【正文】 鞭策我以后要更加努力地學習和工作，通過工作不斷地豐富和完善自己在各方面的能力?？偟膩碚f，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力，縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術工作奠定了一個堅實的基礎。同時，通過這次設計還培養(yǎng)了我查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及相關技術資料的能力以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、計算機輔助設計等方面的能力并能熟練地運用相關知識和技能。鞏固、深化和擴展了自己對普通機械獨立設計的能力。斷電后，截止，導通，此時RAM的工作電壓由電池經(jīng)二極管和電阻R供給，值一般取3V時，存儲器就能可靠地保持信息。數(shù)控機床加工過程中，一些重要的現(xiàn)場參數(shù)，如幾何尺寸、工藝參數(shù)等都是存儲在RAM中，一旦掉電，數(shù)據(jù)能妥善保存，恢復供電后又能馬上運行。圖7：越界報警電路（4）掉電保護電路半導體存儲器（RAM）最拍掉電，一掉電，里面存儲的信息就全部丟失。為了報警，設置紅綠燈指示，正常工作時綠燈亮，當越界報警時紅燈亮。一旦某一方向越界，應立即停止工作臺移動。圖6：復位電路（3）越界報警電路 為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關。單片機通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種。采用外部時鐘方式，可把直接接地，接外部時鐘源。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在、引腳上外接定時元件。為避免強電對弱電的干擾，在它們之間應采用隔離電路。為使步進電機正常運行并輸出一定功率，需要有足夠功率提供給電機，因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。步進電機的脈沖需要按所需要的順序供給電機各相。步進電機是一種用脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成相應的角位移的電動機。控制信號＝“1” ，禁止，不能對鍵進行識別。（2）鍵盤接口原理鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是最簡單的單片機輸入設備。這就稱作位選。這就是顯示器的掃描過程。通常顯示器采用動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次，顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。這里主要介紹LED顯示器，通常它是由八個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮。TIMEROUT為定時器輸出，輸出各種信號脈沖波形。外部有兩個定時器引腳TIMERIN和TIMEROUT。所以可以認為，CPU讀該地址時，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當前I/O口和定時器的狀態(tài)；而寫該地址時，則作為命令寄存器對I/O口工作方式的選擇。②狀態(tài)查詢8155還有一個狀態(tài)寄存器，用于鎖存I/O口和定時器的當前狀態(tài)，供CPU查詢用。 8155I/O口有四種工作方式可供選擇：即、。它利用ALE的下降沿將此信息鎖存到片內(nèi)鎖存器中。8155通用可編程接口芯片（1）8155的引腳及其功能8155具有40條引腳的雙列直插式芯片,。此外，74LS系列的TTL電路或MOS電路也可作MCS51單片機的擴展I/O口，如74LS3774LS377等。表八：74LS138邏輯功能圖 C B A 1 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0其 他 狀 態(tài)0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1（三）I/O接口電路及輔助電路設計8031單片機共有四個8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口和部分口，因此，在大部分應用系統(tǒng)中都需要擴展I/O口芯片。74LS138譯碼器的8根輸出線分別對應8個8K字節(jié)的地址空間。因為這種地址編碼的方法，除了片內(nèi)地址線以外，剩余的高位地址線全部參加譯碼，故稱為全地址譯碼。②全地址譯碼 對于容量容量較大的系統(tǒng)，擴展的外圍系統(tǒng)較多，芯片所需的片選信號多于可利用的地址線時，就需要用這種全地址譯碼的方法。這種方法的優(yōu)點是不需要地址譯碼器，可節(jié)省硬件，減少成本。只要該地址為低電平，就選中該芯片。（2）地址譯碼方法常用的地址譯碼方法有線選法和全地址譯碼兩種方法。②外圍I/O芯片與擴展數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址外圍I/O芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制信號與讀/寫指令。這是因為8031地址總線寬度為16位，可直接尋址的范圍只有64KB。當8031數(shù)據(jù)總線分時地和各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送時，首先要進行片選，而當片內(nèi)有多字節(jié)單元時，還要進行片內(nèi)地址選擇。唯控制線的連接不同；RAM讀輸入信號OE反與8031芯片的RD反引腳相連；RAM的寫輸入信號WE反與8031芯片WR反相連。操作方式見表45。（1）常用的數(shù)據(jù)存儲器及引腳常用的靜態(tài)RAM芯片有611626622562662256均采用CMOS工藝，由單一5V供電，典型存取時間為150～200ns。8031芯片EA反接地，CPU執(zhí)行外部程序存儲器的指令；8031芯片ALE接地址鎖存器74LS373的G引腳。2）數(shù)據(jù)線的連接存儲器的8位數(shù)據(jù)線D0～D7與8031芯片的P0口直連，單片機規(guī)定指令碼和數(shù)據(jù)都是由P0口讀入，數(shù)位對應相連即可。（4）8031與EPROM芯片的連接1）地址線的連接EPROM低電平低8位地址線經(jīng)地址鎖存器與8031的P0口相連；EPROM高8位地址線直接與8031的口相連。圖中：—使用端，接地。74LS373事故帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器。（3）地址鎖存器由于單片機8031芯片的P0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。8031訪問EPROM時，其所能提供的讀取時間t與所選的晶體時鐘有關，約為3T，T為時鐘周期。編程時PGM反必須為低，使數(shù)據(jù)寫入芯片。而當和均為低電平時，芯片被選中，其存儲器內(nèi)容從數(shù)據(jù)端輸出，即處于狀態(tài)。表中表示輸入高電平，表示輸入低電平，芯片的數(shù)據(jù)引腳是三態(tài)的，當芯片未選中，即是高電平時，它們處于高阻狀態(tài)。是編程電壓端，是編程控制端，是輸出使能段段，是片選端，它們均為低電平有效。2762712272527512芯片均為28腳雙列直插式扁平封裝芯片，引腳向下兼容。而當RD反（或WD反）有效時，在P0總線上將出現(xiàn)有效的輸入（或輸出）數(shù)據(jù)。同時PSEN的反也是每個機器周期兩次有效，用于選通外部程序存儲器，使指令送到P0總線上，又CPU取入。P0口作為分時復用的雙向總線，輸出PCL的內(nèi)容，輸入指令。（1）外部程序存儲器的操作時序CPU由外部程序存儲器取指，16位地址的低8位PCL由P0口輸出，高8位PCH由P2口輸出；而指令由P0口作為分時復用的地址/數(shù)據(jù)總線。對于簡單的應用場合，MCS51系列的最小系統(tǒng)用一片8031外擴一片EPROM就能滿足功能的要求，對于復雜的應用場合，可利用MCS51的擴展功能，構(gòu)成功能強、規(guī)模大的系統(tǒng)。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設，這些部分的電路設計也應包括。在存儲器擴展電路的設計中還應包括地址鎖存器和譯碼電路的設計。存儲器擴展電路設計存儲器擴展電路設計應該包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展。目前在經(jīng)濟型數(shù)控機床中，推薦采用MCS51系列單片機作為主控制器。圖3：機車數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)）選擇中央處理單元（CPU）的類型在微機應用系統(tǒng)中，CPU的選擇考慮以下因素：. 時鐘頻率和字長，這個指標將控制數(shù)據(jù)處理的速度；. 可擴展存儲器（包括ROM和RAM）的容量；. 指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性；. I/O擴展的能力，即對外設備控制的能力；. 開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。 表六：步進電機安裝尺寸/㎜步進電機型號軸徑d1止扣直徑d2 d2螺孔，通孔 L1 L2外徑D長度LBB110BF00111 1324—φ9 25 4 130170134134四、控制系統(tǒng)設計（一）數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計內(nèi)容當前，在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用美國Intel公司的MCS51系列單片機，因此本次設計中所選用的是美國Intel公司的MCS51系列單片機，其構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設計內(nèi)容，方法和步驟。本次設計中用的就是小尺寸，故安裝時用的是有螺孔供安裝的。cm） 3）步進電機的安裝尺寸步進電機的安裝比較簡單，不帶機座，用定位止扣進行安裝定位，以保證步進電機安裝的同軸度。③運行距頻特性校核要對快速進給運行和工作進給運行兩種工況分別校核，確保快進和工進時均不丟步。具體的校核結(jié)果見下圖：1）.突然啟動2）.升速啟動最后電機運行頻率達到最高運行頻率。2）.距頻特性根據(jù)已選定步進電機，來確定，具體的數(shù)值可見上表。cmcm）最高空載啟動頻率/Hz運行頻率/Hz 110BF001 380 6 7．84（80）15007000轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量105㎏） 電 機 /V相電流/A最大靜轉(zhuǎn)距/N（2）步進電機的選用（具體的選用步驟如下）：①根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)距初選電機型號1）.步距角 初選電機型號時應合理選擇θb及ｉ，并滿足： 根據(jù)表中所提供的BF反應式步進電動機技術參數(shù)表，可以選取本次設計中所需要的型號：選取θb=，相應參數(shù)見下表。（步距角）無長期積累誤差，每轉(zhuǎn)一圈積累誤差會自動消失。步進電機有如下優(yōu)點：，而不受電壓高低，電流大小及其波形的影響。表四：滾珠絲桿螺母副安裝連接尺寸滾珠絲桿副型號名義直徑 螺 距滾珠直徑滾道半徑偏心距絲桿外徑螺母凸緣外徑螺釘中心圓直徑螺母凸緣厚度有襯套無襯套有襯套無襯套/in/mmD0 t d0 R e dD3D3，D4D4， TWD3006 306 3．9692．0640．056298878746410螺旋升角螺釘尺寸螺釘個數(shù)螺母配合外徑襯套配合外徑螺母裝配總長度 L額定動載荷 C/N額定動載荷 C0/N滾珠絲桿副型號 λ M a D D， WD30063。滾珠絲桿副的傳動效率較高，～。本次所設計的機床是數(shù)控機床，所以選用的精度等級還是很高的，是3級。滾珠絲桿副按其使用范圍及要求分為7個精度等級，即1，2，3，4，5，7，及10七個精度等級，1級精度最高，其余依次逐級降低，一般選取4級～7級，數(shù)控車床及精密機械可選用2級～3級。它按承載能力選取，并與進給系統(tǒng)的脈沖當量的要求有關。絲桿相對于螺母旋轉(zhuǎn)2Лrad時，螺母的軸向位移。本次設計中選用的公稱直徑為Φ40mm。②參數(shù)及代號A. 滾珠絲桿副的主要參數(shù)，公稱直徑即滾珠絲桿的名義直徑，dm越大，承載能力和剛度越大。本次設計中的采用的是墊片式預緊，調(diào)整方法—調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。但是，預加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。常用的滾珠絲桿副預緊方法有：雙螺母墊片式預緊、雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊等。每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導程數(shù)稱為圈數(shù)。本次設計中根據(jù)應用的需要選：外循環(huán)。鋼珠在絲桿與螺母之間的滾動是一個循環(huán)閉路。（3）滾珠絲桿螺母的選型和校核①滾珠絲桿螺母副類型選擇1）.主要種類滾珠絲桿螺母副由專門工廠制造，當類別、型號選定和校核后，可以外購。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣