【正文】 每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。（3）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/ ， 和 /Vpp① RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。6．1．3 主控芯片及相關(guān)芯片的簡介 8031單片機(jī) 8031是最常見的mcs51系列單片機(jī)，是inter公司早期的成熟的單片機(jī)產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涉及到各行各業(yè),下面介紹一下它的引腳圖等資料。由于由8031控制的芯片較多，選74LS138譯碼器做片選，保證8031能夠準(zhǔn)確尋址并發(fā)送、接受控制指令。6．1．2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：(1) 讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)；(2) 讀取操作面板開關(guān)及按鈕信號(hào)；(3) 讀取螺紋/光電編碼器信號(hào) ；(4) 讀取電動(dòng)刀架刀位信號(hào)；(5) 接受車床行程開關(guān)信號(hào)；(6) 控制LED顯示；(7) 控制電動(dòng)刀架自動(dòng)選刀；(8) 控制縱向、橫向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；(9) 控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；(10) 控制交流變頻器；(11) 控制冷卻泵啟停；(12) 可與PC進(jìn)行串行通信。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)將采用較經(jīng)濟(jì)的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對(duì)于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實(shí)際要求。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，在一些標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。位置控制的實(shí)質(zhì)就是位置負(fù)反饋，即指令位置和實(shí)際位置進(jìn)行比較，用位置偏差進(jìn)行控制；插補(bǔ)運(yùn)算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標(biāo)點(diǎn)，通過一定的運(yùn)算法則實(shí)時(shí)獲得位置指令；刀具補(bǔ)償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來越傾向于軟件控制。 6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，其設(shè)計(jì)也是普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的核心工程，對(duì)機(jī)床而言，數(shù)控系統(tǒng)通過對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)，控制主軸、進(jìn)給軸和其他輔助裝置正確、及時(shí)和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時(shí)接受從機(jī)床反饋來的各種信息，對(duì)機(jī)床控制進(jìn)行調(diào)整。使用MOS管，其開關(guān)速度快，同時(shí)又是電壓驅(qū)動(dòng)型，驅(qū)動(dòng)電路簡單而且導(dǎo)通后內(nèi)阻小，通過電流大，這樣加在電機(jī)的電壓就接近電源電壓，使電機(jī)能正常工作。單極性驅(qū)動(dòng)又分T型和H型，以H型應(yīng)用最多。5．2 單極性可逆PWM電路設(shè)計(jì)可逆PWM電路分雙極性和單極性兩種，前者有低速運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在著電流波動(dòng)大，功率損耗大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)直通的危險(xiǎn)，限制了開關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電機(jī)的控制。光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。5電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5．1 光電隔離電路光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號(hào),，消除接地回路的干擾，具有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等特點(diǎn)。m，任務(wù)書給定的最快工進(jìn)速度，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速160r/min，傳遞的功率為可見。（1）快速空載啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至=750r/min，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=綜上所述，本例中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。④啟動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，查表45可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)最高空載啟動(dòng)頻率=1800Hz，則由式417可以求出步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為： 783Hz上式說明，要想保證步進(jìn)電機(jī)起步時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于783Hz。③最快空載移動(dòng)時(shí)電機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=6000Hz。m，大于快速空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=m ，滿足要求。4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核①最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快工進(jìn)速度=800mm/min，脈沖當(dāng)量=，由式416求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率從表47可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=m對(duì)于前面預(yù)選的110BYG2602型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表45可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩=20Nm3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。m最后由式，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+=則有： 其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式計(jì)算可得 =m2） 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由式413可知: 包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。m最后帶入=+將上面數(shù)值帶入=因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》式412式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。計(jì)算得出： =4．1．2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分為快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開半導(dǎo)體功率器件，在對(duì)直流電機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用上又可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)和開關(guān)驅(qū)動(dòng)，由于前者在工作時(shí)有大量功率消耗在元器件上，致使效率很低，因此絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式，該方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制來控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方式已成為主流，并作為其數(shù)字控制的基礎(chǔ)。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁部分用永磁材料代替，產(chǎn)生永磁直流電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，用電量少，所以目前在中小功率范圍內(nèi)運(yùn)用廣泛。長期以來一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。 —小帶輪嚙合系數(shù)，取1；經(jīng)計(jì)算得出：,所以滿足要求。根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表311，若選擇雙邊擋圈，擋圈厚度為2mm。表38 同步帶基準(zhǔn)寬度下的許用拉力和線密度帶型號(hào)基準(zhǔn)帶寬b/許用拉力/線密度/XLLH經(jīng)計(jì)算， 3．3．8 確定實(shí)際同步帶寬度實(shí)際所需同步帶寬度的計(jì)算公式如下： 式中：—選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度，； —小帶輪嚙合系數(shù)，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表322，當(dāng)時(shí)，其值為1。通過計(jì)算，得出，滿足要求。一般情況下，應(yīng)該保證。實(shí)際中心距。則帶的節(jié)線長度。當(dāng)主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速時(shí)，同步帶的線速度為：遠(yuǎn)小于Ｈ型帶的極限速度，所以滿足要求。3．3．3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率Pd，查表36選擇同步帶，型號(hào)為H型，節(jié)距。 預(yù)選步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)速為 750時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率為。所以傳動(dòng)比 由縱向床鞍的最快移動(dòng)速度，可以算出主動(dòng)輪的最高轉(zhuǎn)速：3．3．2 傳遞功率的估算 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，對(duì)該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞功率的研究只要考慮三種工作狀態(tài)，他們分別是：最大負(fù)載且最大工進(jìn)速度、快速空載啟動(dòng)、最快空載移動(dòng)。3．3．1 傳動(dòng)比的確定　　初選電機(jī)型號(hào)為110BYG2602，四相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為，步距角為由和可得：式中：—電機(jī)編碼器分辨率，單位為度/脈沖； —絲杠分辨率，單位為度/脈沖； —絲杠導(dǎo)程，其值為8； —脈沖當(dāng)量。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長軸承的使用壽命。表34 絲杠支承系數(shù)支承方式雙推雙推雙推簡支單推單推雙推自由取值4213．3 同步帶減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 同步帶也叫同步齒形帶，它綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要用在驅(qū)動(dòng)帶輪與被動(dòng)帶輪之間要求有固定傳動(dòng)比的情況。表33 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和行程變動(dòng)量有效行程精度等級(jí)12345大于至—31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513． 2．9 壓桿穩(wěn)定性校核由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過大，則會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足： =式中：—絲杠支承系數(shù)，雙推雙推方式時(shí)，取4，其他方式如表34所示； —滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，～4，垂直安裝時(shí)取最小值，本設(shè)計(jì)取4； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為1990； —按絲杠底徑確定的截面慣性矩（，單位為）,本設(shè)中將代入算出=。因轉(zhuǎn)矩和絲杠螺母滾道接觸對(duì)絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：=（“+”號(hào)代表拉伸，“”代表壓縮）式中：—絲杠的最大工作載荷，單位為； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為； —絲杠材料的彈性模量，鋼； —絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。算得： =%3． 2．8 剛度的驗(yàn)算滾珠絲杠副工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。3．2．7 傳動(dòng)效率的計(jì)算