，其兩螺母間相對軸向位移量? ?211 2 1 211 hh Z Z n Ps n PZ Z Z Z???? ? ?????（ Z2 為另一齒輪齒數(shù)）或 ? ?1221hsZ Zn Z Z P? ?。兩螺線的軸向相對位置發(fā)生變化從而實現(xiàn)間隙的調整和施加預緊力。在兩個螺母的凸緣上分別有齒數(shù)為 Z Z2 的齒輪，而且 Z Z2與相 應的內齒圈相嚙合。但調整位移量不易精確控制，因此，預緊力也不能準確控制。但調整位移量不易精確控制。用兩個鎖緊螺帽 2 能使螺母相對絲杠作軸向移動。這種結構簡單可靠、剛性好，但調整費時，且不能在工作中隨意調整。 （ 1）墊片調隙式 圖 。滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊，通常采用雙螺母預緊方式，其結構型式有三種。滾珠絲杠副的軸向間隙直接影響其傳動剛度和傳動精度，尤其是反向傳動精度 。 (2) 轉動慣量計算 工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量： 2 2 21180 1 8 0 0 . 0 0 5 3 0 0 . 0 4 3 93 . 1 4 0 . 7 5pJ W k g c m????? ???? ? ? ? ??? ??????? ； 絲杠轉動慣量： 4 4 27. 8 10 3. 2 60 4. 90 7sJ k g c m?? ? ? ? ? ?； 齒輪的轉動慣量： 4 4 21 7. 8 10 3. 6 2 0. 26 2ZJ k g c m?? ? ? ? ? ?； 4 4 22 7. 8 10 6 2 2. 02 2ZJ k g c m?? ? ? ? ? ?； 電機轉動慣量很小可忽略，因此轉動慣量為： (3) 所需轉動力矩計算 m a xm a x05 200 0 53 833 .33 3 / m i n43VnrL ? ?? ? ??； 44m a xm a x 2 . 8 0 1 8 3 3 . 3 31 0 1 0 9 . 7 39 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a JnM N c mT ???? ? ? ? ? ??01 0 0 0 1 5 0 0 . 1 5 5 4 9 . 7 6 / m in3 . 1 4 6 0 4 3t n finrDL? ? ? ?? ? ?? ? ?主； 42 . 8 0 1 4 9 . 7 6 1 0 0 . 5 89 . 6 0 . 0 2 5atM N c m??? ? ? ?? ； 0 0 0 0 . 2 3 0 0 . 4 3 0 . 0 2 8 72 2 2 3 . 1 4 0 . 8 5F L f W LM f N c mii? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?22000 36 31 1 4460 60 5 36 3 2 2 5YYtFLM N c miFLM N mi???????? ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? 所以，快速空載啟動所需轉矩： m a x 0 9. 73 0. 28 7 0. 14 4 10 1. 61afM M M M N c m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 22 1 1213 4 . 9 0 7 2 . 0 2 2 0 . 2 6 2 0 . 0 4 3 9 2 . 8 0 15s Z ZJ J J J J k