【正文】 LE 直接相連。 IO/M=0 時(shí)選擇內(nèi)部 RAM，既當(dāng) RAM。 LED 是采用共陰極顯示。顯示器的段選（字型數(shù)據(jù)控制）由 8031的 P1 口（ — ）擔(dān)任，它是輸出口。鍵盤(pán)的引出線及 LED 顯示器的字位控制共用 8155 的 C 口（ PC0— PC5），它是輸出口。如硬件電路配置圖。 PB0— PB3 和 PC0— PC5 以及 8031 的— 是作為鍵盤(pán)、顯示電路的 I/O 接口。它是配合越界行程開(kāi)關(guān)使用，正常工作時(shí)綠燈亮，當(dāng)越界報(bào)警時(shí)紅燈亮。零位螺紋信號(hào)是防 19 止螺紋亂扣。 PB5 是換刀回答輸入端，當(dāng)需要自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀 時(shí)，由 8155（ 1）的 PC0— PC3 發(fā)出刀位信號(hào)，控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)指定的刀位，刀架夾緊之后，發(fā)出回答信號(hào)，經(jīng) 8155(1)的 PB5 輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開(kāi)始進(jìn)給。 PA0— PA5為面板上的選擇開(kāi)關(guān)，設(shè)有編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)、手動(dòng) 手動(dòng) 2和回零。只有當(dāng)端口處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于底電平有效。 Y0— Y7 對(duì)應(yīng)輸 入 A、 B、 C 的 000 至 111 八種組合。本系統(tǒng)擴(kuò)展了兩片 8155接口芯片， 8155 的片選信號(hào) CE 接口分別接 74LS138 的 Y3和 Y4 端。 I/O 接口電路 由于分別只有 P1 口和 P2口部分能提供用戶(hù)作為 I/O 口使用。 8155 采用開(kāi)關(guān)復(fù)位方式。當(dāng)RESET 輸入端返回底電平后， CPU 從而 地址執(zhí)行程序。只要輸入端保持高電平則將循環(huán)復(fù)位。 RESET 為復(fù)位控制?，F(xiàn)取 30PF電容。現(xiàn)選晶振的頻率為 6MHZ。在 XTAL XTAL2 引腳上接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩，定時(shí)電路一般用石英晶體和電容組成的并聯(lián)電路。由于 8031 芯片內(nèi)部無(wú) ROM，故要選外部程序存儲(chǔ)器，且其 EA 必須接地。讀寫(xiě)控制信號(hào) WR 和 RD 分部接 6264 芯片的 WE 和 OE。在本次設(shè)計(jì)并沒(méi)有地址重疊。 6264 芯片的片選信號(hào) CE 接 74LS132 的 Y2。 8031 芯片的 P2 口和 74LS373 送出的 P2 口共同組成它的地址， 2764 和 6264芯片都是 8kb，需要 13 根地址線。當(dāng) ALE 從高電平變?yōu)榈碗娖?，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低 8位地址存入地址鎖存器重中， 74LS373 的輸出不再隨輸入變化，即地質(zhì)被鎖存。 ALE 作為選通信號(hào)，當(dāng) ALE 為高電平，鎖存器的輸入和輸出 `透明，既輸入的低 8 位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn)。 8031 芯片的 P0 和 P2 接口用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)。外接兩片 2764，一片作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器，一片作為加工程序存儲(chǔ)存儲(chǔ)器 RAM /ROM I/O 接口 光電 隔離 功率放大器 外設(shè) CPU 步進(jìn) 電機(jī) 18 器。 8031 是一個(gè)無(wú) ROM 的 CPU。 8031 芯片內(nèi)部雖然沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，只有 128字節(jié) ROM，在組成該系統(tǒng)時(shí) RAM 不夠用。另加有 128 字節(jié)的特殊功能寄存器，地址為 80H7FH。 2．單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) CPU采用 8031 芯片 8031 芯片內(nèi)部具有 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，地址為佳 00H— 7FH，用作工作寄存器。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如下所示。 I/O 接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。 其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，是控制其它各部分協(xié)調(diào)工作的“大腦”，其作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。包括只讀編程存貯器和隨機(jī)讀寫(xiě)存貯器。包括數(shù)據(jù)總線（ DB） ，地址總線（ AB）和控制 總線（ CB）。 ◆ 中央處理單元 CPU。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 17 第五章 電路設(shè)計(jì) 一 、 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 1． 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成。將起動(dòng)頻率將為1000Hz 時(shí)，既可滿(mǎn)足要求。 cm，小于機(jī)床所需的起動(dòng)力矩（ CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 0 2 . 6 3 3 1 06 5 . 8 5 20 . 4 0 . 4Lq MM N c m?? ? ? 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： / imMM ? 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 imM 為： 65 .82 576 . 66 66qim MM N c m? ? ? 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 m a xm a x 1000 3 3 3 3 . 36 0 6 0 0 . 0 0 5pvf H z?? ? ?? 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用 110BF003 型直流步進(jìn)電機(jī)， 由 于 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其最高空載起動(dòng)頻率為 1500Hz，運(yùn)行頻率為 7000Hz。 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿(mǎn)足： 0fftp??????? 16 式中 ft —— 極限啟動(dòng)頻率； 0mfp??????—— 要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。 如下表所示。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表）所示。所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足 ? ?Qi???? 式中 mQ? —— 步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； ? ?s?? —— 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。0 0 0 0 . 2 3 0 0 . 4 3 0 . 2 8 7 0 . 0 2 82 2 2 3 . 1 4 0 . 8 5f F L f W LM k g f c m N mii? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 22021 3( 1 ) ( 1 ) 6 5YFLM k gf c m N mi ??? ??? ? ? ? ? ?? ? ? 0 3 2 5Yt FLM k gf c m N mi?? ??? ? ? ?? ? ? 所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 0at f tM M M M M? ? ? ? 14 2 . 2 3 0 . 2 8 7 0 . 1 1 6 2 . 6 3 3 2 6 . 3 3k g f c m N m? ? ? ? ? 切削時(shí)所需力矩： 0at f tM M M M M? ? ? ? 0 . 1 7 7 4 0 . 2 8 7 0 . 1 1 6 1 . 8 2 4 2 . 4 0 4 2 4 . 0 4k g f c m N c m? ? ? ? ? ? 快速進(jìn)給時(shí)所需 轉(zhuǎn)矩： 0fM M M?? 0 . 2 8 7 0 . 1 1 6 0 . 4 0 3 4 . 0 3k g f c m N c m? ? ? ? 由以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)， maxM = 2 .6 3 3 2 6 .3 3kgf cm N cm? 15 第四章 步進(jìn)電機(jī)的選擇 一 、 步進(jìn)電機(jī)的選擇 （一）步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 步矩角 ? 步矩角應(yīng)滿(mǎn)足 mni??? 式中 i—— 傳動(dòng)比 mn? —— 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角 精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。 穩(wěn)定性驗(yàn)算： 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來(lái)的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。 39。10?? 則傳動(dòng)效率 039。f = 則 P= +（ +30） = N? 壽命值 6 1 060 6 0 1 5 1 5 0 0 0 1 3 . 51 0 1 0iii nTL ??? ? ? 最大動(dòng)負(fù)載 33 1 3 . 5 1 . 2 1 7 4 . 7 4 2 1 3 . 5 5 2 1 3 5 . 5i W HQ L f f P k g f N? ? ? ? ? ? ? 效率計(jì)算：螺旋升角 ? = 039。f = 時(shí) 0 . 1 6 8 0 0 . 6 1 . 2 3 3 1 2 . 2 32 3 . 1 4 0 . 8 1 . 2 5fM k g f c m N c m??? ? ?? ? ? 20000(1 )2PLM i ????? 當(dāng) 0? = 時(shí)預(yù)加載荷0 13 xPF?則： 2 2000 ( 1 ) 7 6 . 3 8 0 . 6 ( 1 0 . 9 ) 0 . 4 6 2 4 . 6 26 6 3 . 1 4 0 . 8 1 . 2 5xFLM k g f c m N c mi??? ? ??? ? ? ?? ? ? 0 2 FLM k gf c m N c mi?? ?? ? ? ?? ? ? 所以，快速空載啟動(dòng)所需要力矩 11 m ax 0afM M M M? ? ? 2 5 .7 2 1 .2 2 3 0 .4 6 2? ? ? 2 7 . 4 0 5 2 7 4 . 0 5k g f c m N c m?? 切削時(shí)所需力矩 0a f tM M t M M M? ? ? ? 1 . 5 3 6 1 . 2 2 3 0 . 4 6 2 7 . 2 9 7? ? ? ? 1 0 . 5 1 8 1 0 5 . 1 8k g f c m N c m?? 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 0 1 . 2 2 3 0 . 4 6 2fM M M? ? ? ? 1 . 6 8 5 1 6 . 8 5k g f c m N c m?? 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩 maxM 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)； maxM 2 7 .4 0 5 2 7 4 .0 5k g f c m N c m?? 二、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 已知條件： 工作臺(tái)重量（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算） ： 60 600W kgf N?? 時(shí)間常數(shù) ： 30T ms? 脈沖當(dāng)量 ： 0 .0 0 5 /p mm step? ? 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 ： 0 4L mm? 行程 ： 190S mm? 步矩角 ： /step?? 快速進(jìn)給速度 ： max / minVm? 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的 1/2~1/3，取 1/2，則切削力約為縱向的1/2 1 1 5 2 . 7 6 7 6 . 3 8 7 6 3 . 82ZF k g f N? ? ? ? 在切斷工作時(shí)： 0 . 5 0 . 5 7 6 . 3 8 3 8 . 1 9 3 8 1 . 9yzF F k g f N? ? ? ? ? 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌： 12 39。 4109 .6a JnM N mT ??? 當(dāng) maxnn? 時(shí) maxaaMM? m a xm a x 0 2 0 0 0 1 . 2 54 1 6 . 7 / m i n6a vinrL ?? ? ? 4m a x 1 4 . 5 1 9 4 1 6 . 7 1 0 2 . 5 2 2 5 . 7 29 . 6 0 . 0 2 5aM N m k g f c m??? ? ? ?? 當(dāng) tnn? 時(shí) a atMM? 11001000 100 0 100 0 8 / m i 80 6tv fnfDnrLL ? ? ? ?? ? ? ???主 41 4 . 5 1 9 2 4 . 8 81 0 0 . 1 5 0 5 1